安志剛 梁志新 羅九林 朵君泰 萬(wàn) 鵬 周衍領(lǐng) 雷大臣

（中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 北京 102600）

1 引言

我國(guó)高速鐵路橋梁主要采用預(yù)制架設(shè)施工的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支箱梁。隨著我國(guó)高速鐵路基于預(yù)制架設(shè)施工方法的1 000 t提運(yùn)架設(shè)備的投入使用，40 m簡(jiǎn)支箱梁高質(zhì)量、規(guī)?；瘧?yīng)用的難題也隨之解決。

本文以我國(guó)首臺(tái)高速鐵路1 000 t運(yùn)架一體機(jī)昆侖號(hào)架橋機(jī)為對(duì)象，考慮40 m簡(jiǎn)支箱梁運(yùn)架全過(guò)程的主要技術(shù)工況，對(duì)架橋機(jī)主梁應(yīng)力、變形，以及主支腿受力、位移變化等參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)的測(cè)試分析［1-3］，為昆侖號(hào)架橋機(jī)及同類設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及操作應(yīng)用研究提供參考。

2 昆侖號(hào)架橋機(jī)概況

2.1 昆侖號(hào)架橋機(jī)機(jī)構(gòu)組成

昆侖號(hào)架橋機(jī)可用于高速鐵路、客運(yùn)專線雙線整孔40 m簡(jiǎn)支箱梁的提運(yùn)、架設(shè)，并實(shí)現(xiàn)以下功能：該機(jī)可以提運(yùn)整孔箱梁通過(guò)時(shí)速250 km和時(shí)速350 km的隧道；可以架設(shè)40 m、32 m、24 m等跨度的高速鐵路、客運(yùn)專線及城際鐵路雙線（單箱單室、單箱雙室）預(yù)應(yīng)力混凝土整孔箱梁；可在隧道口和隧道內(nèi)架梁，且與隧道外的架梁作業(yè)方法、程序相同；可實(shí)現(xiàn)30‰大坡度架梁。

昆侖號(hào)架橋機(jī)由主梁、前走行系統(tǒng)、后走行系統(tǒng)、中支腿、主支腿、固定起升系統(tǒng)、移動(dòng)起升系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)等主要部分組成，如圖1所示。

圖1 昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2 昆侖號(hào)架橋機(jī)施工典型工況

根據(jù)昆侖號(hào)架橋機(jī)架梁操作過(guò)程，其運(yùn)架典型工況可以主要分為以下幾種：一是提運(yùn)梁工況，一體機(jī)提吊簡(jiǎn)支梁由梁場(chǎng)運(yùn)送至架梁工位；二是過(guò)孔工況，安裝主支腿至橋墩，完成體系轉(zhuǎn)換，架橋機(jī)由后車和主支腿支撐，前走行系統(tǒng)越過(guò)主支腿，待架箱梁落梁至已架設(shè)箱梁上部，中支腿就位安置于已架設(shè)梁上，頂升后，主支腿倒運(yùn)至下一橋墩上方；三是喂（架）梁工況，安裝主支腿，中支腿收縮，完成體系轉(zhuǎn)換，箱梁起吊后，進(jìn)行第二次喂梁，喂梁結(jié)束，開始落梁。

3 試驗(yàn)方案

根據(jù)昆侖號(hào)架橋機(jī)設(shè)計(jì)特點(diǎn)及操作應(yīng)用工況確定試驗(yàn)內(nèi)容為重載（提運(yùn)梁）靜載試驗(yàn)、過(guò)孔靜載試驗(yàn)和架（喂）梁靜載試驗(yàn)［4-5］。

3.1 試驗(yàn)場(chǎng)地選擇

為了保障昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)順利進(jìn)行，對(duì)試驗(yàn)場(chǎng)地制定了2套方案，一是選擇在架橋機(jī)制造加工廠進(jìn)行試驗(yàn)，二是選擇在制梁廠及橋上進(jìn)行?？紤]到在第1方案中，需要投入巨大的成本進(jìn)行地基基礎(chǔ)處理，以及配重配備，且安全保證困難，最終選擇第2方案，結(jié)構(gòu)試驗(yàn)選擇在福廈鐵路進(jìn)行。

3.2 試驗(yàn)測(cè)試內(nèi)容及加載方式

（1）重載（提運(yùn)梁）靜載試驗(yàn)

提運(yùn)梁靜載試驗(yàn)主要對(duì)昆侖號(hào)架橋機(jī)在1.1倍額定荷載作用下的應(yīng)力、變形進(jìn)行測(cè)試［6-9］。

梁場(chǎng)內(nèi)采用在40 m簡(jiǎn)支箱梁頂部布置鋼筋形式進(jìn)行配重，實(shí)現(xiàn)1.1倍額定荷載加載。本試驗(yàn)循環(huán)進(jìn)行3次。每次中，梁體離開地面20 cm，停留10 min。

（2）過(guò)孔靜載試驗(yàn)

過(guò)孔靜載試驗(yàn)主要對(duì)昆侖號(hào)架橋機(jī)過(guò)孔完成，對(duì)主梁在最大懸臂狀態(tài)下的線形進(jìn)行測(cè)試。

過(guò)孔過(guò)程中，中支腿就位安置于已架設(shè)梁上，頂升后，主支腿倒運(yùn)至下一橋墩上方且未安裝時(shí)，此時(shí)為最大懸臂狀態(tài)。

（3）架（喂）梁靜載試驗(yàn)

架（喂）梁靜載試驗(yàn)通過(guò)在橋上模擬架（喂）梁最不利工況即最大跨度工況（如圖2所示），對(duì)1.0倍額定荷載作用下架橋機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)力及變形響應(yīng)進(jìn)行測(cè)試。

圖2 架橋機(jī)架（喂）梁最不利工況示意

3.3 測(cè)點(diǎn)布置方式

（1）變形測(cè)點(diǎn)布置

沿架橋機(jī)主梁縱向全長(zhǎng)，在梁頂一側(cè)，布置豎向變形測(cè)點(diǎn)。共計(jì)11個(gè)測(cè)點(diǎn)。如圖3所示，每個(gè)測(cè)點(diǎn)位置安裝測(cè)量用反射片。

圖3 主梁變形測(cè)點(diǎn)布置示意（單位：m）

（2）應(yīng)力測(cè)點(diǎn)

在昆侖號(hào)架橋機(jī)提運(yùn)梁靜載試驗(yàn)中，架橋機(jī)選擇5 個(gè)應(yīng)力測(cè)試斷面，即 S1、S2、S3、S4、S5 斷面，如圖4 所示。在主梁 S1、S2、S3、S4、S5 斷面，分別在頂板、底板橫向均勻布置3個(gè)縱向電阻應(yīng)變片［10-12］，測(cè)試主梁頂板和底板的拉壓應(yīng)力。

圖4 主梁應(yīng)力測(cè)試斷面示意

4 試驗(yàn)結(jié)果

4.1 重載（提運(yùn)梁）試驗(yàn)結(jié)果

（1）變形測(cè)試結(jié)果

本次重載（提運(yùn)梁）試驗(yàn)，主梁變形測(cè)試結(jié)果如圖5、圖6所示?？梢钥吹?，加載前后，三次實(shí)測(cè)跨中最大豎向變形平均值為16.4 cm，小于理論計(jì)算值16.8 cm。主梁實(shí)測(cè)變形結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。

圖5 試驗(yàn)三次加載后主梁變形實(shí)測(cè)結(jié)果

圖6 實(shí)測(cè)變形與理論變形對(duì)比

（2）應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

本次重載（提運(yùn)梁）試驗(yàn)，主梁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)如表1所示?？梢钥吹?，在1.1倍額定荷載作用下，最大應(yīng)力出現(xiàn)在S3截面頂板位置，為-143.4 MP（壓應(yīng)力）。主梁測(cè)試應(yīng)力值均小于計(jì)算應(yīng)力值168.6 MPa。

表1 重載（提運(yùn)梁）試驗(yàn)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4.2 過(guò)孔試驗(yàn)結(jié)果

本工況進(jìn)行了2次試驗(yàn)，主梁線形測(cè)試結(jié)果如表2所示。過(guò)孔過(guò)程中，最大懸臂狀態(tài)且主支腿位于最前端時(shí)，懸臂端最大下?lián)蠑?shù)值為65.4 cm。

表2 主梁線形測(cè)試結(jié)果

4.3 架（喂）梁靜載試驗(yàn)結(jié)果

（1）變形測(cè)試結(jié)果

本次架（喂）梁靜載試驗(yàn)，加載完成后主梁線形實(shí)測(cè)結(jié)果如圖7所示，主梁線形在跨中最大下?lián)蠑?shù)值為32.1 cm。

圖7 主梁實(shí)測(cè)線形與拼裝線形對(duì)比

加載完成后主梁線形與拼裝線形進(jìn)行比較，得到主梁絕對(duì)變形如圖7、圖8所示。可以看到主梁實(shí)測(cè)最大變形為59.3 cm，理論計(jì)算最大變形值為59.6 cm，試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致。

圖8 主梁加載后絕對(duì)變形實(shí)測(cè)值與理論值對(duì)比

（2）應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

本次架（喂）梁靜載試驗(yàn)，在額定荷載作用下，主梁應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表3所示?？梢钥吹剑囼?yàn)中，最大應(yīng)力出現(xiàn)在S3截面頂板位置，為-327.6 MPa（壓應(yīng)力），小于理論計(jì)算值337 MPa。

表3 架（喂）梁靜載試驗(yàn)應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)首臺(tái)高速鐵路1 000 t運(yùn)架一體機(jī)昆侖號(hào)架橋機(jī)試驗(yàn)分析得出以下結(jié)論：

（1）自重荷載試驗(yàn)中主梁在自重作用下跨中附近最大下?lián)蠟?.7 cm，最前端上撓4.2 cm。

（2）重載（提運(yùn)梁）試驗(yàn)中，主梁實(shí)測(cè)最大豎向位移16.4 cm，小于理論計(jì)算值16.8 cm，剛度滿足設(shè)計(jì)要求。

（3）過(guò)孔試驗(yàn)中最大懸臂狀態(tài)，前端撓度最大為65.4 cm。

（4）架（喂）梁靜載試驗(yàn)中，在額定荷載作用下，主梁最大應(yīng)力測(cè)試值為327.6 MPa（壓應(yīng)力），小于理論計(jì)算值337 MPa，昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，昆侖號(hào)架橋機(jī)結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)受力性能符合設(shè)計(jì)要求。至目前為止，昆侖號(hào)架橋機(jī)在福廈鐵路已成功架設(shè)100余榀箱梁，并成功進(jìn)行了末孔梁架設(shè)。本試驗(yàn)研究成果為昆侖號(hào)架橋機(jī)及同類設(shè)備的進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)，以及操作應(yīng)用研究提供參考。