中国报告大厅网讯，近年来，我国拱桥建设规模持续扩大，钢管混凝土拱桥、劲性骨架混凝土拱桥等各类拱桥在施工中广泛采用缆索吊装法，与之配套的大跨度缆索吊机技术也成为行业关注的重点。随着拱桥跨径不断突破，吊装重量逐渐增大，吊机索塔高度大幅增高，索塔作为吊机的主要承重结构，其强度、刚度及稳定性控制直接关系到施工安全与工程质量。在吊机行业工作过程中，主承重索会在索塔顶产生较大顺桥向水平分力，同时风荷载也会对索塔稳定性产生影响，因此缆风系统的合理设计成为保障吊机索塔安全的关键环节。以下是2025年吊机行业技术分析。

  一、工程背景与吊机索塔基础参数

  上乌角特大桥主桥为钢管混凝土中承式拱桥，全长 332.5m，左侧拱肋净跨径 310m、右侧拱肋净跨径 306m，桥面宽 26.8m，净矢跨比为 1/4.0，拱轴系数 1.7，主拱采用左右双拱肋形式。拱肋半跨分为 9 个节段，最大节段重量约 87t;拱肋间横撑共 16 道，最大重量约 41.2t;钢主梁总共 35 个节段，最大节段重量约 93t。

  该桥所用缆索吊机采用吊扣合一形式，吊机索塔由钢管、槽钢及 H 形钢等构件拼装构成，底部固结，采用桩基础。吊机共设计 2 组主索和 4 组工作索，每组主索由 8 根 Φ60mm 绳组成，每组主索设置 2 个吊点，每组主索的额定起重量 90t。单个塔架共布置 9 道扣、背索。

  吊机索塔立柱采用 φ800×16mm 钢管作为主承重结构，钢管采用 Q355b 钢材制作，每岸索塔均由 2 肢塔柱构成，每肢塔柱布置 4 根钢管，顺桥下布置 2 排，间距 6.0m，每排横桥向布置 2 根，间距 4.5m。新市岸索塔高度 127.7m，横向宽度 34.3m，顺桥向宽度 6m，两岸塔架的平联和斜撑均采用标准杆件，均布置 6 道平联，将上、下游塔柱连成整体，形成门形框架。塔体底部采用钢筋混凝土基础，塔架顶部设置缆风绳，用以调节塔顶偏位。

  二、吊机索塔纵向缆风设计与稳定性分析

  吊机索塔通常在顺桥向宽度较小，且在顺桥向会受到风荷载、吊重产生的水平荷载，因此需要通过纵向缆风设计增加顺桥向刚度，避免前后塔柱受力不均匀。

  上乌角特大桥缆索吊机索塔左岸抗风角度为 37.8°，单组主索设置 44 根 φs15.2mm 钢绞线;前抗风单组主索设置 34 根 φs15.2mm 钢绞线;右岸抗风角度 38.6°，单组主索设置 44 根 φs15.2mm 钢绞线。

  根据《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01 2018)，取当地基本风速 V=23m/s，采用风荷载计算公式Fg=21ρUg2CDAn(式中：Fg为构件单位长度上的风荷载，单位 N/m;ρ 为空气密度，可取 1.25kg/m³;Ug为构件基准高度上的等效静阵风风速，单位 m/s;CD为构件的阻力系数;An为构件单位长度上顺风向的投影面积，单位 m²/m)，计算出索塔处承受的风荷载为Fg=635N/m。缆索系统在最大吊重状态下，对索塔的水平分力最大，此时缆索系统对岸侧索塔产生的竖向力为 3619.2kN，对岸侧索塔产生的竖向力为 1202.3kN，对索塔产生的水平分力为 921.3kN。

  采用 Midas/civil 有限元分析软件进行结构计算，其中抗风索、扣索及背扣索均采用桁架单元进行模拟，索塔及拱肋则采用梁单元进行模拟，在计算过程中，将缆索系统产生的外荷载直接作用于索塔结构。计算结果显示：在不施加纵向抗风初张力的情况下，吊机索塔顶部的纵向位移达到 + 14.4cm，即索塔顶部向河心侧发生显著位移;通过施加纵向抗风初张力，预先将索塔向岸侧预偏 7.7cm，可有效控制结构变形，在缆索系统吊装过程中，特别是在最大吊重工况下，最大塔偏为 + 6.7cm。

  从应力分析结果来看，未施加纵向缆风时，吊机索塔钢管承受较大应力，其最大压应力达到 181MPa;施加纵向缆风后，索塔的偏位得到有效控制，钢管应力显著降低至 120MPa，降幅达 33.7%。需要注意的是，该吊机索塔结构高度为 129m，而其纵桥向宽度仅为 6m，较小的高宽比对结构受力性能提出了更高要求。

  设置纵向缆风系统对于增强吊机索塔纵桥向刚度具有重要作用，可显著改善索塔的受力状态。在实际施工过程中，应严格控制索塔偏位，确保索塔主要承担竖向荷载，从而减小因偏位引起的附加弯矩，使结构受力更加合理。合理的初张力设置不仅可以降低结构应力水平，还能提高结构的整体稳定性，这对于高耸的吊机索塔施工安全具有重要意义。

  三、吊机索塔横向缆风设计与稳定性分析

  在大跨径拱桥建设中，受结构特点和施工条件限制，吊机索塔往往难以设置有效的横向抗风措施，但取消横向抗风支撑会对索塔在横向荷载作用下的稳定性产生不利影响，因此吊机索塔横向抗风系统的设置需经过详细论证与设计。目前，在吊机索塔横向抗风布置的形式、角度及初拉力确定等方面，缺乏系统的理论支持和实践经验，施工中仅在塔顶设置抗风绳时，其布置角度和初拉力设定常依赖经验判断，随意性较大，无法为施工提供有效指导。

  抗风绳的布置角度是影响吊机索塔横向抗风效果的关键因素，合理的角度设置能有效分担横向风荷载，避免索塔结构产生额外应力集中。抗风绳初拉力的合理设定也至关重要，初拉力取值偏小时，抗风绳难以充分发挥约束作用，可能导致结构在风荷载作用下产生过大位移响应;初拉力取值过大时，则可能引起索塔结构局部应力集中，甚至造成结构损伤。同时，吊机索塔施工周期较长，需考虑不同强度等级风荷载作用，抗风系统设计需具备良好的适应性和可调节性，可采用智能化抗风绳调节装置，结合实时监测系统动态调整抗风绳的张力和空间角度，保证索塔在各施工阶段的稳定性，优化结构受力状态。

  在吊机索塔横向抗风系统设计中，还需综合考虑建立精确的风荷载概率模型、重视抗风绳与主体结构的连接节点设计、建立完整的监测预警系统等因素，同时加强工程人员技术培训，确保抗风系统安装和调整符合设计要求。

  《2025-2030年全球及中国吊机行业市场现状调研及发展前景分析报告》从计算结果可知，设置横向缆风可有效增大吊机索塔的横向稳定性。不设置横向缆风时，索塔横向稳定性为 22.7;设置横向缆风后，横向稳定性明显提高，缆风角度为 15° 时，稳定性为 25.2，缆风角度为 30° 时，稳定系数为 29.9，可见缆风角度越大，横向稳定性越好。在缆风角度为 15° 时，缆风设置 50kN 的初拉力，索塔稳定性较不设置初拉力提高仅为 0.6，初拉力为 100kN 时，稳定性较初拉力为 50kN 时仅提高 0.7;缆风角度为 30° 时，缆风设置 50kN 的初拉力，索塔稳定性较不设置初拉力提高仅为 0.8，初拉力为 100kN 时，稳定性较初拉力为 50kN 时仅提高 0.9，表明施加初张力对横向稳定性的提高并不明显。

  在实际工程中，吊机索塔横向缆风角度无法设置过大，需根据地形及经济性比较综合考虑，且当横向稳定性满足规范要求时，可不设置横向缆风;若设置横向缆风，施加初拉力对索塔稳定性提高较小，可不施加初拉力。

  四、吊机索塔缆风系统设计关键结论

  通过对上乌角特大桥缆索吊机建立 Midas/civil 模型，分析其施工阶段的稳定性，结合规范计算风荷载及风荷载对施工阶段稳定性的影响，对各施工阶段稳定系数进行计算分析，得出以下关键结论：

  首先，计算结果表明，吊机索塔稳定系数满足规范要求，索塔位移需根据纵向缆风的设置来控制，纵向缆风的合理设计能有效减小索塔位移，降低索塔钢管应力，提升索塔纵桥向刚度与受力合理性。

  其次，在吊机索塔横向稳定性满足要求时，可不设置横向缆风;若设置横向缆风，角度越大对索塔的横向稳定性越有利，但需结合地形与经济性综合确定。对横向缆风施加初拉力，对索塔稳定性提高较小，可不施加初拉力。同时，风荷载对稳定系数的影响主要体现在吊装阶段最大悬臂状态，此时稳定系数下降较大，不可忽视风荷载的作用，应采取措施增强吊机索塔的抗风稳定性。

  总体而言，吊机行业索塔缆风系统设计中，纵向缆风是控制索塔位移、保障纵桥向稳定性的关键，横向缆风则需根据实际稳定性需求与工程条件灵活设置，同时需充分考虑风荷载在特定施工阶段的影响，通过科学设计与精准计算，确保吊机索塔在施工过程中的安全与稳定，为大跨度拱桥缆索吊装施工提供可靠保障。