JQ900B架橋機大坡度架梁工藝探討

樊榴麗+屈拓拓

【摘要】西寶鐵路客運專線因咸陽西立交特大橋的地理環(huán)境約束，施工設計從跨咸陽西上行聯(lián)絡線開始進入-20‰坡度。實際施工中機械設備（架橋機）是屬于老式900T設備，由一、二、三號柱組成的雙主梁門式起重機，一號柱支立在即將架設箱梁前端，二號柱和三號柱均支立在已架箱梁梁面。設計要求架橋機機臂（由一、二、三號柱支立于上端位置，它的水平即能說明一、二、三號柱是否水平）水平度不超出設計范圍的7‰，要求一號柱垂直度在±15mm以內，這就嚴重制約了架梁、增加了架梁的不安全因素。鐵路建設越來越傾向于理性、合理、環(huán)保以及可持續(xù)的能源發(fā)展。國家 “十二五”規(guī)劃中不斷將高鐵、客專向各類地質、地形延伸，這也同時要求在高鐵、客專建設過程中架橋機能滿足不同地形的架設箱梁任務。

【關鍵詞】架橋機；機臂水平；垂直度；安全因素

【Abstract】Xibao Railway Passenger Dedicated Line is bounded by the geographical environment of Xianyang West Interchange Bridge， and the construction design enters the -20 ‰ slope from the westward line of Xianyang West Line. The actual construction of machinery and equipment （bridge machine） is the old 900T equipment， by the first， second and third column composed of double main girder gantry crane， one column stand in the erection of box girder front， Pillars are supported in the frame beam beam surface. The design requirements of the bridge machine arm （from one， two， three pillars stand in the upper position， its level that can explain the first， second and third column is the level） level does not exceed the design range of 7 ‰， Column verticality within ± 15mm， which severely restricted the beam， an increase of the beam of unsafe factors. Railway construction is becoming more and more rational， rational， environmentally friendly and sustainable energy development. National "Twelfth Five-Year Plan" will continue to high-speed rail， passenger dedicated to all types of geology， terrain extension， which also requires high-speed rail， passenger construction process bridge function to meet the different terrain erection box girder task.

【Key words】Bridge machine；Arm level；Vertical degree；Safety factor

1. 高鐵現(xiàn)狀

（1）隨著我國客運專線鐵路建設高潮的不斷深入，鐵路建設越來越傾向于理性、合理、環(huán)保以及可持續(xù)的能源發(fā)展。國家 “十二五”規(guī)劃中不斷將高鐵、客專向各類地質、地形延伸——隧道、曲線、高山等等，這也同時要求在高鐵、客專建設過程中架橋機能滿足不同地形的箱梁架設任務。為了避免資源浪費，在選擇過程中，需要同時結合架橋機安全性能、使用性能、技術參數(shù)以及環(huán)保性能。

（2）新運公司現(xiàn)擁有的架橋機和國內其他兄弟單位使用的架橋機種類繁多，每種設備都有自身的優(yōu)缺點，怎樣根據(jù)不同地形條件選擇不同的架橋機呢？在選擇過程中需要考慮架橋機的安全性能、使用性能、技術參數(shù)、環(huán)保性能，尤其突出重點為技術參數(shù)和使用性能要符合相應客專的施工特點，不能盲目投資，避免成本加大投入。

（3）西寶鐵路客運專線因咸陽西立交特大橋的地理環(huán)境約束，施工設計從跨咸陽西上行聯(lián)絡線開始進入-20‰坡度。實際施工中機械設備（架橋機）是屬于老式900T設備，由一、二、三號柱組成的雙主梁橋式起重機，一號柱支立在即將架設的箱梁前端，二號柱和三號柱均支立在已架箱梁的梁面。設計要求架橋機機臂（由一、二、三號柱支立于上端位置，它的水平即能說明一、二、三號柱是否水平）水平度不超出設計范圍的7‰，這就嚴重制約了架梁、增加了架梁的不安全因素。

（4）如何保證架橋機機臂水平不超出設計范圍呢？三號柱因設計要求必須增墊鋼墊箱，三號柱落到最低孔位仍比一號柱高330mm（即鋼墊箱高度）。我們不能改變三號柱設計，只能著手調整一、二號柱的高低。

2. 方案可行性分析

2.1技術分析。

（1）根據(jù)中鐵科工提供的《JQ900B架橋機使用說明書》要求在架設-10.5‰～ -20.‰坡度箱梁時（正常架梁，除末跨），三號柱插銷孔位必須為最低插銷孔位BF，一號柱為最高插銷孔位BC，同時一號柱還必須支墊240mm枕木才能保證架橋機機臂水平度在設計7‰。endprint

（2）同時由于此臺架橋機屬于老式900T架橋機，三號柱即便插銷孔位為最低位置，在寬式狀態(tài)（窄式）下均需要支墊330mm鋼墊箱，才能進入到架梁工況。如若不支墊鋼墊箱，將導致三號柱無法支立，支立在鋼筋網(wǎng)上，需要將每孔箱梁三號柱支立相應位置的鋼筋網(wǎng)砸倒，在最后架設完成后恢復。

（3）由上面兩種情況疊加起來，那么一號柱相應需要支墊240mm+330mm枕木高度。枕木縱向尺寸為200mm*250mm。一號柱下柱體柱體腳蹼尺寸為1350mm*1020mm，下柱體中心尺寸為488mm*445mm，架設箱梁過程中，必須要滿足下柱體中心對應位置有承力部分，即支墊枕木必須要支墊在中心位置。由下柱體中心位置確定了枕木支墊必須兩層以及縱斷面為兩根枕木才能滿足受力要求。

（4）支墊枕木給架梁增加了危險因素，因一根枕木的受力面積較小，同時幾根枕木不是一個整體。架橋機在同步出梁時，架橋機一號柱（根據(jù)中鐵科工提供的荷載分布圖）受力最大，一號柱受力達到極限值。若在此期間出現(xiàn)其中一根枕木變形，則會導致一號柱垂直度偏差增大，為避免此類現(xiàn)象出現(xiàn)以及事故的發(fā)生，最終摒棄枕木支墊方法。

（5）采用鋼支墩支墊，受力面積大，且與下柱體中心密貼并由螺栓進行固接，故不會出現(xiàn)局部變形，即便局部變形。考慮用高強螺栓連接。

2.2經(jīng)濟分析。

（1）一號柱若支墊枕木，需要大量的人力、物力。

（2）一號柱在35號至15號墩之間，墩柱高度均在20m以上，一號柱在架橋機整機過跨后必須要支墊好，等待下一孔箱梁架設任務。支墊一號柱必須同時滿足垂直度，也要滿足整機機臂水平度在7‰以內。每孔均需要重新支墊，需要至少多余前橋臺一倍的工人投入其中，支墊還需要保證支墊的枕木水平，一般一號柱支立時間為5分鐘，若支墊枕木則需要30分鐘。大大增加了工序時間。

（3）枕木如何從已架箱梁梁面到達待架箱梁前端呢？需要雇傭25T吊車（主臂可達31.5m高度，重量隨工作半徑不同而吊車起吊重量不同），由吊車每孔梁跟班作業(yè)，進行一號柱支墊。臺班費增加，人工費增加。

（4）采用鋼支墩固定在一號柱下柱體腳蹼位置，不需要拆卸，在整機過跨過程中，便支立良好，支立時間仍然為五分鐘。

2.3確定方案。

（1）選用了鋼支墩支墊一號柱，鋼支墩高度為360mm，對比零坡度，一號柱仍然比三號柱低210mm左右。210mm相對高差計算出一號柱和三號柱之間水平度為-2.19‰，滿足機臂水平度要求。

（2）但是在測算機臂水平度只是滿足了水平方向要求，同時還要求一號柱必須滿足垂直度要求，即一號柱支立完成后垂直度在±15mm以內。

3. 實施過程

3.1一號柱下柱體連接螺栓受力分析。

3.1.1在確定了采用鋼支墩支墊后，如何保證鋼支墩與一號柱下柱體密貼的同時還能滿足受力要求。采用多大的螺栓進行連接，怎么樣才能滿足受力要求？在同步出梁過程中一號柱下柱體連接螺栓所承受的剪力以及壓力，通過計算單個螺栓的承壓力以及抗剪力以及一號柱載荷分布圖設計要求值，從而計算出螺栓直徑。由于一號柱腳蹼位置限制，只能打孔7個，這就限制只能采取相應螺栓才能滿足要求。（此處不考慮摩擦型螺栓，原因此處無摩擦板，也無相應設計，忽略為普通高強螺栓）。

單栓承壓承載力 [Nc]=dΣδ·[σc ] 公式1

單栓抗剪承載力 [Nj]= nj · πd2 4·[τ] 公式2

式中 d——螺栓直徑；

Σδ——在同一方向承壓的板件總厚度，取兩個方向板件總厚度較小者；此處四面板件厚度相同，均為30mm（腳蹼下鋼板厚度）+16mm（新加鋼板厚度）=46mm；

nj ——剪切面數(shù)目，單剪nj =1，雙剪 nj =2；此處屬于單剪，原因為只有上下兩塊板，其余作用載荷不存在；

σc ——孔壁的許用承壓應力，對粗制螺栓 [σc ] =1.4[σ]，精制螺栓 [σc ]=1.8[σ]（ [σ]為螺栓材料許用正應力）；此處采用的是粗制螺栓，查機械設計手冊1， [σ]=360Mpa，即 [σc ]=1.4[σ]=504MPa；

[τ] ——螺栓的許用剪應力，對粗制螺栓[τ] =0.6 [σ]，對精制螺栓 [τ] =0.8 [σ]；此處采用粗制螺栓，即 [τ]=0.6[σ]=216Mpa；

計算出單個螺栓承壓為[Nc ] =24mm×46mm ×504Mpa=55416Kg·m/s2；

單個螺栓抗剪力為[Nj]=1 ×3.1415×242×10-54×216Mpa=97713Kg·m/s2

根據(jù)中鐵科工提供一號柱荷載分布圖，一號柱單側受力為266.84T，

F [Nj]·n/K 公式3

式中 K ——表示安全系數(shù)，查《設備吊裝便攜手冊》吊裝作業(yè)時 K一般為2～3，此處取K=2 ；

n——表示螺栓數(shù)量；

通過公式3可計算出螺栓數(shù)量：n4.699 ，取 n=5。實際操作過程中，可取大于5條以上的螺栓。

3.1.2架橋機一號柱在同步出梁過程中下柱體承受著壓力，而此時由于鋼支墩與下柱體不是一體，靠螺栓連接，說明高強螺栓承受著同步出梁產(chǎn)生的動能帶來的摩擦力。通過動量定理，可計算出螺栓所承受摩擦力f 大小。

mv-ft=0 公式4

式中 m ——梁片重量，按照32m梁重量計算，32m梁重為862.9T，m=862900Kg ；

v——起重小車重載走行速度，按照中速進行計算，取 v=1.4m/min；

t ——兩小車同步出梁時間，t=8min ；

計算公式4，可得摩擦力：endprint

f=151008Kg·m/min2=41.95Kg·m/s2=41.95KN；

比較單個螺栓抗剪力，可知摩擦力遠遠小于螺栓抗剪力。

對比單個螺栓螺栓抗剪力和承壓力，取單側螺栓分布數(shù)量在5條以上。

3.2機加工。

（1）通過受力分析計算，可采用高強螺栓M24*80，10.9級螺栓連接，配以平墊、彈墊，保證螺栓受力。鋼支墩為中鐵科工集團提供，如何將鋼支墩與一號柱下柱體腳蹼連接？鋼支墩無螺栓孔，而且單純地想將鋼支墩與下柱體連接，是無法完成的。因為下柱體中心為空心柱體且下柱體腳蹼尺寸為1350mm*1020mm，而鋼支墩尺寸為600mm*700mm，正好在腳蹼邊緣，無法連接，只能將鋼支墩與16mm鋼板通過焊接固接在一起，在鋼板上打孔，才能保證鋼支墩與一號柱下柱體能密貼。

（2）為了達到足夠的密貼，保證在沖擊力足夠大的情況下，鋼支墩不產(chǎn)生縱向滑移，將鋼支墩與鋼板連接，鋼板尺寸為1350mm*1020mm*16mm。鋼板與鋼支墩通過采用JH507焊條、焊芯為￠4.0mm進行結構焊接，保證焊縫無夾渣、無氣泡等等。

（3）一號柱腳蹼筋板較多，空隙位置有至少7處，為了保證施工安全，取7條螺栓。打孔按照下圖位置進行，每側為7個孔，螺栓孔徑為￠26mm。采用高強螺栓M24*80，10.9級螺栓連接，配以平墊、彈墊，保證螺栓受力要求（見圖1）。

4. 架橋機架梁工況分析

4.1零坡度架梁。

4.1.1一號柱插銷孔位（下柱體）（見圖2）。

4.1.2三號柱插銷孔位（見圖3）。

（1）按照圖中的插銷孔位為BE，由于三號柱支墊鋼墊箱高度為330mm，為保證設計高度不變，那么三號柱插銷孔位必須往上走一孔即BF。正好能保證架橋機安全架梁，保證機臂水平度不超過7‰。三號柱插銷位置為BF（寬式），BE（窄式即整機走行）。

（2）一、二、三號柱測量數(shù)值均在空載工況下測量，兩臺小車退回至二號柱之后時測量。觀測值越大表示實際高度越高，反之。在以下計算中，均取一號柱與二號柱之間的中心距為32.6m，二號柱與三號柱之間的中心距為22m。采用反余切公式計算坡度（測量數(shù)據(jù)見表1）。

（3）說明一號柱比三號柱高276mm，計算機臂水平坡度。一號柱與三號柱之間的縱向距離為55m。計算機臂坡度為+2.88‰（上坡），即一號柱比三號柱高。機臂坡度在設計范圍的7‰以內，滿足架梁工況，保證了設備安全運轉。

（4）測量一號柱垂直度通過如下示意圖（見圖4）：

（5）測量得出一號柱中心線距梁面的高度h1=8.21m ，鉛垂線距梁面的高度h2=8.210014m ，利用余弦定理計算出，鉛垂線在梁面相交的點與一號柱中心距在梁面上相交的點之間的距離 Δs=15mm。左右兩側通過全站儀測量均在垂直度允許范圍。

一號柱插銷位置為AB，即此時一號柱高度已經(jīng)上升為最高孔位，無法再進行調節(jié)。下柱體下部按照要求必須支墊240mm以上的枕木，設計院提供的為360mm的鋼支墩，為保證鋼支墩和下柱體連接為一體，需要將鋼支墩于下柱體腳蹼相連。打孔按照適當孔位進行打孔，聯(lián)接采用10.9S高強螺栓。原因經(jīng)過設計院計算，此處為受力較大部位，必須采用高強螺栓進行聯(lián)接。

4.2.2三號柱插銷孔位（見圖5）。

外套A-B中心距550mm；內套C-D中心距330mm；D-E中心距330mm；E-F中心距360mm；F-G中心距870mm。三號柱插銷位置為BF（寬式），BE（窄式即整機走行）。

一、二、三號柱測量數(shù)據(jù)如下表：互差正值表示一號柱低，負值表示一號柱高（見圖6）（見表2）。

（1）從測量表計算以及柱狀圖分析，機臂水平度均在-3‰（下坡）以內，滿足架梁工況，不需要變化插銷孔位。

（2）對比之前測量示意圖，可知一號柱鉛垂線為負值，即垂直度也為負值，超出允許范圍要求的±15mm，為-150mm。一號柱低頭。

4.3架設末跨箱梁。

4.3.1一號柱插銷孔位（上柱體）。

線路坡道：10.5～-20‰銷孔位置：AB，上伸縮柱下支墊枕木（枕木高度：240mm）。

一號柱實際在架設過程中已是最高孔位，下面需要支墊300mm加長柱、360mm鋼支墩，加長柱與鋼支墩之間加20mm厚防滑膠皮。

4.3.2三號柱插銷孔位（見圖7）。

（1）實際架橋機三號柱已是最低孔位，但是此時三號柱在架梁過程中仍需要支立330mm鋼墊箱。

（2）二號柱在架設末孔時，均衡已落至最低位置。可從表3中可知：

（3）一號柱此時仍較低，坡度已達到-5.7‰（下坡），此時測量一號柱垂直度（示意圖）為-426mm，極大地超出了設計允許范圍（±15mm），說明一號柱下柱體與二號柱之間的中心已由設計的32.6m變?yōu)楝F(xiàn)在的32.174m。而一號柱與機臂采用為鉸座連接，縱向活動量較大，同時上面的垂直度已說明一號柱往前傾斜。

（4）垂直度配以示意圖來表示。測量顯示一號柱垂直度此時為-426mm，嚴重超出設計允許范圍。由于未達到設計要求，故重新確定支立方案。

（5）在一號柱下柱體多增加一個鋼支墩，即由原來一個鋼支墩360mm高度，變?yōu)楝F(xiàn)在的740mm高度，這樣即保證了整機機臂水平坡度基本保持在2‰以內，垂直度也達到了設計允許范圍。

5. 總述

前期鐵路項目的發(fā)展高峰期帶來了設備購置數(shù)目增多，這些設備隨著高鐵、客專鐵路項目的逐漸萎縮將會封存擱置，投入的成本無法收回。隨之產(chǎn)生了更多的投入，拆解設備、轉場、封存一系列費用投入。為了避免架橋機的出現(xiàn)這種情況，亟待需要將設備能進行改造，適應各種施工領域、施工環(huán)境架梁。此處所說的改造為技術改造，改造在《特種設備安全監(jiān)察條例》允許范圍。設備將是一項艱巨卻又是可持續(xù)發(fā)展的重中之重。

參考文獻

[1]《中鐵科工JQ900B使用說明書》.

[2]王金諾、于蘭峰，《起重運輸機金屬結構》，中國鐵道出版社，2002年，p70～p81.

[文章編號]1619-2737（2017）10-23-820endprint