六四式鐵路軍用梁作鋼棧橋安裝40 m T梁施工技術(shù)

鐘遠(yuǎn)矚

(四川超宇建設(shè)集團有限公司，四川成都610041)

1 工程概況

某公司在某市高耗能工業(yè)園區(qū)承擔(dān)了兩座大橋(A橋和B橋)的施工任務(wù):A橋為三孔40 m預(yù)應(yīng)力(后張法)鋼筋混凝土簡支梁，橫向布置6片T形梁，下部構(gòu)造1#主墩高18.79 m，2#主墩高20.44 m，基礎(chǔ)均為明挖擴大混凝土基礎(chǔ)。工期要求10個月完工，該公司在某市地區(qū)有一套秦皇島北戴河機械廠生產(chǎn)的SDLB—40/120型雙導(dǎo)梁架橋機，只能優(yōu)先滿足B橋40 m預(yù)應(yīng)力T型梁的安裝。為降低施工成本和保證工期，決定嘗試?yán)霉鹃e置的六四式鐵路軍用梁作為鋼棧橋，以解決A橋40 m(120 t)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T形梁安裝。

采用棧橋法安裝裝配式鋼筋混凝土簡支梁的適用范圍是:橋墩高而小、橋跨地質(zhì)條件好、方便搭設(shè)支墩、孔跨少、安裝重量較輕的梁式橋。A橋按理并不具備鋼棧橋安裝40 m預(yù)應(yīng)力T型梁的特點，其主墩高18.79～20.44 m;橋跨內(nèi)地質(zhì)為粉質(zhì)黏土層及堆積層，穩(wěn)定性較差;40 m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁重量大，由于地形限制，預(yù)制場又必須設(shè)在距3#臺臺尾94 m處彎曲半徑R=100 m的引道路基上。為解決40 m T梁的運輸，還必須專門設(shè)計配套60 t運梁平車(帶轉(zhuǎn)盤能在彎道上行駛)。棧橋安裝工藝，有前面成功的經(jīng)驗借鑒［1］、［2］，本文主要介紹鋼棧橋設(shè)計和 60 t運梁平車設(shè)計。

2 鋼棧橋設(shè)計方案

2.1 T梁安裝方法

在預(yù)制場完成40 m T形梁張拉施工，利用卷揚機作牽引動力，用兩臺60 t平車沿軌道縱向運輸T梁上棧橋，行駛到安裝孔跨后，用4臺50 t千斤頂頂升T梁，退出平車，然后將梁落在墩臺帽的滾筒走板上。利用倒鏈滑車橫向牽引走板橫移T梁至安裝位，用千斤頂頂升T梁，撤除走板，安裝支座板，然后落梁就位。

2.2 棧橋結(jié)構(gòu)設(shè)計

棧橋設(shè)計考慮利用以前工程施工后閑置的支架設(shè)備。因而利用六四式鐵路軍用梁桁片做主梁，φ360×6鋼管做立柱，原鋼拱架主弦2［30a槽鋼做柱頂分配梁，鋼棧橋構(gòu)造簡圖見圖1。

1.2.1 主梁設(shè)計

主梁由單層(1.5 m桁高)三片軍用梁桁片組成。平車軌道布置于棧橋軸線上，軌距1.435 m，為保證3片桁片受力均勻，通過假定各桁片對枕木的支反力相等，計算得桁片間中心距0.95 m，棧橋全寬為0.95×2+0.52(單桁片寬)=2.42 m。為保證主梁桁片的橫向穩(wěn)定性，利用套筒螺栓進(jìn)行各桁片間的橫向連接定位，同時在桁片上下弦利用連接系槽鋼及2號U型螺栓進(jìn)行連接。縱向利用∠125×10等邊角鋼接長端構(gòu)架主弦使主梁與橋墩臺抵緊。

2.2.2 立柱設(shè)計

如圖1所示，在每孔跨中和梁端各布置兩排、每排兩根共4根φ360×6鋼管做桁片支承立柱，四根立柱鋼管每間隔3～4 m利用雙層φ50×5腳手架鋼管夾持固定，同時設(shè)置剪刀撐，以保證立柱的受壓穩(wěn)定性。每排立柱間的橫向間距1.9 m，即布置在邊桁片軸線上。立柱接長采用法蘭盤進(jìn)行等強度連接。立柱基礎(chǔ)為C20混凝土擴大基礎(chǔ)。

2.2.3 柱頂分配梁設(shè)計

利用原三灘大橋鋼拱架主弦(2［30a槽鋼)做柱頂分配梁，利用綴板連接成組合斷面。分配梁與柱頂座板間用螺栓進(jìn)行連接。在分配梁頂面兩端焊接定位角鋼對主梁進(jìn)行限位。

2.3 棧橋結(jié)構(gòu)計算

2.3.1 主梁計算

通過合理設(shè)置桁片間間距，使枕木作用于各桁片的支承力相等，因而取單片桁片按平面桿系結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算，電算簡圖如圖2。

結(jié)構(gòu)簡化和約束:由于軍用梁基本三角、端構(gòu)架內(nèi)腹桿皆為全焊結(jié)構(gòu)，按剛結(jié)點處理;端構(gòu)架、基本三角和弦桿之間的連接為銷接，按鉸結(jié)點處理。同時在立柱支承結(jié)點約束其堅向位移。

圖1 棧橋總體布置示意(單位:m)

圖2 棧橋軍用梁桁片電算簡圖(單位:m)

荷載:自重荷載按桿件單位長度重量計入，考慮軌道枕木重量，將自重荷載乘以一個增大系數(shù)。T梁按自重乘1.2倍沖擊系數(shù)作用于平車上，平車輪壓通過鋼軌按三跨連續(xù)梁分配在四根枕木上，枕木布置于軍用梁桁片節(jié)點上，間距1 m。

計算工況:共計算了圖2中的7種平車運行狀態(tài)，并取每根桿件在各狀態(tài)中受力的最大值控制設(shè)計。

計算結(jié)果:三角架主弦桿(2［16最大受力為計算工況四時的27、28 單元，N27≈N28=－425.6 kN＜［N］=－1160 kN。斜腹桿(2［8)×最大受力為計算工況三時的121單元，N121=－241.4 kN＜［N］=±450 kN。中堅桿(2∠50×5)最大受力為計算工況二時的66單元，N66=－132.4 kN＜［N］=－150 kN。最大撓度為計算工況三時的29號結(jié)點，V29=17.2 mm。

2.3.2 柱頂橫梁計算

按簡支梁計算其最大彎矩和剪力，并計算相應(yīng)的應(yīng)力:σmax=138.5 MPa＜［σ］=145 MPa，τmax=27.4 MPa＜［τ］=85 MPa。

2.3.3 立柱計算

由于立柱下端與基礎(chǔ)固結(jié)，上端通過分配梁與軍用梁桁架連接，因而按一端固定、一端鉸支的軸心受壓桿件進(jìn)行計算，考慮壓桿折減后立柱最大應(yīng)力:σmax=82.1 MPa＜［σ］=145 MPa。

3 60 t平車設(shè)計

3.1 設(shè)計原則

根據(jù)六四式鐵路軍用梁鋼棧橋設(shè)計計算結(jié)果，若用四輪平車，輪壓產(chǎn)生的局部集中力太大，軍用梁三角桁架腹桿應(yīng)力超出規(guī)范容許值。要解決這個問題，一是增加軍用梁桁片數(shù)量;二是改用六輪平車。增加軍用梁桁片數(shù)量將大大增加用鋼量，很不經(jīng)濟，改用六輪平車則是一個較好的解決辦法［3］。六輪平車(三軸)軸間距設(shè)計為1 m，為使平車每個輪壓相等，設(shè)計詳細(xì)計算了橫向分配梁在縱向分配梁上的作力點位置，如圖3示。同時平車上必須帶有轉(zhuǎn)盤，才能滿足平車在R=100 m小彎道半徑上行駛的需要。

圖3 平車橫梁作用位置示意(單位:mm)

3.2 平車設(shè)計

3.2.1 平車架設(shè)計

(1)平車輪軸間距1.0 m，要使三軸受力相同，按兩跨連續(xù)梁計算，平車荷載作用點如圖3。

將60 t荷載分成兩個相等的P1力作用在圖示車架位置上，即可滿足三軸受力相等(即RA=RB=RC)。據(jù)此再根據(jù)以往的四輪平車架結(jié)構(gòu)形式，擬定六輪平車架結(jié)構(gòu)形式，如圖4。

圖4 車架布置示意

(2)設(shè)計要求:車架高度一致。車架的中縱梁、中橫梁、縱車架、橫車架型鋼截面尺寸一致，便于加工。驗算平車中縱梁、中橫梁、縱車架在最大荷載作用下的支點反力、跨中彎矩、剪力、最大撓度，確保車架有足夠的強度和剛度，保證運梁安全。

(3)驗算步驟。①中縱梁型鋼截面選擇:在60 t重的T梁荷載作用下，計算中縱梁的支點反力、跨中彎矩、剪力、最大撓度，選擇中縱梁型鋼型號。②中橫梁型鋼截面選擇:根據(jù)中縱梁計算出來的端支點反力，作用在中橫梁上，計算中橫梁的支點反力、跨中彎矩、剪力、最大撓度，選擇中橫梁型鋼型號。③縱車架型鋼截面選擇:根據(jù)中橫梁計算出來的一端支點反力，作為縱車架的兩個作用外力，按兩跨連續(xù)梁計算縱車架上的三個支點反力、彎矩、剪力，選擇縱車架型鋼型號。④綜合選型:通過上述計算最后選用4根［24b槽鋼做平車中縱梁，兩根［24b槽鋼做平車中橫梁，兩根［24b槽鋼做平車縱車架，聯(lián)桿、橫車架作為構(gòu)造桿件均選用［24b，材質(zhì)皆為16 Mn鋼，除縱車架中支點外彎應(yīng)力偏大外，均能滿足強度和剛度要求。⑤縱車架中支點處彎應(yīng)力偏大的處理:縱車架中軸附近計算負(fù)彎矩偏大，在設(shè)計平車轉(zhuǎn)盤時，增加了一塊12 mm厚、650 mm寬的鋼板，與縱車架［24b槽鋼構(gòu)成組合斷面方式加以處理來滿足設(shè)計要求。

3.2.2 車軸設(shè)計

根據(jù)中橫梁計算出來的支點反力作外力，選擇45#鋼軸做車軸，驗算車軸在剪力和彎矩，決定鋼軸直徑。

3.2.3 車輪設(shè)計

60 t外力按6個車輪來平均分配，每個輪承受10 t，在《機械設(shè)計手冊》［4］中選定車輪直徑、軸承規(guī)格。

3.2.4 平車牽引

按20 t的牽引力，驗算牽引銷子、鋼板的受力。

3.3 轉(zhuǎn)盤設(shè)計

轉(zhuǎn)盤構(gòu)造圖如圖5，實施時在轉(zhuǎn)盤上面加強放兩根20 cm×20 cm×200 cm的枕木，將T形梁放在枕木上面，枕木兩端用螺栓錨固了角鋼，供設(shè)T形梁支護(hù)斜撐用。運梁平車在彎道上行駛時，轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動靈活，18片T形梁采用帶有轉(zhuǎn)盤的平車通過彎道，未發(fā)現(xiàn)支墊處有混凝土損壞現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

圖5 平車上下轉(zhuǎn)盤示意圖

(1)該工程采用六四式鐵路軍用梁做鋼棧橋是一次成功的嘗試，施工安全可靠，安裝進(jìn)度快，A橋安裝完最后一片T形梁只比B橋晚3天時間，保證了工期進(jìn)度。

(2)棧橋整體穩(wěn)定性好，設(shè)計計算數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，并采用了一系列加強鋼棧橋桁片之間的橫向穩(wěn)定措施，支墩的整體穩(wěn)定措施及60 t運梁平車輪壓的分散。40 m(120 t)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土T梁在棧橋上運行平穩(wěn)，在10多分鐘內(nèi)走完100 m長的鋼棧橋。

(3)比較經(jīng)濟。在該工程40 m鋼棧橋主要材料數(shù)量中，利用公司閑置的原有材料或定型設(shè)備116.2 t，新加工用材料或定型設(shè)備僅10 t。B橋用的SDLB－40/120型雙導(dǎo)梁架橋機從成南高速公路金堂沱江大橋工地運回某市僅運費就花費幾十萬元。

(4)安裝方便。借助該橋下部構(gòu)造施工用的簡易懸索系統(tǒng)安裝鋼棧橋支墩和桁片，安裝速度快，為鋼棧橋早日投入使用打下了良好的基礎(chǔ)。

(5)由于60 t運梁平車比較高，頂升落梁工作比較大，相應(yīng)的減慢了整個棧橋的安裝速度，增加了在整個工程中的支出。今后設(shè)計類似的平車，要在高度上下功夫，減少頂升工作，加快安裝速度，降低安裝成本。

［1］龍亮.鋼棧橋施工技術(shù)［J］.市政與路橋，2008(10):179－179，106

［2］程震，蔣堅.鋼棧橋行車道板替代材料的研究與試驗［J］.水運工程，2008(11):68－71

［3］聶衛(wèi)崗.鋼結(jié)構(gòu)安裝中汽車吊的選用［J］.山西建筑，2009(31):153－154

［4］機械設(shè)計手冊(新編軟件版2008)［CD］.機械工業(yè)出版社，2008