復(fù)雜工況下拆解450 t提梁機(jī)的穩(wěn)定性分析與計(jì)算*

焦 仁 釗

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司, 河北　涿州　072750)

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復(fù)雜工況下拆解450t提梁機(jī)的穩(wěn)定性分析與計(jì)算*

焦 仁 釗

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司, 河北涿州072750)

津秦鐵路客運(yùn)專線新立梁場(chǎng)位于天津市東麗區(qū)新立鎮(zhèn)東大橋村，提梁站緊鄰既有津山鐵路，提梁機(jī)安裝高度35m，提梁機(jī)支腿高29m，距離既有鐵路護(hù)欄21.4m，并且地質(zhì)條件差，地基承載力低。為防止450t提梁機(jī)在安裝拆解過(guò)程中傾覆，造成鐵路安全事故，通過(guò)主要機(jī)具選擇、場(chǎng)地地基承載力檢算，大型主吊機(jī)起重能力計(jì)算，支腿纜風(fēng)繩受力，地錨技術(shù)要求、墊塊計(jì)算等方面來(lái)闡述在復(fù)雜工況下拆解450t提梁機(jī)時(shí)施工機(jī)具的穩(wěn)定性分析與計(jì)算。

復(fù)雜工況；450t提梁機(jī)；穩(wěn)定性

近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)高速鐵路客運(yùn)專線大規(guī)模的建設(shè)和發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)在線路中占據(jù)的比例越來(lái)越大，并且線路走向基本上與既有鐵路相平行。為節(jié)約施工成本，減少施工難度，保證建設(shè)質(zhì)量，900t預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前在高速鐵路客運(yùn)專線建設(shè)中，臨近平行既有鐵路線的橋梁越來(lái)越多，受場(chǎng)地狹小限制，地質(zhì)條件差等影響，900t預(yù)制箱梁提架設(shè)備在拼裝拆解過(guò)程中，為防止吊裝設(shè)備時(shí)傾覆而發(fā)生安事故，在拆解450t提梁機(jī)時(shí)，確保設(shè)備機(jī)具的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

一、工程概況

中鐵十八局集團(tuán)新立制梁場(chǎng)負(fù)責(zé)津秦鐵路客運(yùn)專線塘沽西跨京津塘高速公路特大橋共計(jì)268榀的箱梁預(yù)制，新立梁場(chǎng)位于天津市東麗區(qū)新立鎮(zhèn)東大橋村，提梁站位于既有津山鐵路北側(cè)，并且平行于津山鐵路，津秦客專里程為DK22+92.22-DK22+283.22，津山鐵路里程為K167+884-K167+697。該梁場(chǎng)450t提梁機(jī)由鄭州大方設(shè)計(jì)制造，結(jié)構(gòu)由主梁、剛性支腿、柔性支腿、端橫梁、起重小車、大車行車機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。主梁為雙箱梁結(jié)構(gòu)，小車機(jī)構(gòu)在主梁軌道上運(yùn)行。安裝高度35m。主梁長(zhǎng)度為41m，提梁機(jī)跨距為36m，結(jié)構(gòu)總重約為273t，整機(jī)重量420t。提梁機(jī)支腿高29m，寬17.1m，距離既有線護(hù)欄21.4m，運(yùn)行長(zhǎng)度187m。為保證既有津山鐵路的運(yùn)營(yíng)安全，因此提梁機(jī)安裝拆解需在長(zhǎng)187m，寬60m的施工場(chǎng)地區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，并需要做好防傾覆措施。其中各部位重量為：?jiǎn)胃髁嚎傊?5t，剛性支腿65t，柔性支腿45t，起重小車68t。

二、拆解工藝及防傾覆措施

拆解工藝：拆鋼絲繩鎖繩機(jī)構(gòu)及吊具→拆電氣及供電設(shè)備起吊小車拆解→主梁及端橫梁拆解→剛性支腿拆解→柔性支腿拆解→主梁、支腿框架地面拆解[1](P34-35)。

拆解過(guò)程中，支腿每側(cè)采用兩根纜風(fēng)繩固定，纜風(fēng)繩采用2.5×2.5×2m混凝土埋入式地錨固定，靠既有線側(cè)柔性支腿采用2.5×2.5×2m混凝土立方體活動(dòng)地錨，活動(dòng)地錨外側(cè)距離既有線路堤坡腳線最小距離6m。另一側(cè)采用固定地錨，固定地錨提前埋設(shè)到位，活動(dòng)地錨提前吊裝到位。地錨吊裝時(shí)，離地約10cm低位運(yùn)行至設(shè)定點(diǎn)，提梁機(jī)拆解時(shí)派專人對(duì)地錨進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)地錨位移時(shí)，立即停止施工[2](P28-29)。

三、拆解過(guò)程中的穩(wěn)定性分析與計(jì)算

(一)主要吊裝機(jī)具選擇

450t提梁機(jī)具有跨距大，設(shè)備高，重量大等特點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況和類似工程經(jīng)驗(yàn)，主要吊裝機(jī)具選擇如下：200t和300t汽吊各一臺(tái)為主吊裝機(jī)具，一臺(tái)80t汽吊配合吊裝。為確保吊裝安全，汽車吊車地腳采用鋪設(shè)鋼板的方式，增大承載力，鋼板尺寸為2.5×2.5m汽車吊專用支墊，支墊由20mm厚上鋼板、雙向16號(hào)槽鋼滿覆、20mm厚下鋼板組成，支墊自重10t。300t汽吊自重167.5t，極限情況下，單支點(diǎn)最大壓力83.75t。

(二)場(chǎng)地基礎(chǔ)承載力檢算

根據(jù)新立梁場(chǎng)工程地質(zhì)勘察報(bào)告，原土層由上至下分別為黏土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土。其淤泥質(zhì)粘土的地基承載力為100kPa，無(wú)法滿足實(shí)際施工要求，為此，提梁站場(chǎng)地已經(jīng)進(jìn)行過(guò)換填加固處理，厚度為1m級(jí)配碎石進(jìn)行換填，并澆注0.3m的C40混凝土基礎(chǔ)，澆筑寬度為11m。

支墊承受荷載，應(yīng)力擴(kuò)散至粘土層，計(jì)算擴(kuò)散范圍a值為：

a=2.5+0.2×tan45°×2+0.6×tan30°×2=3.59m

本地段是施工地段便道，根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50007-2002)第5.2.8條，對(duì)于沉降已經(jīng)穩(wěn)定或經(jīng)過(guò)預(yù)壓的地基，可適當(dāng)提高承載力。粉質(zhì)黏土部的地基承載力為100kPa，按1.3倍系數(shù)計(jì)取該段地基承重： P=3.59×3.59×1.3×100=1675.5kN﹥837.5kN，因此地基承載力滿足要求。

(三)選用200t、300t主吊機(jī)起重能力計(jì)算

選用兩臺(tái)吊機(jī)抬吊箱型梁和剛性支腿。主梁的安裝高度為35m，選用的200t汽車吊回轉(zhuǎn)半徑8m，臂長(zhǎng)調(diào)整為39.1m，根據(jù)吊機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下單臺(tái)最大起重量為45t。選用的300t汽車吊回轉(zhuǎn)半徑8m，臂長(zhǎng)調(diào)整為40.9m，根據(jù)吊機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下其單臺(tái)最大起重量為57t。

兩機(jī)起重量為45+57=102t，兩臺(tái)抬吊折合系數(shù)取為：0.8，兩機(jī)起重量：102×0.8=81.6t，兩機(jī)安全起重量：81.6t>主梁75t，可以安全滿足主梁的吊裝需要。

剛性支腿安裝高度為32m，吊裝時(shí)，調(diào)整200t吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑為10m，臂長(zhǎng)為39.1m，根據(jù)吊機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下吊機(jī)的起重量為40.5t。調(diào)整300t吊機(jī)回轉(zhuǎn)半徑為10m，臂長(zhǎng)為40.9m，根據(jù)吊機(jī)的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下吊機(jī)的起重量為54t，兩機(jī)起重量為40.5+54=94.5t。兩臺(tái)抬吊折合系數(shù)取為：0.8，兩機(jī)起重量：94.5×0.8=75.6t，兩機(jī)安全起重量：75.6t>剛性支腿重量65t?？梢詽M足剛性支腿的安全吊裝。柔性支腿重量為45t，遠(yuǎn)小于剛性支腿重量，滿足安全吊裝要求，不再另行計(jì)算。

(四)支腿纜風(fēng)繩受力估算及選型

剛性支腿重量：G剛=65t，高32m；柔性支腿重量：G柔=45t，高32m；單根主梁重G梁=75t。

風(fēng)載荷力：因安裝要求規(guī)定6級(jí)以上大風(fēng)禁止安裝，按10年一遇，查天津地區(qū)風(fēng)壓值W0=0.3kN/m2， FWH=K0×K1×K3×WdAWh，Wd= (K2×K5)2W0，F(xiàn)Wh-橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值/kN，Wd-設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)壓/kN/m2， K0-設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)期換算系數(shù)，K1- 風(fēng)載阻力系數(shù)，K3-地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，K2-為考慮地面粗糙度類別和梯度風(fēng)的風(fēng)速高度變化修正系數(shù)；K5-為陣風(fēng)風(fēng)速系數(shù)，AWh為剛性支腿最大迎風(fēng)面積，根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，AWh=90m2，由公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTGD60-2004)可知，K0取1.0，K1取1.5，K3取1.0， K2取1.2，K5取1.38，故：

FWH=K0×K1×K3×WdAWh=K0×K1×K3×(K2×K5)2W0AWh=1.0×1.5×1.0×(1.2×1.38)2×0.3×90=1.5×2.74×27=111kN

根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，攬風(fēng)繩與水平面成41°角斜拉，考慮重心水平偏移量為0.63m，再考慮吊裝主梁時(shí)對(duì)支腿的垂直碰撞，計(jì)算時(shí)加上主梁重量。風(fēng)力作用重心的取值，因支腿為上小下大的梯形狀，為保證安全，取支腿的高度31m的3/4處為風(fēng)力作用重心。則纜風(fēng)繩內(nèi)側(cè)拉力F總拉 可由正式計(jì)算：

F總拉=[(G剛+G/2)×0.63+ FWH×31×3/4]/ 25.85×cos41，代入相應(yīng)數(shù)據(jù)可得：

F總拉=[(851+355)× 0.63+111×23.25]/(25.85×cos41) =(759.8+2580.8)/(25.85×0.755)=156kN

兩條纜風(fēng)繩平面夾角28°，故單根纜風(fēng)繩的拉力：F拉= F總拉/2cos14=156/(2×0.97)=80.5kN。

根據(jù)受力分析，以纜風(fēng)繩所受拉力為依據(jù)選擇鋼絲繩，按4倍安全系數(shù)計(jì)算：F拉繩≈80.5×4=322kN，纜繩選用φ28-6×37的鋼絲繩。查建筑設(shè)計(jì)施工計(jì)算手冊(cè)可得鋼絲繩的最小破斷拉力為412kN，大于了322kN，故滿足使用要求。

柔性支腿重量約為剛性支腿的一半，以上結(jié)論同樣可以滿足柔性支腿安裝需要，不另做計(jì)算。

(五)地錨技術(shù)要求

剛性支腿吊裝中采用埋設(shè)重力式錨碇，規(guī)格為2.5×2.5×2m，拉索與錨的夾角為41°。

傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算可根據(jù)路橋施工計(jì)算手冊(cè)第473頁(yè)的重力式穩(wěn)定性驗(yàn)算公式進(jìn)行：

KM=M穩(wěn)/M傾=(G×L/2)/[(Fy拉×L/2)+ F拉×h]=2.5×2.5×2×25×1.25/(88.2×1.25×sin41°+88.2×2sos41)=390.6/(72.3+133.1)=1.9>1.4，滿足要求；

上拔力安全系數(shù)：KV=G/ Fy拉=2.5×2.5×2×25/(88.2×sin41°) =5.4>2，滿足要求；

活動(dòng)摩擦系數(shù)取f=0.4，進(jìn)行抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算：Kh=Hf/HT=(G-Fy)f/ Fx拉

=(2.5×2.5×2×25-88.2×sin41)×0.4/(88.2×cos41)=1.53>1.4，滿足要求。

柔性支腿吊裝中靠既有線一側(cè)采用重力式錨碇，其規(guī)格與上同為2.5×2.5×2m，柔性支腿重量約為剛性支腿的一半，F(xiàn)柔拉

(六)墊塊計(jì)算

采用200t、300t汽吊支腿專用墊塊，由于300t承載能力大，因此只計(jì)算300t汽吊的情況。墊塊承受載荷為83.75t，上下蓋板厚20mm，兩蓋板凈間距為160mm，中間夾16號(hào)槽鋼，槽鋼間距為250mm。

此處主要驗(yàn)算槽鋼受壓強(qiáng)度：F=837.5/2.5=335kN/m，彎矩驗(yàn)算為懸臂狀態(tài)，則：M=1/2×F×l2=0.5×355×2502=11 093 750N/m，查16號(hào)槽鋼的截面矩Wx=116 800mm3，則：σ=M/W=11093750/116800=95MPa<205MPa，滿足要求。

四、結(jié)　語(yǔ)

津秦鐵路客運(yùn)專線新立梁場(chǎng)450t提梁機(jī)在拆解過(guò)程中，通過(guò)各種施工機(jī)具在不同的狀態(tài)下的受力計(jì)算，穩(wěn)定性均能夠滿足抗傾覆能力的要求，能夠保證在拆解過(guò)程中不侵入既有鐵路線內(nèi)。此外，由于提梁機(jī)拆解施工屬于臨近營(yíng)業(yè)線施工，施工前所有施工人員應(yīng)對(duì)拆解方案及工藝進(jìn)行了解，熟悉操作過(guò)程和具體步驟。在施工過(guò)程中，任何人不得隨意改變施工方案的作業(yè)要求，如有特殊情況進(jìn)行調(diào)整，必須通過(guò)一定的程序以保證整個(gè)施工過(guò)程安全，并制定相應(yīng)的應(yīng)急救援預(yù)案，以確保營(yíng)業(yè)線的運(yùn)營(yíng)安全。

[1] 徐光興,李朝紅,崔巍.MT450/38型輪軌式提梁機(jī)[J].工程機(jī)械,2009(5).

[2] 王斌華,邵雨虹,呂彭民.基于ANSYS的450t提梁機(jī)結(jié)構(gòu)有限元分析[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化,2011(6).

StabilityAnalysisandCalculationonDisassemblingMachine450tGirderUnderComplicatedWorkingCondition

JIAORen-zhao

(The3rdEngineeringCo.,Ltd,the18thBureauofChinaRailwayEngineeringCorporation,Zhuozhou072750,China)

JinqinpassengerrailwayinXinligirderplantislocatedinDongdaqiaoVillage,XinliTown,DongliDistrict,Tianjin,whichisnexttoJinshanRailway.Thegirdermachineis35metershighwith29metershighofsupportinglegs.Itisonly21.4metersawayfrombothrailfences,andhasthedisadvantagesofpoorgeologicalconditions,andlowbearingcapacity.Inordertopreventthe450tonsgirderfromcapsizingintheprocessofinstallationanddismantlingwhichcausestherailsafetyaccident,wemakethestabilityanalysisandcalculationondisassemblingmachine450Tgirderundercomplicatedworkingconditionthroughselectingmainequipment,checkingthefoundationbearingcapacity,calculatingtheliftingcapacityoflargemaincrane,thewindropestressoflegcable,thetechnicalrequirementsofanchoring,andtheblock.

complicatedworking; 450tgirdermachine;stability

2015-08-18

焦仁釗 (1981-)，男，山東曹縣人，工程師，主要從事公路與鐵路施工技術(shù)研究。

U455.3

A

1672-2388(2016)01-0017-03