摘要：采用數(shù)字仿真技術(shù)，對(duì)JQ140型架橋機(jī)原有主要鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析計(jì)算。在分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，提出了JQ140型架橋機(jī)技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案。經(jīng)對(duì)原來(lái)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)后的JQ140型架橋機(jī)主要結(jié)構(gòu)承載能力得到提高，承載能力由140噸躍升到165噸，達(dá)到了由JQ140型架橋機(jī)架設(shè)165噸T型梁的目的。

關(guān)鍵詞：架橋機(jī)；技術(shù)改造；結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號(hào)：TB

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：16723198（2015）12018302

1 JQ140型架橋機(jī)改造目的

當(dāng)前國(guó)內(nèi)新建鐵路多為時(shí)速200公里客貨共線鐵路，40米標(biāo)準(zhǔn)T型梁均采用2201型預(yù)制梁，架設(shè)重量為165噸，所以必須采用TJ165型架橋機(jī)架設(shè)。各施工單位TJ165型架橋機(jī)數(shù)量有限，難于滿足工程進(jìn)程的要求，而JQ140型架橋機(jī)數(shù)量較多，任務(wù)也不是很飽滿，如果能將JQ140型架橋機(jī)改造成能架設(shè)2201型預(yù)制梁的架橋機(jī)，即架橋機(jī)的起重能力由140噸提高至165噸，這將會(huì)大大緩解各施工單位165噸架橋機(jī)數(shù)量不足的困境，并節(jié)省大量設(shè)備的購(gòu)置費(fèi)用。

2 JQ140型架橋機(jī)結(jié)構(gòu)改造方法

JQ140型架橋機(jī)起重量提升的改造，主要是承載結(jié)構(gòu)的改造。由于原JQ140型架橋機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)截面形狀、尺寸在改造過(guò)程中基本都不能變化，架橋機(jī)最大起重量由140噸變成了165噸，原JQ140型架橋機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)能否滿足強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性要求，這要通過(guò)有限元分析來(lái)判定，如果起重量由140噸增加到165噸，有限元分析的結(jié)果與許用應(yīng)力和許用變形相差不是很大，我們就可在原JQ140型架橋機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的補(bǔ)強(qiáng)來(lái)提高結(jié)構(gòu)的承載能力。補(bǔ)強(qiáng)方案制定后，我們?cè)俑鶕?jù)補(bǔ)強(qiáng)方案作有限元分析，如果分析計(jì)算結(jié)果能夠滿足強(qiáng)度和剛度的要求，我們就可對(duì)原JQ140型架橋機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)施工。施工完成之后，我們?cè)龠M(jìn)行主要承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形測(cè)試，測(cè)試結(jié)果必須符合強(qiáng)度和剛度要求。

3 JQ140型架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)改造主要工況分析

3.1 總體結(jié)構(gòu)

JQ140型架橋機(jī)是可架設(shè)16M、24M、32M和40M等型號(hào)T型梁的單臂式鐵路架橋機(jī)，其總體結(jié)構(gòu)由車體、機(jī)臂、0號(hào)柱、一號(hào)柱、二號(hào)柱、三號(hào)柱，以及懸掛在機(jī)臂上并沿機(jī)臂運(yùn)行的兩臺(tái)吊梁小車和兩臺(tái)吊軌小車組成，詳見(jiàn)圖1所示。主要的承載結(jié)構(gòu)是機(jī)臂、0號(hào)柱、一號(hào)柱、二號(hào)柱、三號(hào)柱。0號(hào)柱、二號(hào)柱、三號(hào)柱受力單一，強(qiáng)度和剛度容易滿足要求。機(jī)臂和一號(hào)柱受力復(fù)雜，是整個(gè)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)的重點(diǎn)部分，本文所提用的結(jié)構(gòu)技術(shù)改造主要指的是這兩個(gè)部分。

3.2 結(jié)構(gòu)改造的主要工況分析

單臂式鐵路架橋機(jī)的危險(xiǎn)工況有機(jī)臂全懸、中點(diǎn)吊梁和吊梁橫移三種。機(jī)臂全懸工況不涉及起重量的變化，作業(yè)時(shí)，情況與起重量為140噸時(shí)完全相同，所以這種工況在結(jié)構(gòu)改造時(shí)可以不考慮。結(jié)構(gòu)改造要重點(diǎn)考慮的兩個(gè)工況是中點(diǎn)吊梁和雙點(diǎn)吊梁及橫移工況。

中點(diǎn)吊梁工況是指T型梁的前端被前吊梁小車吊起，并運(yùn)行至橋跨中，梁后端仍在車體上還未吊起的狀態(tài)。這種工況下，機(jī)臂支承在0號(hào)柱與一號(hào)柱上，前吊梁小車在0號(hào)與一號(hào)柱的中間。這種工況屬危險(xiǎn)工況之一，如果起重量由140噸變成了165噸，主要承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形都會(huì)隨之發(fā)生變化，所以在進(jìn)行技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算時(shí)，這種工況是必須考慮的主要工況之一。

雙點(diǎn)吊梁及橫移工況是指T型預(yù)制梁由前后兩臺(tái)吊梁小車吊起并縱移到橋跨上方，吊梁小車再將T型預(yù)制梁橫移1150mm，梁片對(duì)準(zhǔn)墩臺(tái)支座位置落下的狀態(tài)。在此工況下，架橋機(jī)總體結(jié)構(gòu)處于偏心受力狀態(tài)，此時(shí)屬于最危險(xiǎn)工況。因?yàn)槠鹬亓坑?40噸變成了165噸，主要承載結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和變形都會(huì)隨之發(fā)生較大的變化，所以在進(jìn)行技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)分析與計(jì)算時(shí)，這種工況是必須考慮。

4 JQ140型架橋機(jī)主要結(jié)構(gòu)有限元分析

4.1 JQ140型架橋機(jī)機(jī)臂和一號(hào)柱的建模

（1）JQ140型架橋機(jī)機(jī)臂和一號(hào)柱采用ANSYS有限元分析軟件進(jìn)行分析計(jì)算。

（2）架橋機(jī)機(jī)臂承載模型如圖2所示，為一次超靜定結(jié)構(gòu)。

（3）載荷：計(jì)算載荷取改造后JQ140型架橋機(jī)額定載荷的1.1倍（165×1.1=181.5噸），相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的自重由程序自動(dòng)計(jì)入。

4.2 改造前的JQ140型架橋機(jī)機(jī)臂計(jì)算

JQ140型架橋機(jī)機(jī)臂為變截面鋼箱梁，是架橋機(jī)最主要承載構(gòu)件。機(jī)臂上設(shè)有上耳梁和下耳梁，上耳梁的作用為1號(hào)龍門柱提供對(duì)機(jī)臂的支承點(diǎn)并兼作機(jī)臂相對(duì)于一號(hào)柱的移動(dòng)軌道，因此局部受力較為復(fù)雜。下耳梁的作用是作為吊梁小車懸掛點(diǎn)并兼作吊梁小車的移動(dòng)軌道，局部受力也較為復(fù)雜。機(jī)臂在進(jìn)行有限元分析計(jì)算時(shí)，全部采用板單元建模。

計(jì)算結(jié)果顯示，改造前的JQ140型架橋機(jī)的起重量由140噸變成165噸后，中點(diǎn)吊梁工況下，最大應(yīng)力為205.9MPa，位于跨中吊點(diǎn)處；最大垂向撓度為151.905mm。吊梁橫移工況下，最大應(yīng)力為234MPa，最大應(yīng)力發(fā)生在靠近0號(hào)柱的前吊點(diǎn)處，即吊梁小車與下耳梁接觸的地方。最大垂向撓度為141mm。顯然，吊梁橫移工況下最大應(yīng)力超過(guò)了許用應(yīng)力值230MPa，改造時(shí)需要對(duì)機(jī)臂進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)強(qiáng)。

4.3 改造前的JQ140型架橋機(jī)一號(hào)柱的計(jì)算

一號(hào)柱為套筒式鋼架結(jié)構(gòu)，通過(guò)套筒的伸縮可使機(jī)臂上升下降。一號(hào)柱位于主機(jī)車前轉(zhuǎn)向架中心斷面處，它不僅作為機(jī)臂的一個(gè)豎向支承點(diǎn)，機(jī)臂在此可以沿縱向前后伸縮移動(dòng)，同時(shí)也是機(jī)臂的一個(gè)水平和豎向的轉(zhuǎn)動(dòng)點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)機(jī)臂的擺頭和翹頭動(dòng)作。一號(hào)柱在進(jìn)行有限元分析計(jì)算時(shí)，也是全部采用板單元建模。

計(jì)算結(jié)果顯示，改造前的JQ140型架橋機(jī)的起重量由140噸變成165噸后，一號(hào)柱的最大應(yīng)力達(dá)到442.222MPa，最大位移為56mm，最大應(yīng)力發(fā)生在吊梁橫移工況時(shí)，這時(shí)的最大應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)許用應(yīng)力230MPa。因此改造時(shí)對(duì)一號(hào)柱的補(bǔ)強(qiáng)方案應(yīng)重點(diǎn)考慮。

5 結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案

5.1 機(jī)臂的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案

從前面的計(jì)算中得知原機(jī)臂在吊梁橫移工況下，應(yīng)力水平總體上比較好，但在前后吊點(diǎn)處吊梁小車行輪與下耳梁接觸的地方，最大應(yīng)力達(dá)到233.694MPa。因此需要在這兩個(gè)地方局部補(bǔ)強(qiáng)。根據(jù)下耳梁的實(shí)際構(gòu)造，我們采用將前后吊點(diǎn)區(qū)域的下耳梁隔板加密一倍補(bǔ)強(qiáng)增加一縱向隔板方式，這一方式可有效的降低局部應(yīng)力。

5.2 一號(hào)柱的結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)方案

從1號(hào)龍門柱有限元分析計(jì)算的應(yīng)力云圖可以看到，在架橋機(jī)中點(diǎn)吊梁和吊梁橫移工況下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平在以下5處比較大而且均超過(guò)了230MPa的許用應(yīng)力。如圖3（a）所示，第一處是柱頂與平聯(lián)桿連接處；第2處是柱頂與支承梁相接處；第3處是支承梁與支承梁拉桿相接處；第4處是柱頂轉(zhuǎn)角處；第5處是平連桿本身。

根據(jù)1號(hào)龍門柱有限元分析計(jì)算的應(yīng)力云圖和一號(hào)柱結(jié)構(gòu)形狀和尺寸實(shí)際情況，我們?cè)诜磸?fù)比選和分析計(jì)算的基礎(chǔ)上制定了分別在圖3（b）所示的a、b、c、d、e、f共6處進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)的方案。其中在a處增加一塊10mm的隔板、在b處增加一塊16mm三角肘板、在c處增加一塊16mm蓋板、在d處增加一塊弧形板、在e處增加三塊16mm肘板構(gòu)成立體結(jié)構(gòu)、在f處增加16mm弧形板。各補(bǔ)強(qiáng)板在焊接條件許可的情況下盡可以實(shí)施滿焊。

5.3 機(jī)臂和一號(hào)柱補(bǔ)強(qiáng)后的再校核

機(jī)臂和一號(hào)柱在采取上述的補(bǔ)強(qiáng)方案后，檢算結(jié)果如表1所示。

從表中的數(shù)據(jù)可以看出補(bǔ)強(qiáng)后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變水平普遍下降，強(qiáng)度和剛度均能滿足要求，因此補(bǔ)強(qiáng)方案是合理有效的，可以照此補(bǔ)強(qiáng)方案對(duì)JQ140型架橋機(jī)的機(jī)臂和一號(hào)柱進(jìn)行技術(shù)改造。

6 結(jié)論

我們?cè)趯?duì)JQ140型架橋機(jī)原有承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大量分析和計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合考慮各種最危險(xiǎn)的工況和原有結(jié)構(gòu)的實(shí)際形狀和尺寸，提出了合理的技術(shù)改造方案，并對(duì)這些方案進(jìn)行仿真分析，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)整方案和反復(fù)分析計(jì)算，最終得到了可以滿足強(qiáng)度和剛度要求的補(bǔ)強(qiáng)方案。我們根據(jù)這一方案對(duì)JQ140型架橋機(jī)主要承載結(jié)構(gòu)進(jìn)行了技術(shù)改造。改造后的JQ140型架橋機(jī)經(jīng)實(shí)際架橋檢測(cè)，其主要結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于230Mpa的許用值，變形量也在允許范圍內(nèi)。改造后的JQ140型架橋機(jī)已經(jīng)安全架橋數(shù)上千孔165噸40米的T形梁，最高日架橋數(shù)達(dá)八孔，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)完全達(dá)到改造設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明JQ140G型架橋機(jī)技術(shù)改造是成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]鐵路架橋機(jī)架梁暫行規(guī)定（鐵建設(shè)[2006]181號(hào)）[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2005.

[2]起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB/T3811-2009）[M].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[3]樊友洪，鄒建華.TJ165鐵路架橋機(jī)機(jī)臂的有限元分析[J].中國(guó)水運(yùn)，2007，（5）.