石亮 賀水冰 原貞華

摘 要：隨著國(guó)內(nèi)外高鐵交通建設(shè)發(fā)展，在全球范圍內(nèi)的大江大河、高山低谷、城市道路等不同的高鐵橋梁施工工程中，提梁機(jī)作為目前普遍使用的吊梁設(shè)備，施工單位對(duì)提梁機(jī)的使用工況要求不盡相同。其中箱型結(jié)構(gòu)、多節(jié)段拼裝的主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，具有其重量輕，運(yùn)輸辦理、拆裝方便的優(yōu)越性，而疊合主梁結(jié)構(gòu)的技術(shù)應(yīng)用又進(jìn)一步提升了提梁機(jī)的優(yōu)越性。本文以雄安新區(qū)高鐵架設(shè)項(xiàng)目900噸輪軌式提梁機(jī)鋼結(jié)構(gòu)主梁為例，探討提梁機(jī)大型疊合主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)，淺析疊合梁制造、應(yīng)用技術(shù)的關(guān)鍵難題，同時(shí)引入疊合梁工廠生產(chǎn)制造中的工藝技術(shù)，進(jìn)行綜合性的分析論述。也為高鐵箱梁架設(shè)所需要的“搬、提、運(yùn)、架”一系列設(shè)備類(lèi)似箱梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、加工、制造提高技術(shù)借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：提梁機(jī)；疊合主梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；生產(chǎn)制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.095

0 概述

由我院為雄安新區(qū)高鐵架設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的450t提梁機(jī)2臺(tái)為一套，由主梁、剛腿、柔腿、起重小車(chē)、大車(chē)機(jī)構(gòu)、副起升機(jī)構(gòu)及附屬走到欄桿組成。2臺(tái)提梁機(jī)配合起重額定起重量為900t，能滿足鐵路200～350km/h鐵路客運(yùn)專(zhuān)線32m、24m、20m預(yù)制雙線整孔預(yù)應(yīng)力箱形混凝土梁的提升、裝卸施工。能與運(yùn)梁車(chē)配合完成箱梁的裝梁作業(yè)。能夠用于運(yùn)梁車(chē)、架橋機(jī)的組裝，架設(shè)其行走軌道范圍內(nèi)所有的箱梁。能夠配合完成運(yùn)梁車(chē)和架橋機(jī)的調(diào)頭，能夠進(jìn)行運(yùn)梁車(chē)和架橋機(jī)的整機(jī)提升。

本提梁機(jī)項(xiàng)目主梁結(jié)構(gòu)為我院首次采用疊合主梁結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，這種疊合形式國(guó)內(nèi)少見(jiàn)，設(shè)計(jì)對(duì)結(jié)構(gòu)樣式、截面零件布置、上下層法蘭面平面度、上下層法蘭螺栓穿孔率、整體結(jié)構(gòu)焊接變形控制遠(yuǎn)高于一般常見(jiàn)的箱型主梁結(jié)構(gòu)，上下層法蘭的螺栓孔布置設(shè)計(jì)更是嚴(yán)重關(guān)系到疊合梁的力學(xué)性能，本文將重點(diǎn)介紹疊合主梁上下層連接設(shè)計(jì)計(jì)算和疊合主梁拼裝焊接工藝。

1 疊合主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理

1.1 疊合主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

疊合主梁就是將主梁分為上下層拼裝在一起，在彎曲變形過(guò)程中無(wú)相對(duì)錯(cuò)位，則疊合主梁橫截面可以視作為整體。如圖1所示為我院設(shè)計(jì)的雙主梁疊合梁，總長(zhǎng)49100mm，跨度46m，分為5節(jié)，總重約206噸。疊合主梁截面高4100mm，寬1212mm，蓋板厚度25mm，腹板厚度12mm，上下層法蘭板厚度20mm，上下層法蘭通過(guò)螺栓連接，螺栓布置在主梁箱體內(nèi)側(cè)，以便于后續(xù)維修檢查。上下層法蘭采用M24-8.8的高強(qiáng)度螺栓連接，上下梁兩側(cè)腹板間螺栓各布置兩排，螺栓沿主梁方向等間距布置。

1.2 疊合主梁上下層連接

疊合主梁由于豎向力的作用，會(huì)產(chǎn)生彎曲，通常在每個(gè)截面上將同時(shí)作用有彎矩和剪力。而主梁截面上的彎曲應(yīng)力與該點(diǎn)到截面中心的距離有關(guān)，距離越大，彎曲應(yīng)力越大。疊合主梁中心層位置所受的彎曲應(yīng)力可忽略不計(jì)，因疊合主梁上下分層位于疊合主梁中心，則連接法蘭只有剪力，沒(méi)有彎矩引起的拉壓應(yīng)力。

疊合主梁橫截面上的剪力主要由腹板承受，且因腹板的厚度遠(yuǎn)小于翼緣板的寬度，則腹板上的剪力可近似為均勻分布。

主梁橫截面上的剪力主要由腹板承受，且因腹板的厚度遠(yuǎn)小于翼緣板的寬度，則腹板上的剪力可近似為均勻分布。因小車(chē)運(yùn)行在主梁不同位置時(shí)，主梁上下分層法蘭螺栓所受剪切力不同，需要選取小車(chē)位于主梁跨中和偏載一側(cè)兩種工況計(jì)算。

2 疊合主梁生產(chǎn)技術(shù)要點(diǎn)

2.1 疊合主梁下料

疊合主梁每個(gè)節(jié)段采用鋼板焊接而成的箱型結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有隔板和加強(qiáng)筋。疊合主梁是提梁機(jī)的主要承載梁，需要具有足夠的強(qiáng)度和剛度。本項(xiàng)目疊合主梁跨度為46m，需要有64+5mm上拱度，如圖2所示。疊合主梁對(duì)于長(zhǎng)度、水平旁彎、扭曲等參數(shù)也有一定的要求，且存在由大范圍焊接導(dǎo)致的變形，需在零件下料時(shí)就開(kāi)始進(jìn)行把控。

腹板分五段下料，每段間留取5mm間隙，焊接后的成型上拱度為64+5mm，制造的工藝拱度根據(jù)制造工廠的實(shí)際情況確定。腹板在下料時(shí)，預(yù)設(shè)1‰×49100mm（總長(zhǎng)）=49.1mm的焊接收縮余量，且要求焊接成型后總長(zhǎng)為49100±10mm。下料時(shí)，兩側(cè)腹板坡口加工要求均為：內(nèi)側(cè)50°坡口，外側(cè)留2mm鈍邊。如用氣割加工坡口，需清理熔融金屬掛渣、去除氧化皮，露出金屬光澤。蓋板分五段下料，每段間留取5mm間隙，預(yù)設(shè)1‰×49100mm（總長(zhǎng)）=49.1mm的焊接收縮余量，且要求焊接成型后總長(zhǎng)為49100±10mm。注意原則上，每一段主梁蓋板、腹板不建議對(duì)接。如遇特殊情況，蓋板、腹板也僅能在長(zhǎng)度方向最多對(duì)接一次，且相鄰腹板與蓋板的對(duì)接焊縫需至少錯(cuò)開(kāi)300mm。

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疊合主梁分為上下層法蘭螺栓連接，法蘭孔公差要求較高，采用先孔法或者后孔法均可操作；注意每根主梁兩側(cè)焊接時(shí)的焊接順序等保持一致，盡量避免焊接后變形偏差。上下層法蘭分為五段下料，每段間留取5mm間隙，預(yù)設(shè)1‰×49100mm（總長(zhǎng)）=49.1mm的焊接收縮余量，且要求焊接成型后總長(zhǎng)為49100±10mm。

2.2 疊合主梁組裝拼焊

疊合主梁節(jié)段連接板加工要求連接板需要實(shí)現(xiàn)互換，節(jié)段連接板有條件的話采用鉆模（鉆模內(nèi)加鉆套）加工，如沒(méi)有鉆模，可每次加工三四塊，第一次加工的連接板作為以后加工的模板，注意最好不要重復(fù)利用同一塊連接板作模板。制作中，按照46m整體焊接完成后，拱度調(diào)整合格后，進(jìn)行節(jié)段接頭連接板鉆孔，過(guò)程中注意按照?qǐng)D紙拱度放樣尺寸控制，保證主梁預(yù)拱滿足圖紙要求；整個(gè)過(guò)程中，為了保障節(jié)段拆除或者安裝后，主梁整體拱度不平順，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)段之間的間隙。

疊合主梁拼焊時(shí)，上下層分別在胎架上鉚裝后疊加在一起，調(diào)整拱度并檢驗(yàn)合格后再焊接，焊接時(shí)注意上下層連接法蘭采用U型夾或其他方式鉚固，主梁兩側(cè)焊接時(shí)的焊接參數(shù)、焊接順序及焊縫高度保持一致，焊接過(guò)程中防止上下層產(chǎn)生滑移。疊合主梁上下層法蘭孔公差要求較高，采用先孔法或者后孔法均可操作；注意每根主梁兩側(cè)焊接時(shí)的焊接順序等保持一致，盡量避免焊接后變形偏差。

3 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目的疊合主梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)收達(dá)到預(yù)期效果，關(guān)鍵尺寸尤其主梁拱度的控制、接頭法蘭等都控制在允許公差范圍內(nèi)，而且疊合梁其中一個(gè)重要優(yōu)勢(shì)就是單個(gè)結(jié)構(gòu)外形尺寸小，重量輕，極大地方便了內(nèi)陸山地公路運(yùn)輸環(huán)境。同時(shí)本次項(xiàng)目采用疊合主梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)拓展了我院的產(chǎn)品形式，為我院的同類(lèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造提供了可以借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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