(武漢船舶職業(yè)技術學院,湖北武漢 430050)
預制拼裝技術由于相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆技術具有構件質(zhì)量容易保證、現(xiàn)場安裝快捷、施工現(xiàn)場文明程度高等諸多優(yōu)勢,越來越多地應用于橋梁施工中[1]。傳統(tǒng)架橋機只能安裝T梁,一體化架橋機功能更全面,可以滿足T梁、墩柱、蓋梁所有部件施工需求。
寧波舟山港主通道的主橋跨徑布置為1041米預應力混凝土連續(xù)剛構,采用節(jié)段梁預制拼裝, LG140一體化架橋機就是為此工程量身定制的。預制構件的種類、重量及是否抬吊等相關信息如表1所示。
表1 安裝構件種類、重量及相關信息表
一體化架橋機主要由承載主桁架,超前墩支腿,前、后承重支腿,后支腿,起重天車,吊具等組成,如圖1所示。LG140一體化架橋機技術參數(shù)如表2所示。
圖1 LG140一體化架橋機總體示意圖
表2 LG140一體化架橋機性能參數(shù)表
整個主桁架由兩根主桁架組成。每根主桁架截面為三角形的型鋼組焊而成,上面鋪有天車走行的軌道,下面鋪有可共走行的通長軌道。兩主桁架之間設置有前、中、后橫聯(lián)及斜撐,確保整體穩(wěn)定性,如圖2所示。
圖2 主桁架示意圖
超前墩支腿與主桁架為鉸接連接,位于最前端,在架橋機過孔時隨主框架一起移動。為滿足所有構件的吊裝要求特別設計成具有多級伸縮功能,滿足高度變化大的要求。主要由頂升油缸、旋轉油缸、內(nèi)伸縮套、外伸縮套及支腿立柱組成,采用專業(yè)設計的三級頂升系統(tǒng) ,通過連接電動導鏈和各級伸縮套之間的聯(lián)接,可以實現(xiàn)支腿5~20米的調(diào)節(jié)量。兩個頂升油缸位于支腿的最下方,可以克服支腿自重產(chǎn)生的下?lián)?。前支腿下部通過一個牛腿挑梁站在承臺的前面約500毫米左右的位置,挑梁的后部通過預埋精軋螺紋鋼錨固于承臺上。超前墩支腿的總體如圖3所示。
圖3 超前墩支腿示意圖
前、后承重支腿將架橋機的安裝荷載傳遞至已架設橋面或墩頂上。同時作為架橋機前移過孔和橫移的承力支點。由橫移臺車、支腿橫梁、調(diào)整架、轉盤和搖滾機構組成。其中橫移臺車與支腿橫梁鉸接,可以保證車輪始終與軌面接觸自行走行,同時橫移臺車設計為可自行行走,方便架橋機過孔;調(diào)整架可實現(xiàn)高度氣調(diào)整,待調(diào)整油缸完成高度調(diào)整后,由機械結構進行鎖定,確保施工安全;采用球鉸式底座設計可滿足架橋機坡度的調(diào)整要求;搖滾機構實現(xiàn)前承重支腿在導梁上縱向運動和主桁架過孔縱向運動,為確保在架梁作業(yè)時不溜坡,在安裝作業(yè)時搖滾通過螺栓與主桁架連接;前承重支腿后方安裝有防傾的三角支架,確??v移時安全平穩(wěn)。前、后承重支腿如圖4所示。
圖4 前承重支腿示意圖
前、后輔助支腿的主要作用是在前后承力支腿在進行前移倒退時,臨時支撐架橋機主桁架結構。其安裝在主桁架中、后部,在架橋機過孔作業(yè)時可根據(jù)使用需要調(diào)整其位置。通過頂升油缸的伸縮來改變伸縮套的高度,以完成高度調(diào)整及受力轉換。橫梁下部還設計有伸縮系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固裝置。前、后輔助支腿如圖5所示。
圖5 前、后輔助支腿示意圖
一體化架橋機安裝施工工藝步驟如下:
步驟1:架橋機橫移到正中,將前承重支腿支撐于前墩頂上,超前墩支腿支撐于超前墩;利用起重天車將立柱吊至超前墩安裝,立柱與承臺錨固;如圖6所示。
圖6 架橋機吊裝工藝流程1
步驟2:收起前承重支腿,利用起重天車將各個T梁在墩頂上安裝;如圖7所示。
圖7 架橋機吊裝工藝流程2
步驟3:待最后一片T梁施工完,重新將前承重支腿支撐,吊裝蓋梁;如圖8所示。
圖8 架橋機吊裝工藝流程3
一體化架橋機的過孔工藝如下:
步驟1:頂升后輔助支腿,使其受力;后承重支腿收起,自行到梁體約二分之一處;如圖9所示。
圖9 架橋機過孔工藝流程1
步驟2:頂升前輔助支腿,使其受力;前承重支腿收起,自行到超前墩并錨固;如圖10所示。
圖10 架橋機過孔工藝流程2
步驟3:檢查前后承重支腿錨固,解除超前墩支腿的錨固支撐;收起前、后輔助支腿,架橋機向前縱向走行;如圖11所示。
圖11 架橋機過孔工藝流程3
步驟4:頂升后輔助支腿,使其受力;后承重支腿自行到位;如圖12所示。
圖12 架橋機過孔工藝流程4
步驟5:架橋機繼續(xù)向前走行;架橋機走行到位,將超前墩支腿錨固于系梁上,準備下一孔的施工。如圖13所示。
圖13 架橋機過孔工藝流程5
一體化架橋機主要承載結構為大型空間桁架體系,各桁架桿件采用beam188梁單元模擬[3],各受力支腿采用約束的方式處理。需要說明的是:模型計算僅供驗證結構的總體強度剛度使用,各關鍵桿件的受力及穩(wěn)定性需提取模型反力后再手動進行相關復核計算,本文由于篇幅所限,僅列示出了模型計算結果。
根據(jù)其施工工藝,整理工況如表3所示。
表3 架橋機計算工況表
架橋機主體結構計算主要包含的載荷有:安裝構件的重量載荷、架橋機自重、風載荷、天車自重載荷、臨時的施工載荷等[4]。在不同工況下,各載荷進行不同的組合,同時考慮一定的動載系數(shù)。
在ANSYS中進行計算分析,計算結果如圖14~圖19所示。
圖14 架橋機安裝立柱的應力云圖(MPa)
圖15 架橋機安裝蓋梁的應力云圖(MPa)
圖16 架橋機安裝T梁的應力云圖(MPa)
圖17 架橋機過孔時的應力云圖(MPa)
圖18 架橋機安裝時的最大位移云圖(mm)
圖19 架橋機過孔時的最大位移云圖(mm)
由上述計算可知,各安裝工況下架橋機最大應力237MPa,最大變形101mm(后端懸臂下擾,1/350);過孔工況下最大應力244MPa,最大變形423mm(前端懸臂下擾,1/350)。故一體化架橋機在各個工況下的強度和剛度均滿足要求[5,6]。
本文以寧波舟山港主通道的主橋施工項目為依托,對預制拼裝的混凝土橋梁施工設備LG140一體化架橋機的相關技術進行了深入研究,特別是對其主要的組成結構、安裝施工工藝流程、過孔工藝流程進行了詳細分析,并對其結構的安全性進行了有限元計算分析,對類似預制拼裝的混凝土橋梁的施工,具有較高的借鑒和指導意義。