李建康

（中國(guó)水利水電第十工程局有限公司 工程管理部， 四川 成都 610072）

1 工程簡(jiǎn)介

嘉瑞大道K1+960處石板灘大橋，橋梁上部結(jié)構(gòu)采用10×30m跨預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁橋。該橋上跨江公堰，與新建道路正交，全長(zhǎng)306米，橋面寬55米。

2 總體思路

研究箱梁從生產(chǎn)到吊裝的全過程，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，采用數(shù)據(jù)驗(yàn)算及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，從中找出切合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的最優(yōu)實(shí)施方案。以一定數(shù)量的箱梁為研究對(duì)象，通過與設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)對(duì)比計(jì)算，分析從生產(chǎn)到轉(zhuǎn)運(yùn)，再到吊裝，著重于研究吊裝過程中收集的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過對(duì)比得出最優(yōu)以利施工。

3 研究方法及實(shí)施情況

3.1 箱梁生產(chǎn)

箱梁生產(chǎn)施工順序：臺(tái)座頂面刷油→定位→綁扎鋼筋→架設(shè)模板→澆筑砼→養(yǎng)護(hù)→張拉→壓漿→養(yǎng)護(hù)

3.2 架橋機(jī)驗(yàn)算

設(shè)計(jì)預(yù)制箱梁最大吊裝重量1168.5kN。根據(jù)實(shí)際計(jì)算，箱梁重量=鋼絞線重量+水泥漿重量+鋼筋重量+砼重量。

鋼絞線重量：張拉截?cái)嗪竺扛摻g線實(shí)際平均長(zhǎng)度約為 30.2m，每米重量1.24kg，總重G1=30.2*1.24*6*9=2022.192kg；

水泥漿重量：實(shí)際灌入量為每片 0.96m3，容重為 2000kg/m3，重量G2=0.96*2000=1920kg；

砼重量：?jiǎn)纹淞簩?shí)際最大體積為35.8m3，c50鋼筋砼容重為2610kg/m3，總重G3=35.8*2610=93438kg；

單片箱梁總重G=G1+G2+G3=97380.192kg。

通過計(jì)算，從安全系數(shù)角度考慮，選擇150t架橋機(jī)進(jìn)行箱梁架設(shè)，采用電力驅(qū)動(dòng)，架橋機(jī)具體參數(shù)如下：

架橋機(jī)設(shè)計(jì)荷載

（一）、垂直荷載

橋梁重（30m箱梁）：Q1=97.38t；

吊梁小車重：Q2=53.96t（含卷揚(yáng)機(jī)重）；

天車橫梁重：Q3=2.5t（含縱向走行機(jī)構(gòu)）；

大車橫梁重：Q5=3.4t；

天車橫梁?jiǎn)胃戎兀篞9=2.9t；

天車橫梁跨度：L1=6.2m；

臥軌支撐點(diǎn)跨度：L2=5.2m；

前支腿總重：Q4=5.6t；

承重主梁每米重量：Q6=0.3t/m；

1號(hào)天車總重：Q7=26.98t；

2號(hào)天車總重：Q8=26.98t；

主梁、桁架及連結(jié)均布荷載：q=0.6t/m*1.1=0.66t/m；

主梁增重系數(shù)取1.1；

活載沖擊系數(shù)取ε=1.2；

不均勻系數(shù)取1.1。

（二）、水平荷載

1、風(fēng)荷載

取工作狀態(tài)最大風(fēng)力，風(fēng)壓為7級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)壓：q3=19kg/m2;非工作狀態(tài)風(fēng)壓取 11級(jí)風(fēng)的最大風(fēng)壓：q4=66kg/m2。(以上數(shù)據(jù)參照石家莊鐵道學(xué)院《GFJT-40/300拆裝式架橋機(jī)設(shè)計(jì)計(jì)算書》)

2、運(yùn)行慣性力：Φ=1.1。

架橋機(jī)的主要材料特性：

主要材料：Q235B 20# 彈性模量：E=210GPa

焊接方式：手工電弧焊 焊接材料：J422 J506

焊縫系數(shù)：=0.707 鋼材許應(yīng)力：【σ】=140Mpa

天車橫梁截面抗彎模量：Wx=9250cm3，截面形心慣性矩： lx1=816 cm4

導(dǎo)梁抗彎模量：Wz=60649.1cm3，截面形心慣性矩：lx=42508cm4

架橋機(jī)尾部重量 g1=97.38t+53.96+20*0.3*2=163.34t，外伸段重量g2=0.3*30*2*1.1+5.6+3.4=28.8t，經(jīng)計(jì)算，尾部配重加自重遠(yuǎn)大于外伸重量，因此前支腿外伸過程中處于安全狀態(tài)，理論上不會(huì)發(fā)生縱向傾覆；橫向通過全站儀測(cè)視，兩邊高程齊平，且除自重外無其他荷載，外伸過程中理論上不會(huì)發(fā)生橫向傾覆。

在架腿外伸過程中，箱梁端頭不超過0#橋臺(tái)邊線,始終保持重心在尾部，前支腿達(dá)到1#橋臺(tái)后卸下尾部荷載，經(jīng)觀測(cè)通過墊鋼板進(jìn)行找平調(diào)整，調(diào)平后試運(yùn)行天車，包括縱向移動(dòng)和橫向移動(dòng)，橫向移動(dòng)空載最大速度為1.57m/min，縱向移動(dòng)空載最大速度為1.57m/min，再次進(jìn)行線路檢查、電機(jī)安全檢查。

在進(jìn)行第一片箱梁架設(shè)前進(jìn)行安全驗(yàn)算，驗(yàn)算過程如下：

天車橫梁強(qiáng)度及撓度計(jì)算

天車橫梁自重均布荷載qt=Q3/6.2=25KN/6.2m=4.03KN/m。

天車橫梁受集中荷載P01=Q2/2+Q1/2=26.98t+97.38t/2=66t=756.7KN

受力簡(jiǎn)圖如下：

最大跨中彎矩Mmax=1/8*qt*L12+1/4*P*L1=1/8*4.03*38.44+1/4*756.7*6.2

=19.36KN.m+1172.9 KN.m=1192.26 KN.m

天車橫梁跨中最大彎曲應(yīng)力：

δ=Mmax/Wx=1042.36 KN.m/9250cm3=128.9MPa＜【σ】=140Mpa，滿足要求。

天車橫梁撓度：

a、均布荷載下的撓度

f(1)=5qL4/384Elx1=5*4.03×6.24/384*2.1×1012×816×10-8 = 4.5mm

b、集中荷載下的撓度

f(2)=PL3/48EI=756.7×6.23/48×2.1×1012×816×10-8=2.19mm

C、疊加撓度為：

f(總)= f(1)+ f(2)

=4.5+2.19=6.69mm＜[ f 容許]=6200/400=15.5mm，滿足要求。

導(dǎo)梁強(qiáng)度及撓度計(jì)算

強(qiáng)度計(jì)算：

導(dǎo)梁自重均布荷載Q6=0.3t/m =3KN/m，集中荷載為天車重量及箱梁重量，當(dāng)其中一臺(tái)天車位于跨中時(shí)，整個(gè)導(dǎo)梁跨中存在最大彎矩。

均布荷載最大彎矩Mmax1=1/8*3*302=337.5KN.m

集中荷載最大彎矩Mmax2=1/4*97.38/2*30=365.175 KN.m

Mmax= Mmax1+ Mmax2=337.5+365.175=702.7 KN.m

δ=Mmax/Wz=702.7 KN.m/60649.1cm3=11.58MPa＜【σ】=140Mpa，強(qiáng)度滿足要求。

撓度計(jì)算：

a、均布荷載下的撓度

f(3)=5qL4/384EIx=5*0.3×304/384*2.1×1011×42508×10-8 = 3.5mm

b、集中荷載下的撓度

f(4)=PL3/48EI=97.38/2×303/48×2.1×1011×42508×10-8=14.7mm

c、疊加撓度為：

f(總)= f(1)+ f(2)

=3.5+14.7=18.2mm＜[ f 容許]=30000/400=75mm，滿足要求。

架橋機(jī)橫向傾覆穩(wěn)定性計(jì)算

取荷載最不利工況進(jìn)行計(jì)算，首先進(jìn)行橫向抗顛覆驗(yàn)算，當(dāng)導(dǎo)梁于跨中承受全部箱梁重量并且荷載重心處于天車橫梁最左或者最右端時(shí)架橋機(jī)受力情況如下：

q1為架橋機(jī)天車橫梁自重（不含起重車），q2為架橋機(jī)大車橫梁自重,P4為天車吊裝箱梁移動(dòng)到最右端時(shí)連同天車一起的重量。q1= 2Q3=2*2.5t=5t, q2=2Q5=2*3.4t=6.8t。

P8為導(dǎo)梁承受的風(fēng)荷載，作用在軌面以上2.7m處，導(dǎo)梁迎風(fēng)面積按實(shí)體計(jì)算，導(dǎo)梁形狀系數(shù)CK=1.6。

A=(1+η1)(1+η2)* ΦA(chǔ)=(1+0.53)*（1+0.5）*70*2.4=168m2，其中η1=0.53，η2=0.5；風(fēng)荷載為：

P8=CK*ε*q3*A=1.6*1.2*19*168=6128.6kg=6.13t；

P4為架橋機(jī)小車及箱梁重量，P4=53.96+97.38=151.34t；

P9為架橋機(jī)起重小車及梁體承受的風(fēng)載，作用點(diǎn)在支點(diǎn)以上 5.3m處，P9=1.6*1.2*19*(1.8*1+1.8*1)=131.33kg=0.13t；

左右導(dǎo)梁重P=14.6*2=29.2t；

支座反力 f1=(q1+q2+2Q9+P4)*（1.2/6.2）=(5+6.8+5.8+151.34)*0.19=32.1t上圖所示的橫梁右支點(diǎn)為傾覆支點(diǎn)，對(duì)其取矩：

M傾=f1*L2+P8*2.7+P9*5.3+2Q9*0.5+P*0.5=32.1*5.2+6.13*2.7+0.13*5.3+5.8*0.5+14.6=2 201.66t·m；

M抗=(q1+q2) *L2/2+P4*(1.5-0.5)+ 2Q9*(L1-0.5)+P* (L2-0.5)=11.8*2.6+151.34*1+5.8*5.7+29.2*5.7=381.52t·m；

架橋機(jī)工作條件下橫向傾覆安全系數(shù)為：

η=M抗/M傾=381.52/201.66=1.89,滿足要求。

3.3 箱梁試架

經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證后開始進(jìn)行首片梁架橋施工，架橋時(shí)兩天車均移到尾部，前部天車負(fù)重，移除箱梁前端炮車，前部天車緩緩牽引箱梁尾端炮車與梁身以 0.6m/min的速度共同前行，當(dāng)尾部炮車達(dá)到0#橋臺(tái)附近時(shí)后部天車負(fù)重，移除箱梁尾端炮車，此時(shí)架橋機(jī)除自重外負(fù)重97.38t，兩天車此時(shí)以勻速0.6m/min繼續(xù)前行4.96m達(dá)到支座頂部，開始進(jìn)行橫向移動(dòng)對(duì)準(zhǔn)支座位置，此時(shí)由一人操控天車，兩端分別分派一名觀察員并通過對(duì)講機(jī)指揮天車操作手以確保箱梁底部預(yù)埋支座鋼板與橋臺(tái)、蓋梁的支座對(duì)準(zhǔn)接觸。

橫移時(shí)速度亦控制在較慢的速度，速度過快會(huì)導(dǎo)致梁身橫向搖擺，橫向調(diào)整到位后即進(jìn)行下放，到最終箱梁就位，架橋機(jī)耗時(shí)h=（架橋機(jī)長(zhǎng)度）50/0.6+（天車橫梁長(zhǎng)度一半）2.6/0.6+（支座頂面距離提梁時(shí)梁身底面的距離）2.08/0.6=91.13min，加上架橋機(jī)提梁過程中的操作調(diào)整 5min，首片梁架設(shè)耗時(shí)h1=96.13min，炮車運(yùn)梁時(shí)間h2=1020/0.69=24.6min，從運(yùn)梁到首片梁架設(shè)，全過程耗時(shí)為120.73min，按照8小時(shí)工作時(shí)間每天可架設(shè)4片箱梁。

3.4 試驗(yàn)對(duì)比

從首片梁架設(shè)耗時(shí)120.73min分析，此架梁進(jìn)度不能滿足生產(chǎn)要求，必須對(duì)運(yùn)梁速度進(jìn)行、架橋機(jī)工作速度進(jìn)行調(diào)整，以達(dá)到在保證安全的前提下的最優(yōu)實(shí)際操作速度。

對(duì)運(yùn)梁通道路面進(jìn)行精平，提高路面平整度，提高運(yùn)梁安全系數(shù)，進(jìn)而為運(yùn)梁提速創(chuàng)造條件，經(jīng)過再次測(cè)試對(duì)比，最優(yōu)車速控制為 0.9m/s，單次運(yùn)梁時(shí)間h3=1020/0.9=18.8min。

架橋機(jī)在架設(shè)第二片梁時(shí)天車速度稍微提升，以0.1m/min為公差在以后每次架梁時(shí)進(jìn)行觀察分析并保持天車橫移速度不變，如第二片梁架設(shè)時(shí)，將天車縱移速度調(diào)整為 0.7m/min，將下放箱梁的速度調(diào)整為 0.7m/min，通過全程觀察并無明顯對(duì)安全不利的現(xiàn)象發(fā)生，第二片梁架設(shè)總時(shí)間為 101.91min，比第一次提速18.82min，第三片梁架設(shè)總時(shí)間為97.15min，第四片梁架設(shè)總時(shí)間89.5min，根據(jù)第四片梁的施工參數(shù)計(jì)算，按每天8小時(shí)工作時(shí)間計(jì)算一天可以架設(shè)5片箱梁，但根據(jù)梁場(chǎng)實(shí)際規(guī)模及客觀生產(chǎn)條件，最多只能滿足一周生產(chǎn)10片箱梁，因此按照首片梁的工作參數(shù)即可滿足架梁要求，為了深入發(fā)掘架橋機(jī)的工作效率，繼續(xù)開展研究試驗(yàn)工作，試驗(yàn)觀察均在安全監(jiān)控條件下進(jìn)行，試驗(yàn)記錄參數(shù)如下表：

序 號(hào)炮車運(yùn)梁速度天車縱移速度天車橫移速度 下梁速度 運(yùn)梁時(shí)間架橋機(jī)架單片梁時(shí)間單日（8h）架梁強(qiáng)度備注1 0.69m/s 0.6m/min 0.6m/min 0.6m/min 24.6min 96.13min 4 2 0.9m/s 0.7m/min 0.6m/min 0.7m/min 18.8min 83.73min 4 3 0.9m/s 0.8m/min 0.7m/min 0.8m/min 18.8min 73.81min 5 4 0.9m/s 0.9m/min 0.7m/min 0.9m/min 18.8min 66.58min 5 5 0.9m/s 1.0m/min 0.8m/min 0.9m/min 18.8min 60.56min 6 6 0.9m/s 1.1m/min 0.8m/min 0.9m/min 18.8min 56.01min 6 7 0.9m/s 1.2m/min 0.9m/min 0.9m/min 18.8min 51.84min 6 8 0.9m/s 1.3m/min 0.9m/min 1.0m/min 18.8min 48.4min 7 9 0.9m/s 1.4m/min 1.0m/min 1.1m/min 18.8min 45.2min 7 箱梁晃動(dòng)明顯

按照表格名稱項(xiàng)進(jìn)行多次試驗(yàn)結(jié)果雷同，為了確保安全，考慮架橋機(jī)并非新出廠產(chǎn)品，以及架橋機(jī)的實(shí)際工作效率，得出8小時(shí)工作制度下炮車速度0.9m/s，天車縱向移動(dòng)速度1.4m/min，天車橫向移動(dòng)速度1.0m/min，天車下梁速度1.1m/min，為架設(shè)施工安全臨界參數(shù)。

4 主要研究成果

4.1 研究成果

該架橋機(jī)最優(yōu)工作參數(shù)為，炮車車速 0.9m/s，天車縱向移動(dòng)速度 1.4m/min，天車橫向移動(dòng)速度 1.0m/min，天車下梁速度 1.1m/min。任何一臺(tái)機(jī)械設(shè)備，根據(jù)維護(hù)情況的不同，新舊程度不同等原因，實(shí)際的工作效率必然不同，該項(xiàng)研究有利于在保證安全的前提下發(fā)掘機(jī)械的最優(yōu)功率，從而達(dá)到安全控制、進(jìn)度控制、效益控制的目的。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益

架橋機(jī)的使用在本行業(yè)中已處于技術(shù)成熟的時(shí)期，但在運(yùn)用特種設(shè)備架橋機(jī)進(jìn)行施工時(shí)，安全控制是首要條件，保障安全就是保障生產(chǎn)，就是創(chuàng)收，本項(xiàng)目的研究使嘉瑞大道石板灘大橋箱梁架設(shè)在安全可控的情形下完成了橋梁的全副架通，也較大程度的縮短了施工工期，避免了機(jī)械、人員窩工，經(jīng)濟(jì)效益明顯。5 結(jié)語

該項(xiàng)目研究結(jié)果在后期箱梁架設(shè)工作中，起到了極為明顯的指導(dǎo)作用。從后續(xù)箱梁順利架設(shè)的效果來看，本次研究得出的相關(guān)參數(shù)確實(shí)印證了箱梁架設(shè)平順、安全的事實(shí)。嘉瑞大道因阻工造成多數(shù)工期延誤，本項(xiàng)研究在控制總施工進(jìn)度工作中起到了積極的作用，為最終順利完成工期目標(biāo)奠定了良好的基礎(chǔ)。