謝洪兵 （安徽建工集團(tuán)投資管理公司，安徽 合肥 230000）

0 引言

在公路橋梁設(shè)計中，大跨徑預(yù)制梁是一種經(jīng)常被用到的設(shè)計方式，因為它具有節(jié)約土地，節(jié)約工程造價，加大橋下通行空間等優(yōu)勢。大跨徑梁施工方法多采用支?，F(xiàn)澆或預(yù)制后架橋機(jī)架設(shè)。在保證既有路通行的情況下，預(yù)制后架橋機(jī)架設(shè)具有明顯的優(yōu)點。但是架橋機(jī)架梁的安全穩(wěn)定性卻存在明顯的劣勢，而架橋機(jī)架梁的安全穩(wěn)定性計算成為彌補(bǔ)該施工方法的充分條件。因此，架橋機(jī)的安全穩(wěn)定性理論計算分析務(wù)必嚴(yán)謹(jǐn)，決不可以用經(jīng)驗法代替理論計算。2012 年7 月19 日陜西臨潼大西鐵路發(fā)生架橋機(jī)空載墜落，2 人受傷；2018 年7月21 日滬通長江大橋錫通高速連接線發(fā)生架橋機(jī)墜落，造成1 死1 傷的事故，類似事故在全國范圍內(nèi)還有不少，對個人的生命安全造成巨大威脅，對國家財產(chǎn)造成巨大損失。

根據(jù)對以往架橋機(jī)發(fā)生傾覆事故進(jìn)行分析，傾覆發(fā)生的主要原因有橋頭路基質(zhì)量存在問題，如橋頭路基填土壓實度不足或密實度不均勻、受雨水或其他生產(chǎn)用水等浸泡影響，導(dǎo)致路基發(fā)生軟化等，這類問題可以通過加強(qiáng)橋頭路基的施工質(zhì)量和加強(qiáng)檢測驗收程序得以避免。傾覆發(fā)生的另外一類主要原因是架橋機(jī)的某一部件或操作出現(xiàn)問題，架橋機(jī)的自重非常大，重心又高，發(fā)生傾斜時很難采取措施，這就要求架橋機(jī)的縱橫向在最不利位置時的安全穩(wěn)定性要滿足要求，對該類問題常見的處理方法為首先為加強(qiáng)機(jī)械設(shè)備的檢查維護(hù)，還必須在使用前進(jìn)行縱橫向的抗傾覆能力計算分析[1～10]。本文結(jié)合某高速公路40mT梁架設(shè)施工實際工程，建模并分析一例架橋機(jī)架梁的抗傾覆穩(wěn)定性分析方法，供同行參考借鑒。

1 工程概況

某高速公路匝道橋上跨既有高速公路，第2 聯(lián)采用40m 預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁整垮跨越既有通行高速公路，立面圖如圖1所示。

圖1 本橋40mT梁立面圖

2 架橋機(jī)的基本情況及架梁方案

2.1 架橋機(jī)基本情況

本次架梁擬選用的架橋機(jī)為步履式過孔雙導(dǎo)梁架橋機(jī)，該型架橋機(jī)對于預(yù)制T 梁、箱梁尤為適用。從組成結(jié)構(gòu)上有前后支腿、前后支腿橫移軌道、左右承重主梁、吊梁天車、電氣系統(tǒng)及液壓系統(tǒng)等部分。

該架橋機(jī)的主梁為2 根三角桁架梁式結(jié)構(gòu)，每根長75m，通過橫梁聯(lián)系在一起，是本架橋機(jī)的主要承重結(jié)構(gòu)。主梁上部設(shè)有2 臺吊梁天車，每臺吊梁天車的額定吊重為75t，主要進(jìn)行擬架梁板的運行及吊裝作業(yè)。主梁下部設(shè)有前后4 個支腿，支腿下方設(shè)有橫移軌道，可以使擬架梁板橫移到預(yù)定位置。

2.2 架梁方案

本次擬架設(shè)的所有梁板均在梁場預(yù)制完成，通過運梁炮車運送到橋頭路基指定位置。架橋機(jī)在橋頭路基上組裝完成，組裝完成后應(yīng)對架橋機(jī)進(jìn)行一次全面的檢查和試運轉(zhuǎn)，充分檢驗各部分結(jié)構(gòu)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)和可靠程度。架橋機(jī)由后方橋頭路基行走至預(yù)架梁位置，支腿落位穩(wěn)定后，按照外邊梁→次外邊梁→中梁的順序進(jìn)行梁板架設(shè)，架橋機(jī)通過橫移軌道一次性架完所有橫斷面梁片。

3 抗傾覆穩(wěn)定性介紹

抗傾覆穩(wěn)定性（stability against tipping）簡稱穩(wěn)定性，是指移動裝卸式機(jī)械設(shè)備抵抗傾覆和傾翻的能力。引起裝卸式機(jī)械設(shè)備傾覆的外力有起升設(shè)備所受到的風(fēng)力、自身重力、移動過程中所產(chǎn)生的慣性力、行走路線坡度引起的重力分力等。為了使裝卸式機(jī)械設(shè)備不發(fā)生傾覆或傾翻，裝卸式機(jī)械設(shè)備自身的重力、支承輪廓及操作環(huán)境是其穩(wěn)定的主要因素。由于移動裝卸式機(jī)械設(shè)備的類型不同，它們的構(gòu)造、支承情況和操作環(huán)境各不相同，對其抗傾覆穩(wěn)定性的要求也不相同。室外作業(yè)狀態(tài)（尤其在風(fēng)口）下的起重機(jī)械設(shè)備，風(fēng)力對其穩(wěn)定性的影響是主要因素，必須分別校核工作狀態(tài)穩(wěn)定性和非工作狀態(tài)穩(wěn)定性。對于小型地面作業(yè)的起重設(shè)備，由于其高度低，風(fēng)力影響小，只需校核工作狀態(tài)下的穩(wěn)定性和行駛狀態(tài)下的穩(wěn)定性。對于架橋機(jī)和運梁車等高空作業(yè)設(shè)備，既要考慮風(fēng)力的影響，也要校核在工作狀態(tài)及非工作狀態(tài)的穩(wěn)定性。保持穩(wěn)定的條件是各種工況下的抵抗力矩始終大于傾覆力矩，并有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)富裕度。

本文通過對架橋機(jī)最不利位置所受到的各種荷載進(jìn)行抵抗力矩和傾覆力矩的對比分析（考慮附加荷載），來驗算該橋梁架設(shè)的安全性，取抗傾覆安全系數(shù)標(biāo)準(zhǔn)值[6]為1.3，計算結(jié)果中若實際計算抗傾覆安全系數(shù)大于該值，則認(rèn)為該設(shè)備滿足抗傾覆穩(wěn)定性要求。

4 抗傾覆穩(wěn)定性分析

4.1 架橋機(jī)的設(shè)計荷載

4.1.1垂直荷載

擬吊裝40mT梁梁重：Q1=135t；

起重小車（含卷揚機(jī)）重：Q2= 7.5t；

天車梁（含縱向走行機(jī)構(gòu)）重：Q3=7.3t；

前支腿總重：Q4= 5.6t；

后支腿總重：Q9= 5.6t；

模型簡化后承重主梁左端（35m）總重：Q5= 46.2t；

模型簡化后承重主梁右端（40m）總重：Q6= 52.8t；

1號天車及天車梁總重：Q7= 7.5 +7.3= 14.8t；

2號天車及天車梁總重：Q8= 7.5 +7.3= 14.8t；

架橋機(jī)的主梁、桁架及連結(jié)均布荷載：

q = 0.6 × 1.1= 0.66t/m;

取主梁增重系數(shù)1.1；取活載沖擊系數(shù)1.2；

取不均勻系數(shù)1.1。

4.1.2水平荷載

①風(fēng)荷載

風(fēng)荷載需要選取工作狀態(tài)時的最大允許風(fēng)力，對于架橋機(jī)的最大允許工作環(huán)境風(fēng)力為6 級，但在驗算時，為了進(jìn)一步保證安全，按照高一級風(fēng)力計算（即7級風(fēng)），7 級風(fēng)的最大風(fēng)壓按照q1=19kg/m2計算。

②設(shè)備運行慣性力取：Φ= 1.1。

4.2 架橋機(jī)縱向穩(wěn)定性計算

從本次架梁來分析，架橋機(jī)在縱向的穩(wěn)定性最不利情況為架橋機(jī)懸臂縱向移動至滿跨40m 位置時，架橋機(jī)此時的情況為前支腿懸空，1 號、2 號天車退行至架橋機(jī)后部起配重作用，計算模型如圖2所示。

圖2 架橋機(jī)的縱向計算模型

前支腿自重：P1= Q4= 5.6t；

后支腿自重：P2= Q9= 5.6t；

前段主梁自重：

P3= 0.66t/m× 2榀× 40m=52.8t；

后段主梁自重：

P4= 0.66t/m× 2榀× 35m=46.2t；

P5= Q2+ Q3= 14.8t；

P6= Q2+ Q3= 14.8t；

P7為風(fēng)荷載，架橋機(jī)最大允許工作環(huán)境風(fēng)力為6 級，驗算時按照高一級風(fēng)力（7級風(fēng)）橫向風(fēng)荷載計算：

P7= 19kg/m2× 1.2× 141m2=3.2t，作用在中間支點以上2m處；

計算懸臂狀態(tài)下的縱向穩(wěn)定：M抗= 17.5P4+ 29P6+ 33P5+35P2

= 46.2× 17.5 + 14.8 × 29 +14.8 × 33+ 5.6 × 35 = 1922.1t·m；

M傾= 40P1+ 20P3+ 2P7

= 5.6 × 40 + 52.8 × 20 + 3.2× 2= 1286.4 t·m

架橋機(jī)縱向抗傾覆安全系數(shù)：

η= M抗/M傾

= 1922.1/(1286.4 × 1.1)

= 1.36 ＞1.3

可以看到，該抗傾覆安全系數(shù)雖滿足要求，但處于安全臨界狀態(tài)。實際工程操作中，為了保證架橋機(jī)縱向行走萬無一失，可采取用一臺起重小車起吊一片T梁的前端作為配重（如圖3所示），這樣其安全穩(wěn)定性系數(shù)將大幅度提高（具體計算此處省略），如此操作可完全確保架橋機(jī)縱向行走的安全穩(wěn)定性。

圖3 T梁作配重示意圖

4.3 架橋機(jī)橫向傾覆穩(wěn)定性計算

4.3.1工作狀態(tài)

從本次架梁來分析，架橋機(jī)的穩(wěn)定性在橫向的最不利情況為架設(shè)邊梁時，建立簡化模型，計算時，為了進(jìn)一步確保安全性，可將整個架橋機(jī)的荷載全部簡化到該平面，計算模型如圖4所示。

圖4 架橋機(jī)橫向傾覆穩(wěn)定性最不利情況

P1為作用在兩支點中心的架橋機(jī)自重：

P1= 46.2+ 56.8 + 7.3× 2+5.6 × 2= 128.8t

導(dǎo)梁承受風(fēng)的面積按照實體計算，其中μ1= 0.53,μ2= 0.5。

A =(1+μ1)(1+μ2)×Φ*A

=(1+ 0.53)×(1+ 0.5)× 62×2.25= 320.1525m2

P2為導(dǎo)梁承受的風(fēng)荷載，作用在支點以上3.8m處，導(dǎo)梁形狀系數(shù)取1.6。

P2= 1.6 × 1.39 × 19 × 320.1525= 13528kg= 13.53t

P3為天車梁所受風(fēng)荷載，作用在支點以上5.179m 處，面積計算也按實體計算，導(dǎo)梁形狀系數(shù)不變，則：

P3= 2× 1.39 × 1.6 × 19 × 0.8 ×0.46 × 4= 124kg= 0.124t

P4為起重小車和梁體的總重量，

P4= 7.5 × 2+ 135 × 1.1= 163.5t

P5為起重小車和梁體所受的風(fēng)載，作用在支點以上8.113m處，

P5= 1.39 × 1.6 × 19 ×(3× 2×2+ 2× 30)= 3042.432kg= 3.0432t

對傾覆支點取矩，則傾覆彎矩和抵抗彎矩分別為：

M傾= P2× 3.8 + P3× 5.179 +P4× 1.435 + P5× 8.113= 311.34 t·m

M抗= P1× 4.8= 618.24 t·m

工作條件下架橋機(jī)的橫向抗傾覆安全系數(shù)為：

μ= M抗/M傾

= 618.24/(311.34 × 1.1)

= 1.91＞1.3

由此可知，該抗傾覆安全系數(shù)可以滿足要求，可以認(rèn)為架橋機(jī)在工作狀態(tài)下的橫向移動是安全的。

4.3.2非工作狀態(tài)

既然架橋機(jī)在工作狀態(tài)下的抗傾覆穩(wěn)定性系數(shù)是安全的，可以推斷出架橋機(jī)在非工作狀態(tài)下也應(yīng)該是安全的，出于謹(jǐn)慎原則考慮，亦進(jìn)行簡單驗算。

架橋機(jī)在非工作狀態(tài)下的最不利位置是在架設(shè)邊梁時，此時起重小車在橫向的最邊緣?？紤]橫風(fēng)作用，其簡化模型示意圖如圖5 所示。與工作狀態(tài)下的圖4 相比，圖5 中無梁體，其他計算條件與圖4相同，計算如下：

圖5 架橋機(jī)非工作狀態(tài)下最不利情況

2 臺 起 重 小 車 的 總 重：P4= 7.5 ×2= 15t；

對傾覆支點取矩，則傾覆彎矩和抵抗彎矩分別為：

M傾= P2× 3.8 + P3× 5.179 +P4× 1.435 + P5× 8.113= 98.24 t·m

M抗= P1× 4.8= 618.24 t·m

因此，傾覆安全系數(shù)為：

μ= M抗/M傾

= 618.24/(98.24 × 1.1)

= 5.72 ＞1.3

可以看出，非工作狀態(tài)下架橋機(jī)的安全系數(shù)幾乎為工作狀態(tài)下的3 倍有余，只要操作得當(dāng)，完全沒有問題，但仍需要提醒，從眾多事故中總結(jié)的教訓(xùn)為：安全事故往往發(fā)生在本來安全性很高的地方，因為在這種環(huán)境中，操作工人的思想處于放松狀態(tài)，容易疏忽大意。

5 結(jié)語

為了預(yù)先防范架橋機(jī)架梁過程中可能出現(xiàn)的安全問題，必須對架橋機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，建模分析計算是架橋機(jī)架梁施工安全的理論支撐，實際工程中絕不可以經(jīng)驗來估計安全穩(wěn)定性。

在對架橋機(jī)的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算時除了考慮其本身的各項垂直荷載外，一定要考慮風(fēng)荷載、慣性力等水平荷載，并分別計算架橋機(jī)在最不利情形（架設(shè)邊梁）時縱橫向工作狀態(tài)及非工作狀態(tài)的抗傾覆穩(wěn)定性。當(dāng)計算的安全穩(wěn)定性系數(shù)接近標(biāo)準(zhǔn)值時，為提高施工安全性，可采取用提梁小車起吊一片T 梁的前端作為配重的方式來提高安全穩(wěn)定性。

盡管計算的抗傾覆安全系數(shù)滿足要求，但實際工作中，仍需要對操作工人加強(qiáng)思想安全教育，絕不可疏忽大意。

本文所述為一套完整的驗證架橋機(jī)架梁安全穩(wěn)定性的分析方法。該分析方法安全可靠，類似工程可以直接引用，對橋梁架梁施工項目具有一定的參考價值。