大坡度條件下T梁?jiǎn)螌?dǎo)梁架橋機(jī)的改裝設(shè)計(jì)與應(yīng)用

劉林生

(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司，遼寧 大連 116100)

0 工程概況

阿爾及利亞?wèn)|西高速公路(中段)18 km橋工程是寬度為2×13.75 m的高架橋，上部結(jié)構(gòu)采用36.1 m的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁。橋面寬度組成:0.75 m(BN4－16t護(hù)欄)+12.00 m(行車(chē)道)+2×1.0 m(中央分隔帶)+12.0 m(行車(chē)道)+0.75 m(BN4 －16t護(hù)欄)=27.5 m。單幅橋面寬13.25 m，橫向布置7片梁，梁間距1.95 m。全橋共13跨，合計(jì)182片T梁。該橋梁縱坡達(dá)5%，且由于受場(chǎng)地限制無(wú)法采用吊車(chē)抬吊架設(shè)，只能采用架橋機(jī)架設(shè)。而普通的架橋機(jī)當(dāng)坡度超過(guò)3%時(shí)，起吊天車(chē)的剎車(chē)動(dòng)力無(wú)法抵抗預(yù)制梁的前沖動(dòng)力，會(huì)造成架橋機(jī)失穩(wěn)，引起安全事故［1］。因此，大坡度橋梁架設(shè)施工成為該工程施工中的關(guān)鍵和難點(diǎn)。

1 橋梁施工方案選擇

1.1 方案選擇

目前，大坡度橋梁架設(shè)有三種方案可供選擇［1-4］，訂制適應(yīng)縱坡5%架設(shè)要求的架橋機(jī)，采用吊車(chē)抬吊架設(shè)，改裝現(xiàn)有架橋機(jī)。然而，由于場(chǎng)地限制本工程無(wú)法采用吊車(chē)抬吊架設(shè)，只能從另外兩種方式中進(jìn)行比選。

訂制新的架橋機(jī)，其設(shè)計(jì)、加工由專業(yè)廠家來(lái)完成，實(shí)用性能和施工安全性可得到保障。在經(jīng)濟(jì)方面，購(gòu)置新機(jī)需要一次性投入巨額費(fèi)用，同時(shí)造成原有架橋機(jī)的閑置，經(jīng)濟(jì)上浪費(fèi)。從施工進(jìn)度方面考慮，由于新架橋機(jī)訂貨、加工、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)拼裝需要一定時(shí)間，影響工程施工進(jìn)度，致使無(wú)法按時(shí)完工。改裝現(xiàn)有架橋機(jī)，應(yīng)使得架橋機(jī)在過(guò)孔和架設(shè)時(shí)充分保持水平，需要解決架橋機(jī)前后支腿高差過(guò)高問(wèn)題，有一定的技術(shù)難度。但此方案可免去一次性購(gòu)置新架橋機(jī)的巨額投入，改裝費(fèi)用較低、工時(shí)少，自主改裝方便、快捷，可以立即投入使用，施工安全同樣有保障。同時(shí)使原有設(shè)備得到充分運(yùn)用，減少了設(shè)備折舊費(fèi)。

綜合上述分析，最終采用現(xiàn)有架橋機(jī)改裝方案，根據(jù)實(shí)際施工環(huán)境，對(duì)現(xiàn)有架橋機(jī)進(jìn)行改裝，并對(duì)改裝后的架橋機(jī)進(jìn)行受力分析、結(jié)構(gòu)計(jì)算，使得各項(xiàng)要求在允許范圍之內(nèi)，滿足施工安全要求。

1.2 架橋機(jī)改裝設(shè)計(jì)思想

通過(guò)對(duì)原有橋機(jī)的改裝，在不破壞現(xiàn)有架橋機(jī)結(jié)構(gòu)條件下，能夠適應(yīng)線路5%的最大縱坡架梁要求，需要解決架橋機(jī)前后支腿高差過(guò)大問(wèn)題，使架橋機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中能保持平穩(wěn)，并爭(zhēng)取在滿足受力和使用安全的前提下，使得原架橋機(jī)的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)能有所提高［3］。

2 改裝技術(shù)措施

為滿足大縱坡條件下架梁作業(yè)要求，對(duì)現(xiàn)有架橋機(jī)進(jìn)行改裝的主要內(nèi)容包括:前支腿加高、加長(zhǎng)主梁、主梁加固、鉸支座改造、馬鞍裝置改造等。

2.1 前支腿加高

考慮各種材料的力學(xué)性能、經(jīng)濟(jì)性及市場(chǎng)加工方便性，橫梁采用20#工字鋼，橫梁支架采用20#工字鋼焊接，如圖1和圖2所示。橫梁支架按橋面橫坡2.5%設(shè)計(jì)，支架高度見(jiàn)表1。

表1 支墩高度參數(shù) cm

前支腿屬于軸心受壓構(gòu)件，需要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，計(jì)算公式為［5］N/(φA)≤［σ］ (1)式中，N為軸心壓力;φ為軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定系數(shù);A為構(gòu)件的毛截面面積;［σ］為鋼材的抗壓強(qiáng)度允許應(yīng)力值(該支腿所用工字鋼材料為Q235鋼，其值取190 N/mm2)。

圖1 前支腿加高示意

根據(jù)桁架自重及梁重，前支腿單邊最大所受重量P=36.5 kN，單根工字鋼軸心壓力N取值為18.25 kN，A 為39.5 cm2，單根工字鋼最大長(zhǎng)度為 L0為75 cm，穩(wěn)定系數(shù)由 λ=L0/i=94.2，查規(guī)范穩(wěn)定系數(shù)表［5］得φ為 0.634，代入式(1)，得 36500/(0.634 ×3950)=14.5 ＜190。因此，前支腿穩(wěn)定性滿足要求。

2.2 架橋機(jī)長(zhǎng)度的確定及架橋機(jī)抗傾覆驗(yàn)算

原主梁為53.5 m，決定將架橋機(jī)主梁加長(zhǎng)20 m，對(duì)主梁進(jìn)行抗傾覆驗(yàn)算。抗傾覆計(jì)算模型如圖3所示，抗傾覆計(jì)算數(shù)據(jù)如表2和表3所示，配重采用2 m×1.35 m×0.88 m的鋼筋混凝土塊，質(zhì)量約為6 t。

圖2 前支腿加高支架(單位:cm)

圖3 加橋機(jī)主梁加長(zhǎng)20 m后的抗傾覆計(jì)算示意(單位:m)

表2 架橋機(jī)主梁加長(zhǎng)20 m后的傾覆計(jì)算表

表3 架橋機(jī)主梁加長(zhǎng)20 m后的抗傾覆計(jì)算表

根據(jù)表2，表3，傾覆彎矩M傾合計(jì)為4452.6 kN·m，抗傾覆彎矩M抗合計(jì)為7796.9 kN·m，抗傾覆安全系數(shù)K=M傾/M抗=1.75 ＞ 1.5，因此，主梁抗傾覆性能滿足要求［6］。

2.3 懸臂過(guò)孔的驗(yàn)算

過(guò)孔時(shí)，輔支腿與主梁大懸臂過(guò)孔，到位后支撐起輔支腿后，再前移前支架到前臺(tái)蓋梁，見(jiàn)圖4所示。

(1)主梁強(qiáng)度的計(jì)算。主梁截面如圖5所示。主梁總長(zhǎng)為73.5 m，過(guò)孔時(shí)懸臂長(zhǎng)度為41.5 m，主梁的均布載荷為4.4 kN/m。輔支腿(包含前支腿G1和前支架G3)總重為42 kN。輔支腿產(chǎn)生的彎矩M輔=958.7 kN·m(單主梁)。懸臂主梁產(chǎn)生的彎矩M主=4167.8 kN·m?？偟膹澗豈總=M輔+M主=5126.5 kN·m。

圖4 加橋機(jī)過(guò)跨示意(單位:m)

易知 WX上=22129 cm3，WX下=29328 cm3。因此，σ上=231.66 N/mm2＞［σ］=190 N/mm2，σ下=174.79 N/mm2＜［σ］。

由以上可知，上弦應(yīng)力用的較足，懸臂根部節(jié)主梁上弦應(yīng)補(bǔ)強(qiáng)。補(bǔ)強(qiáng)措施為腹板加2塊12 mm厚鋼板，底面各加一塊10 mm厚鋼板。此時(shí)WX上=32695.7 cm3，WX下=42626.6 cm3。上弦應(yīng)力 σ上=138 N/mm2，σ下=106 N/mm2，滿足要求。

(2)穩(wěn)定性的計(jì)算。傾覆力矩M傾=553.2×104kN·m，穩(wěn)定力矩(配重塊按6 t考慮，兩臺(tái)起重小車(chē)及橫梁質(zhì)量18.4 t)M穩(wěn)=950.3×104kN·m，穩(wěn)定系數(shù)M穩(wěn)/M傾=1.7，能夠符合安全要求。

2.4 架橋機(jī)鉸座改造

由于架橋機(jī)支座受力加大，對(duì)架橋機(jī)鉸座進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，以保證安全，改裝后的鉸座構(gòu)造如圖6所示。

3 方案效果

在架橋機(jī)過(guò)各跨時(shí)實(shí)測(cè)撓度如表4。

圖5 架橋機(jī)主梁截面(單位:cm)

表4 架橋機(jī)過(guò)跨T梁撓度

圖6 鉸座改造示意(單位:mm)

由架橋機(jī)過(guò)孔T梁撓度測(cè)試結(jié)果表明，架橋機(jī)改造后其剛度符合要求。預(yù)制梁架設(shè)施工現(xiàn)已順利完成，整個(gè)施工過(guò)程未出現(xiàn)任何質(zhì)量、安全事故，實(shí)現(xiàn)了工期、質(zhì)量、安全目標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)加高架橋機(jī)前支腿，解決了架橋機(jī)前后支腿高差過(guò)大問(wèn)題，使架橋機(jī)能夠平穩(wěn)工作。并通過(guò)加長(zhǎng)主梁、主梁加固，鉸支座改造和其他控制措施，有效地解決了大坡度橋梁架設(shè)的難題，也為以后類似的工程提供了相關(guān)的施工經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也證明，在大縱坡條件下，對(duì)現(xiàn)有設(shè)備采取必要的技術(shù)改造，能夠保證運(yùn)架梁的速度、質(zhì)量和安全。

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