趙成龍

(中鐵十九局集團(tuán)第二工程有限公司，遼寧 遼陽(yáng) 111000)

1 引言

在高速鐵路和高速公路橋梁的建設(shè)中，架橋機(jī)施工簡(jiǎn)支梁橋的施工工藝具有施工速度快、造價(jià)低、機(jī)械化程度高等優(yōu)點(diǎn)[1,2]，我國(guó)的架橋機(jī)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)也不斷突破[3]。目前架橋機(jī)的研發(fā)主要集中在鐵路32 m簡(jiǎn)支梁900 t級(jí)[4-7]的架橋機(jī)結(jié)構(gòu)研發(fā)上，1 000 t以上的架橋機(jī)[8]相對(duì)較少。鐵路架橋機(jī)有能夠過(guò)隧道且能夠?qū)崿F(xiàn)隧道內(nèi)架梁的通聯(lián)TTSJ900型過(guò)隧架橋機(jī)[9]以及武研院研制的JQSS900型架橋機(jī)組；有可以實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)、外工況轉(zhuǎn)換，滿(mǎn)足隧道內(nèi)架梁工況的JQSS900B型架橋機(jī)組；有以人機(jī)工程學(xué)為基礎(chǔ)，不需要錨固即可保證前支腿穩(wěn)定性的550 t級(jí)箱梁架橋機(jī)[10]；還有能夠進(jìn)行曲線(xiàn)架梁、變跨架梁、首末跨架梁、隧道口架梁、架梁過(guò)程簡(jiǎn)便并且安全性高的T型梁架橋機(jī)。

目前在鐵路橋梁施工中架設(shè)架橋機(jī)時(shí)，為省去運(yùn)輸?shù)穆闊?，一般?huì)在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行組裝[11]。組裝之前對(duì)架橋機(jī)的各個(gè)部件進(jìn)行檢查，保證其結(jié)構(gòu)的安全性和合理性；架橋機(jī)組裝后，需要進(jìn)行試吊實(shí)驗(yàn)，保證架橋機(jī)的正常運(yùn)行和明確架橋機(jī)的最大承重。

本工程中長(zhǎng)江大橋南引橋0～12#墩，15～29#墩為節(jié)段拼裝梁，合計(jì)孔數(shù)26孔。預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁全長(zhǎng)49.10 m，計(jì)算跨度為46.90 m。26孔箱梁共有286個(gè)節(jié)段，梁段最大重量164 t，梁體總重1 660 t。因該橋緊鄰長(zhǎng)江且在平均墩高在50 m的空心高墩上架設(shè)，大風(fēng)等惡劣條件較多，故針對(duì)48 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支梁橋，研制了TJ1600型架橋機(jī)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，采用Midas/Civil有限元軟件分析最不利荷載工況下架橋機(jī)結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)

TJ1600型節(jié)段拼裝架梁機(jī)主要由主框架(即主梁，由三角桁架式主梁與聯(lián)系梁組成)、1號(hào)支腿、2號(hào)支腿、3號(hào)支腿、4號(hào)支腿、1臺(tái)主天車(chē)、1臺(tái)輔助天車(chē)、吊掛、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等部分共同組成[12]。

(1) 主梁。主框架由2根桁架式主梁和聯(lián)系梁組成，兩主梁中心距8 m，梁高6.76 m，每根主梁分9段，全長(zhǎng)116 m，分上下兩層，中間通過(guò)法蘭組對(duì)而成。主梁采用三角桁架結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為Q345B，主梁節(jié)間采用42CrMo材質(zhì)的10.9級(jí)高強(qiáng)螺栓連接。架梁承載區(qū)域上弦桿采用H750 mm×450 mm型鋼，下弦桿采用H700 mm×400 mm型鋼；其余位置上下弦桿采用鋼板組焊；支點(diǎn)附近腹桿采用200 mm×200 mm方鋼，跨中采用180 mm×180 mm方鋼[13]。

主框架橫向?yàn)閷?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，主框架頂部設(shè)置通長(zhǎng)軌道用于天車(chē)走行，主桁架下弦設(shè)置吊掛及縱移軌道。下弦之間布置有主梁縱移軌道，通過(guò)與主支腿上縱移油缸配合，完成主梁過(guò)孔；同時(shí)縱移軌道也作為邊跨梁架設(shè)時(shí)節(jié)段梁吊掛點(diǎn)。

主梁間法蘭采用M64雙頭螺柱連接，施工時(shí)分2 000 N·m→5 000 N·m→10 000 N·m三次對(duì)稱(chēng)施擰，在第二次加載后檢查主梁線(xiàn)型及法蘭間間隙，若主梁間有超過(guò)2 mm間隙必須用薄鋼板進(jìn)行抄緊，保證法蘭結(jié)合面重合度不小于70%。

(2)1號(hào)支腿。1號(hào)支腿架梁機(jī)過(guò)孔時(shí)起前端支撐作用，結(jié)構(gòu)主要由橫梁、頂升油缸、支撐組件、支承鉸座組成。橫梁通過(guò)鉸座及螺栓與主梁上弦連接，滿(mǎn)足前支腿在前方墩頂?shù)恼玖⑽恢茫恢谓M件為前支腿承載件；頂升油缸主要用來(lái)完成荷載卸荷[14]。

(3)2號(hào)支腿。2號(hào)支腿總重55.1 t，為架梁機(jī)主支腿，拼裝節(jié)段梁時(shí)起支撐作用，架梁機(jī)過(guò)孔時(shí)推移主梁運(yùn)動(dòng)，主要由托盤(pán)、鉸座總成、橫梁、縱移機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)組成，結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為Q345B，銷(xiāo)軸材質(zhì)為40Cr。

支腿通過(guò)精軋螺紋鋼筋錨固在橋墩上(末跨架設(shè)時(shí)錨固在橋面上)，單根錨固筋預(yù)拉力30 t。支腿橫梁要求水平布置，橫向坡度通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)混凝土墊塊和下部支撐油缸共同調(diào)節(jié)。對(duì)于各種不同類(lèi)型的橋墩，主支腿可以通過(guò)與專(zhuān)用橫梁的橫向連接來(lái)實(shí)現(xiàn)左右幅橋的橫移就位。托盤(pán)與架梁機(jī)主梁下弦在架梁機(jī)就位后需要進(jìn)行錨固，托盤(pán)接觸面安裝有聚四氟乙烯滑板，在設(shè)備縱移過(guò)孔時(shí)要在滑板與主梁下弦軌道間加注潤(rùn)滑脂。

(4)3號(hào)支腿。3號(hào)支腿為架梁機(jī)主支腿，拼裝節(jié)段梁時(shí)起支撐作用，架梁機(jī)過(guò)孔時(shí)推移主梁運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)由鉸座總成、托盤(pán)、縱移機(jī)構(gòu)、移動(dòng)臺(tái)車(chē)、橫梁、頂升機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)等部分組成。

(5)4號(hào)支腿。4號(hào)支腿總重10.8 t，主要由支座、頂升油缸、橫梁、內(nèi)套管、外套管、鉸座等部分組成，安裝在架梁機(jī)最后端，為固定支腿，在架梁機(jī)正常站位施工時(shí)，后支腿保持支撐，后支腿下部支座在橫橋向范圍內(nèi)可調(diào)整。

4號(hào)支腿安裝在架梁機(jī)最后端，為固定支腿，在架梁機(jī)正常站位施工時(shí)，后支腿保持支撐，后支腿下部支座在橫橋向范圍內(nèi)可調(diào)整，左右最大偏移量為900 mm，此設(shè)置能使架梁機(jī)過(guò)曲線(xiàn)時(shí)后輔助支腿在橋面受荷載的位置，即保證受力點(diǎn)處于混凝土梁腹板位置。

(6)輔助天車(chē)。輔助天車(chē)主要包括橫移系統(tǒng)、走行機(jī)構(gòu)、起升系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)[15]。輔助天車(chē)主要作用是小件物體的吊裝和倒運(yùn)。

(7)主天車(chē)。主天車(chē)重49 t，主要由橫移系統(tǒng)、走行機(jī)構(gòu)、起升系統(tǒng)、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)六部分組成。主天車(chē)主要用于梁體節(jié)段塊的吊裝和調(diào)整及主支腿的倒運(yùn)。

2.2 技術(shù)參數(shù)

TJ1600型架橋機(jī)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 TJ1600型架橋機(jī)技術(shù)參數(shù)

續(xù)表1

3 架梁階段受力分析

架橋機(jī)承擔(dān)的荷載有:自身結(jié)構(gòu)及梁段自重、主天車(chē)和輔助天車(chē)產(chǎn)生的移動(dòng)荷載以及風(fēng)荷載。按照架橋機(jī)承受最不利荷載情況進(jìn)行分析。

3.1 有限元模型

采用Midas/Civil軟件建立架橋機(jī)有限元模型，由922個(gè)節(jié)點(diǎn)和2 342個(gè)單元組成。拼裝梁時(shí)，架橋機(jī)中間豎向變形大，按照簡(jiǎn)支梁狀態(tài)考慮。架梁機(jī)有限元模型如圖1所示。

圖1 有限元模型

3.2 有限元分析結(jié)果

架橋機(jī)分析結(jié)果如表2所示。

表2 架橋機(jī)計(jì)算結(jié)果匯總

主桁采用Q345B鋼，抗彎設(shè)計(jì)強(qiáng)度為290 MPa，抗剪設(shè)計(jì)強(qiáng)度為165 MPa，最大撓度為120 mm。根據(jù)表2可知：最不利荷載作用下，架橋機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

3.3 穩(wěn)定分析

對(duì)架橋機(jī)架梁階段進(jìn)行結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性分析，結(jié)構(gòu)第1階和第27階有限元模型失穩(wěn)模態(tài)分析結(jié)果如圖2所示。

圖2 穩(wěn)定性分析結(jié)果

由圖2可見(jiàn)：第1階振動(dòng)模態(tài)最小穩(wěn)定系數(shù)為4.094，第27階振動(dòng)模態(tài)為架梁跨上弦桿整體向外失穩(wěn)，整體失穩(wěn)系數(shù)為10.70，大于需求穩(wěn)定系數(shù)4.0，穩(wěn)定性滿(mǎn)足要求。計(jì)算時(shí)未考慮部分綴板的加強(qiáng)作用，計(jì)算結(jié)果稍保守，結(jié)構(gòu)偏安全。

4 結(jié)論

針對(duì)長(zhǎng)江大橋南引橋48 m節(jié)段拼裝簡(jiǎn)支箱梁的施工，設(shè)計(jì)了TJ1600型架梁機(jī)，介紹了其結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)參數(shù)，并利用Midas/Civil軟件對(duì)架橋機(jī)進(jìn)行了施工過(guò)程中可靠度的仿真分析，結(jié)果表明架橋機(jī)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性均滿(mǎn)足要求。目前該標(biāo)段已全面順利施工完成，架設(shè)過(guò)程中架橋機(jī)滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，為以后節(jié)段拼裝架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及施工提供了參考和借鑒。