論雙梁式一體機(jī)主梁螺栓連接的方式及選擇

【摘要】針對HZQY900型運(yùn)架一體機(jī)主梁重載時下?lián)隙冗^大導(dǎo)致無法滿足整機(jī)過孔性能所采取的技術(shù)方法進(jìn)行了研究并提出了可行性措施。

【關(guān)鍵詞】一體機(jī)；下?lián)隙龋贿^孔；措施

中鐵二十四局集團(tuán)鷹潭設(shè)備安裝工程有限公司于2013年10月份購買了某公司生產(chǎn)的HZQY900型雙梁式運(yùn)架一體機(jī)，用于中鐵二十四局集團(tuán)白云至龍里北鐵路工程二標(biāo)段的雙線箱梁架設(shè)，筆者作為該架梁分部的項(xiàng)目經(jīng)理，全程參與了該設(shè)備的拼裝、重載試驗(yàn)、橋梁架設(shè)等過程，對該設(shè)備在重載吊梁過孔過程中出現(xiàn)的多種問題進(jìn)行了梳理和總結(jié)，特整理成文，以供探討。

一、背景

1、中鐵二十四局白云至龍里北鐵路工程2標(biāo)段共有102孔雙線箱梁需要架設(shè)，需通過5座隧道，隧道斷面為設(shè)計(jì)時速250km/h雙線隧道，斷面半徑為6.41米，隧道填充面至隧道襯砌頂部尺寸為9.2米，隧道最小曲線半徑為2100M，有較多橋隧相連工況。

2、我公司現(xiàn)有6臺套雙線箱梁運(yùn)架設(shè)備，但所有設(shè)備都無法滿足現(xiàn)場的施工條件，經(jīng)過市場調(diào)查和比選，選擇了某公司對我們現(xiàn)有的一臺運(yùn)架分離式設(shè)備進(jìn)行改造，以生產(chǎn)出能滿足施工現(xiàn)場的雙梁式運(yùn)架一體機(jī)。

二、存在問題

該設(shè)備于2014年4月中旬拼裝調(diào)試完成，在隨后的重載試驗(yàn)和架設(shè)橋梁的過程中，出現(xiàn)了嚴(yán)重的問題：

當(dāng)一體機(jī)重載運(yùn)梁到所需架設(shè)梁的橋頭，前支腿支撐到橋墩，前走行臺車懸掛油缸收起，此時為重載過孔狀態(tài)，主梁跨度為81米（行走狀態(tài)跨度為45米），按照設(shè)計(jì)要求，此時，為整機(jī)最不利狀態(tài)，設(shè)計(jì)允許跨中下?lián)隙葹?80mm，但實(shí)際測量下?lián)隙葹?60mm，導(dǎo)致橋機(jī)前臺車懸掛輪組（共9組輪組）無法全部懸空，只有靠近前支腿的可以脫空，而后面4組輪組均無法脫空，這直接導(dǎo)致一體機(jī)無法跨孔作業(yè)，針對所出現(xiàn)的情況，我們和相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了仔細(xì)檢查和分析，發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

1、整機(jī)單側(cè) 有七節(jié)主梁（雙側(cè)共有14節(jié)主梁），共六個接頭（雙側(cè)共有12個接頭），主梁上下連接板按設(shè)計(jì)要求是采用30mm厚的Q550的整塊鋼板，但由于制造方原因，他們采用了兩層14mm和16mm厚的鋼板疊加，鋼板四周采取間斷焊接方式固定，然后配鉆螺栓孔（如圖所示）。

2、每個主梁豎向接頭連接之間的縫隙明顯存在喇叭口，都是上小下大，拆開之后檢查發(fā)現(xiàn)有部分螺栓眼已經(jīng)發(fā)生塑性變形。

3、主梁上下連接板螺栓孔直徑為32mm，采用M30的10.9級的高強(qiáng)度螺栓。

4、螺栓在緊固過程中，發(fā)現(xiàn)有很多的螺栓無法施加到額定預(yù)緊力，經(jīng)常是一排螺栓緊固后另一排卻又松弛的情況，出現(xiàn)“彈簧”現(xiàn)象。

5、螺栓連接方式，按設(shè)計(jì)要求是采取摩擦型連接方式。

該連接方式特點(diǎn)：通過緊固螺栓，使連接板層夾緊，利用由此產(chǎn)生于連接板之間接觸面之間的摩擦力來傳遞外載荷，高強(qiáng)度螺栓在連接中不承受剪力，只受拉并由此給連接件之間施加了接觸壓力，其極限破壞狀態(tài)是連接板之間發(fā)生滑移。

三、問題分析

1、問題發(fā)生后，我們拆卸了幾組螺栓連接板，并將兩塊疊加在一起的連接板焊縫切割開，發(fā)現(xiàn)所疊加的兩層板之間沒有摩擦的痕跡，中間基本上都有間隙，鋼板中間表面還有焊接飛濺物以及油污，四周被焊接固定住，形成了一個空腔體，這也就是為什么緊固螺栓時會發(fā)生“彈簧”現(xiàn)象。

2、按照摩擦型連接方式的技術(shù)要求，只有當(dāng)高強(qiáng)度螺栓施加到額定預(yù)緊力的時候，才能具備一定的摩擦承載能力，當(dāng)連接板之間由于空隙的存在而使螺栓緊固無法達(dá)到要求，在重載時，必然會使連接板之間發(fā)生相對滑移，達(dá)到了破壞狀態(tài)，從而使螺栓連接失效，無法滿足設(shè)備使用功能。

3、由于設(shè)計(jì)主梁上下連接板螺栓孔直徑為32mm，采用M30的 10.9級的高強(qiáng)度螺栓，一旦發(fā)生滑移后，由于螺孔之間間隙配合較大，導(dǎo)致了主梁下?lián)隙鹊倪M(jìn)一步加大。

四、處理措施

一體機(jī)單側(cè)有7片大梁，共6個接頭，按照主梁結(jié)構(gòu)受力的有限元分析，第一、第六個接頭承受的彎矩值相對較小，第二、第五個接頭承受彎矩值較大，第三個和第四個接頭所承受的彎矩值最大，依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，由此我們分別采取了如下措施進(jìn)行處理：

（一）第一、第六個接頭還是采取原來的連接板和原來的螺栓，但是在施工工藝上進(jìn)行了處理

1、對于摩擦型連接方式，連接板接觸面的抗滑移系數(shù)是影響連接承載力的重要因素之一，對某一個特定的連接點(diǎn)，當(dāng)其連接螺栓和數(shù)量確定之后，摩擦面的處理方法和抗滑移系數(shù)值成為摩擦型連接承載力的主要參數(shù)。

2、對鋼板表面進(jìn)行噴丸處理，使鋼板表面達(dá)到一定的粗糙度，增加摩擦面的抗滑移系數(shù)，特別是原來所疊加的連接板，把焊接處切割開，清除油污和焊渣，噴丸處理后兩塊鋼板之間不能再像原來一樣焊接固定，以免引起焊接變形，避免“彈簧”現(xiàn)象。

3、原來使用過的高強(qiáng)度螺栓，拆下來后不能再使用到主梁連接部位，必須使用未緊固過的，因?yàn)楦邚?qiáng)度螺栓強(qiáng)度高，韌性差，在第一次使用過程中，所施加預(yù)應(yīng)力擰緊后，螺栓中的應(yīng)力已經(jīng)接近材料的屈服極限，使用過后還有一定的殘余應(yīng)力，重復(fù)使用不但達(dá)不到額定預(yù)緊力，而且容易產(chǎn)生疲勞破壞。

4、安裝螺栓的方法和順序，這點(diǎn)非常重要，施工工藝的錯誤將直接導(dǎo)致螺栓安裝的施工質(zhì)量，高強(qiáng)度螺栓應(yīng)能自由穿入螺栓孔，不能氣割擴(kuò)孔，遇到必須擴(kuò)孔時，應(yīng)使用鉸刀進(jìn)行，最大擴(kuò)孔量不能超過1.2d（d為螺栓公稱直徑）；

緊固螺栓順序，應(yīng)從螺栓群中間順序向外側(cè)進(jìn)行緊固或從接頭剛度大的地方向不受約束的自由端進(jìn)行；緊固必須分兩次進(jìn)行，采用扭矩扳手，第一次初擰，緊固到螺栓設(shè)計(jì)預(yù)拉力的60%--80%，初擰扭矩值不得小于終扭矩值的30%，第二次緊固為終擰，螺栓連接副在終擰完畢48h內(nèi)應(yīng)進(jìn)行終擰扭矩的檢驗(yàn)。

（二）第二、三、四、五個接頭所承受的彎矩值較大，在這個方面，我們從螺栓的連接方式和板材上進(jìn)行了處理：

1、摩擦型和承壓型連接方式的區(qū)別與選擇：作為一體機(jī)主梁，在跨孔作業(yè)時的跨度達(dá)到82米，在設(shè)計(jì)上應(yīng)該是允許變形的結(jié)構(gòu)桿件，也就是說可以允許連接接頭發(fā)生一定的相對滑移。如果選擇摩擦型連接方式，螺栓不承受剪力，即所有接頭不允許有任何滑移，一旦滑移，設(shè)計(jì)就認(rèn)為達(dá)到了破壞狀態(tài)，所以這種連接方式不適應(yīng)于一體機(jī)主梁連接。承壓型連接方式，螺栓按抗剪設(shè)計(jì)，高強(qiáng)度螺栓承壓型連接中允許外剪力超過最大摩擦力，這是被連接板件之間發(fā)生相對滑移變形，直到螺栓桿與孔壁接觸，此后連接就靠螺栓桿身剪切和孔壁承壓以及板件接觸面間的摩擦力共同傳力，最后以桿身剪切或孔壁破壞作為連接受剪的極限狀態(tài)，所以，這種連接方式可以適應(yīng)于一體機(jī)主梁連接。

2、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，我們將將原設(shè)計(jì)所有接頭采用摩擦型連接方式改為第一、第六個接頭采用原來的摩擦型連接，其它接頭全部采用承壓型連接方式，原來M30的10.9級高強(qiáng)度螺栓改為特制的M31.5的10.9級高強(qiáng)度鉸制孔螺栓；

鉸制孔螺栓能同時承受橫向和軸向載荷，螺桿部分直徑和螺孔直徑的配合采取過渡配合形式（本方案是考慮現(xiàn)場實(shí)際情況難以施工，所以直徑32mm的螺孔配合特制的M31.5的螺栓），螺桿直徑的加大，直接加大了螺桿的抗剪切力。

3、原來的雙層疊加連接板不能繼續(xù)使用（第一和第六接頭不換），更換為厚度為30mm的整塊連接鋼板，并在現(xiàn)場進(jìn)行配對鉆孔，采取整塊連接板后，按照前面所述的螺栓擰緊方式和擰緊順序，可以達(dá)到設(shè)計(jì)所需要的額定預(yù)緊力。

經(jīng)過上述處理措施后，我們對一體機(jī)重載狀態(tài)的主梁下?lián)隙戎匦逻M(jìn)行了檢測，發(fā)現(xiàn)主梁接頭之間的豎向縫隙基本沒有變化，測量下?lián)隙葹?00mm（原來下?lián)隙葹?60mm），有效地改善了主梁的下?lián)隙?，事?shí)證明這種方法是行之有效的，可以很好地解決現(xiàn)場出現(xiàn)的類似問題。

后記

按設(shè)計(jì)要求，該工況下的主梁下?lián)隙葹?80mm，從測量的數(shù)據(jù)來看，主梁處理后的下?lián)隙纫廊粵]有達(dá)到技術(shù)要求，后經(jīng)過有限元計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)主梁鋼結(jié)構(gòu)的剛度計(jì)算存在錯誤，該問題已經(jīng)作為后續(xù)問題需要另行處理。

參考文獻(xiàn)

[1]中國建筑工業(yè)出版社《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊》.

[2]人民交通出版社《鋼結(jié)構(gòu)連接與節(jié)點(diǎn)（上）》.