周衍領(lǐng) 周光忠 萬(wàn) 鵬 梁盼盼

（1.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600；2.中鐵十一局集團(tuán)漢江重工有限公司 湖北襄陽(yáng) 441006）

1 概述

隨著我國(guó)高速鐵路建設(shè)的跨越式發(fā)展，高速鐵路預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁從32 m跨度升級(jí)到40 m跨度，與之相配套，架設(shè)高速鐵路40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁的運(yùn)架一體機(jī)“昆侖號(hào)”應(yīng)運(yùn)而生。目前在鄭濟(jì)、廈深、南沿江等新建高速鐵路線路上大量采用了40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁，與既有32 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁相比，其跨度增大8 m，高度增加0.23 m，重量也由900 t/榀增加至1 000 t/榀。目前，國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上既有的大量架設(shè)32 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁的運(yùn)架一體機(jī)，無(wú)論從結(jié)構(gòu)、起吊能力還是從功能上都已不能滿足40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁的架設(shè)要求［1］。

高速鐵路40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)由主梁、前走行系統(tǒng)、后走行系統(tǒng)、支撐系統(tǒng)、連接機(jī)構(gòu)、卷?yè)P(yáng)機(jī)平臺(tái)、起吊系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。主梁通過(guò)連接機(jī)構(gòu)與后車系統(tǒng)鉸接連接，前車系統(tǒng)利用鉸制孔螺栓與主梁腹板固結(jié)連接［2］。昆侖號(hào)架橋機(jī)連接機(jī)構(gòu)安裝位置圖見(jiàn)圖1。

圖1 昆侖號(hào)架橋機(jī)連接機(jī)構(gòu)安裝位置

2 連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)功能要求

40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)主梁與后車系統(tǒng)之間的連接機(jī)構(gòu)是該運(yùn)架一體機(jī)關(guān)鍵要害結(jié)構(gòu)，此結(jié)構(gòu)不僅是主梁與走行系統(tǒng)建立聯(lián)系的橋梁，其設(shè)計(jì)還需兼具下列功能：

（1）傳遞和承受縱、橫、豎三向荷載，消解整機(jī)內(nèi)部應(yīng)力和彎矩［3］。

（2）整機(jī)懸空時(shí)，保證走行系統(tǒng)和主梁連接不斷開(kāi)。

（3）可三向轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度不小于3°。

（4）作為鉸支座與主梁、前車組成簡(jiǎn)支受力體系［4］。

2.2 連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則

40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，應(yīng)遵循以下主要設(shè)計(jì)原則：

（1）較小的結(jié)構(gòu)高度

在滿足40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)工作所需的各項(xiàng)功能條件下，盡量壓縮連接機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)高度，以達(dá)到降低整機(jī)高度的目的，從而滿足架橋機(jī)在過(guò)隧、隧道進(jìn)出口等特殊工況下運(yùn)架箱梁的要求［5］。

（2）較長(zhǎng)的使用壽命

40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)要在不同環(huán)境下的高鐵線路上運(yùn)架梁作業(yè)，就需要頻繁地進(jìn)行拆裝和轉(zhuǎn)場(chǎng)工作，同時(shí)還要遭受高低溫、潮濕、風(fēng)沙、臺(tái)風(fēng)、暴雨等惡劣氣候條件的影響，連接機(jī)構(gòu)要有較長(zhǎng)的使用壽命，保證在頻繁拆裝和各種惡劣氣候條件下能正常工作［6］。

（3）較高的環(huán)保要求

40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)連接機(jī)構(gòu)，在工作過(guò)程中要有良好的密封和潤(rùn)滑功能，需選擇合適的潤(rùn)滑材料，禁止選擇具有揮發(fā)、滲漏等容易污染場(chǎng)地和混凝土梁面的材料；同時(shí)，還要防止連接機(jī)構(gòu)之間在工作中產(chǎn)生噪聲，污染周圍環(huán)境。

2.3 連接機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案比選

（1）實(shí)體球鉸

目前，市場(chǎng)上既有的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁運(yùn)架一體機(jī)主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)，大部分參考門式起重機(jī)柔性支腿上的實(shí)體球鉸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而成。實(shí)體球鉸結(jié)構(gòu)高度大，采用鑄件機(jī)加工而成，加工精度較低，采用法蘭＋螺栓的連接方式分別與主梁和走行系統(tǒng)連接。

實(shí)體球鉸連接機(jī)構(gòu)采用鋼對(duì)鋼形式的摩擦副，摩擦副之間需要加注潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑摩擦面，因密封不嚴(yán)，摩擦副之間潤(rùn)滑脂容易滲漏、揮發(fā)而脫水失效，摩擦面常因缺乏潤(rùn)滑脂保護(hù)而極易銹蝕，造成轉(zhuǎn)動(dòng)困難，從而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲等缺陷和弊端。要滿足40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁架設(shè)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)高度需達(dá)到700 mm，因而導(dǎo)致整機(jī)結(jié)構(gòu)高度較高，嚴(yán)重影響運(yùn)架一體機(jī)的使用性能，影響整機(jī)隧道通過(guò)性，無(wú)法進(jìn)行隧道進(jìn)出口架梁等工況施工［7］。實(shí)體球鉸結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 馬達(dá)排量與系統(tǒng)壓強(qiáng)關(guān)系

圖2 實(shí)體球鉸結(jié)構(gòu)

（2）關(guān)節(jié)軸承

40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)如采用關(guān)節(jié)軸承形式，其整體結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)高度420 mm，較之實(shí)體球鉸結(jié)構(gòu)高度減少280 mm）高度比球鉸顯著降低，采用特制自潤(rùn)滑材料組成摩擦副，可免維護(hù)，摩擦系數(shù)更小，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，環(huán)境友好，承載能力、使用壽命及使用功能都有較大的增強(qiáng)和提高。關(guān)節(jié)軸承的軸圈和座圈同樣利用法蘭＋螺栓的方式，分別與主梁和后車系統(tǒng)連為一體。昆侖號(hào)架橋機(jī)主梁與后車系統(tǒng)之間采用關(guān)節(jié)軸承形式的連接機(jī)構(gòu)連接，降低了整機(jī)高度，滿足了整機(jī)隧道通過(guò)性及隧道進(jìn)出口架梁施工要求［8］。關(guān)節(jié)軸承實(shí)物如圖3所示。

圖3 關(guān)節(jié)軸承

2.4 兩種連接機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁運(yùn)架一體機(jī)主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)實(shí)體球鉸及關(guān)節(jié)軸承，在運(yùn)架一體機(jī)工作過(guò)程中都發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，兩種連接機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 連接機(jī)構(gòu)優(yōu)缺點(diǎn)比較

由表1可知，關(guān)節(jié)軸承在結(jié)構(gòu)高度、適用性、承載能力、防塵、潤(rùn)滑、環(huán)境友好、使用效果、使用壽命等指標(biāo)上均好于實(shí)體球鉸［9-11］。

3 應(yīng)用效果

通過(guò)對(duì)兩種連接機(jī)構(gòu)的比選，新研制的高速鐵路40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁昆侖號(hào)架橋機(jī)主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)最終采用關(guān)節(jié)軸承連接形式。昆侖號(hào)架橋機(jī)于2020年5月下線，6月在廈深高鐵湄洲灣大橋首架成功。目前，昆侖號(hào)架橋機(jī)在廈深高鐵湄洲灣大橋已經(jīng)成功架設(shè)40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁100余榀，架梁過(guò)程經(jīng)歷了包括陸地、高溫、高濕、海邊、海上、大風(fēng)等工況。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明，主梁與后車系統(tǒng)連接機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)軸承工作正常，沒(méi)有出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)困難、轉(zhuǎn)動(dòng)噪聲、密封不嚴(yán)、內(nèi)部銹蝕等缺陷和弊端。

4 結(jié)束語(yǔ)

關(guān)節(jié)軸承形式的連接機(jī)構(gòu)在昆侖號(hào)架橋機(jī)上的成功應(yīng)用，為后續(xù)類似連接機(jī)構(gòu)的研發(fā)提供了技術(shù)和應(yīng)用參考；為我國(guó)新建高速鐵路如期順利架設(shè)40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土簡(jiǎn)支箱梁提供了必要的裝備保障；同時(shí)打破國(guó)外專利和技術(shù)壟斷，對(duì)我國(guó)未來(lái)布局海外鐵路建設(shè)，對(duì)接一帶一路，助力高鐵出海等意義重大［12］。