雙導梁架橋機上跨鐵路架梁穩(wěn)定性驗算分析

王立峰

通號（鄭州）電氣化局有限公司，中國·河南 鄭州 450000

隨著城市的發(fā)展，越來越多的公路、市政道路規(guī)劃建設，不可避免的與鐵路發(fā)生交叉。從節(jié)約投資角度講，先簡支后連續(xù)的連續(xù)梁橋最為經(jīng)濟，且施工速度快、施工周期短，上跨鐵路架梁施工工藝應運而生。為了確保鐵路運營安全，必須在有限的“要點”時間內完成架橋機過孔及架梁任務，架橋機的穩(wěn)定性驗算顯得尤為重要。論文通過對施工中常用的雙導梁架橋機進行過孔及架設邊梁兩種最不利工況進行受力分析和傾覆穩(wěn)定性驗算，驗證架橋機可以在任何狀態(tài)下進行安全使用。

上跨鐵路；雙導梁架橋機；傾覆穩(wěn)定性

1 引言

論文結合多起項目實例，對上跨鐵路架橋機架梁進行總結研究，驗算分析架橋機不同架梁工況下的傾覆穩(wěn)定性，為類似項目及同行業(yè)人員提供一定借鑒。

2 項目概況

某改建公路工程在K19+900～K720+300分別與焦柳鐵路上、下行線交叉，設計采用一聯(lián)（3×50）m先簡直后連續(xù)T橋梁跨越鐵路路基及兩側邊溝。橋梁位于直線段，橋面寬24.5m，橋面縱坡2.75%，橫坡2.0%，橋下最小凈空9.03m，滿足鐵路通車及電氣化專業(yè)所需凈空要求。涉鐵橋梁每跨均布置10片T梁，共計30片。T梁中梁（邊梁）頂寬1.8（1.9）m，底寬為0.5～0.7m，高2.7m，長50m，如表1所示。

表1 T梁數(shù)量表

3 架橋機技術參數(shù)

如表2所示，該項目采用1臺QJ50m/200t 雙導梁公路架橋機架梁，適用于平原、山區(qū)大坡度、大半徑彎橋，同時該型號架橋機有自重輕、安裝拆卸和運輸便利的特點，應用廣泛，如圖1所示。

圖1 架橋機布置圖

表2 主要技術參數(shù)

4 工況分析

若架橋機發(fā)生傾覆，可分為以下3種工況。

工況一：架橋機過孔，當前支腿縱移至前方蓋梁尚未落下時，此時懸臂最長，因配重不足導致橋機縱向傾覆，需檢算架橋機縱向抗傾覆穩(wěn)定性。

工況二：架橋機提梁橫移，當天車吊鉤鋼絲繩距離主梁桁架外側2cm時，橋機偏載，在橫向風荷載作用下傾覆，需檢算橋機橫向傾覆穩(wěn)定性。

工況三：架設邊梁時，架橋機攜梁橫移，單側輪箱走行至蓋梁外側，部分懸空，橫移軌道剛度不足，下?lián)献冃螌е聝A覆，需檢算橫移軌道強度。

5 架橋機縱向傾覆穩(wěn)定性驗算

5.1 荷載統(tǒng)計

（1）架橋機單片主梁每米自重：q ＝7.5 KN/m。

（2）前支腿自重：P1=6t。

（3）單臺天車（含平車）自重：P2=P3=8t。

（3）過孔采用單片T梁配重，單端重P5=157.2/2=78.6t。

（4）縱向風荷載。

5.1.1 T梁風荷載

根據(jù)《起重吊裝設計規(guī)范》[1]，按5級及以下風速，起重機工作狀態(tài)下最大風壓pII取一般風力作用下驗算風壓0.15KN/m2，T梁斷面實體迎風面積AQ=1.8×2.7=4.86m2。

風荷載P梁=1.2·pII·AQ=1.2×0.15×4.86=0.88KN。

5.1.2 架橋機風荷載

如圖2所示，架橋機端頭垂直來風，實體迎風面積：

A=(0.106×2.47×2+0.126×1.5+0.5×6)×2=7.42m2

風荷載PQ=C·pII·A=1.7×0.15×7.42=1.89KN。

圖2 架橋機主梁桁架結構圖

5.2 過孔縱向穩(wěn)定性驗算

架橋機過孔時，運梁平車將單片T梁喂入架橋機尾部，天車攜梁后進行配重過孔。過孔時前、后天車均位于橋機尾部，1#天車距中支腿28.5m，2#天車距中支腿26.5m，T梁掛于1#天車。

后端進行中支腿距前支腿位置距離為52m，天車距中支腿距離為29m?？紤]最不利狀態(tài)下架橋機承受縱向風荷載，作用在橋面以上4.5m位置，當架橋機過孔至前端蓋梁且前支腿尚未落下時，懸臂跨度最大，橋機最容易傾覆。

取架橋機整體為研究對象，按工況一，以中支腿B為矩，計算簡圖如下所示：

懸臂端傾覆彎矩：M傾=P1×522×0.5×522×q+（P箱+PQ）×4.5=60×52+2×0.5×522×7.5+(0.88+1.89)×4.5=234 12.5KN·m。

支承端抗傾覆彎矩：M抗=(P2+P5)×28.5+P3×26.5+2×0.

5×302×q=(80+786)×28.5+80×26.5+2×0.5×302×7.5=3355 1KN·m。

抗傾覆安全系數(shù)：

K=滿足規(guī)范要求。

6 架橋機橫向傾覆穩(wěn)定性驗算

架設邊梁時，架橋機攜梁低位橫移，鋼絲繩距離主梁桁架2cm時停下，此時在水平橫向風荷載作用下，架橋機可能會發(fā)生傾覆。

6.1 荷載統(tǒng)計

（1）架橋機自重：P4=195t。

（2）橫向風荷載。

6.1.1 T梁風荷載

T梁縱斷面實體迎風面積AQ=50×2.7=135m2。

風荷載P梁=1.2·pII·AQ=1.2×0.15×135=24.3KN。

6.1.2 架橋機主梁風荷載（架橋機側面垂直來風）

相鄰兩片主梁擋風折減系數(shù)η取0.55，主梁迎風面積A=(1+η)(0.126×2.5×24+0.12×2.7×2+0.32×12×2)×82/12=168.28m2。

風荷載P主=C·pII·A=1.7×0.15×168.28=42.91KN，作用在橫移軌道支點以上3.5m位置。

6.1.3 平車風荷載

平車實體迎風面積A=1.5×2.5×2=7.5m2。

風荷載P平=C·pII·A=1.7×0.15×7.5=1.92KN，作用在橫移軌道支點以上5.95m位置。

6.1.4 天車風荷載

天車實體迎風面積A=2×1.3×2=5.2m2。

風荷載P天=C·pII·A=1.7×0.15×5.2=1.33KN，作用在橫移軌道支點以上7.35m位置。

6.2 橫向穩(wěn)定性驗算

按照架橋機參數(shù)，架設邊梁時天車至主梁極限位置為1.2m，此位置也是邊梁就位中心線。如圖3所示，以蓋梁外側輪箱支點取矩，驗算傾覆彎矩。

圖3 最不利位置驗算簡圖

傾覆彎矩：M傾=P梁×2.7+P主×3.5+P平×5.95+P天×7.35=24.3×2.7+42.91×3.5+1.92×5.95+1.33×7.35=236.96 KN·m。

抗傾覆彎矩：M抗=P4×3+2P5×1.2=1950×3+2×786×1.2=7736.4KN·m。

抗傾覆安全系數(shù)：

K滿足規(guī)范要求。

由此可見，架橋機在攜梁橫移偏載狀態(tài)時，架橋機不會發(fā)生傾覆。

7 橫移軌道強度驗算

按照架橋機參數(shù)，架設邊梁時天車至主梁極限位置為1.2m，此位置也是邊梁就位中心線。該項目邊梁中心距蓋梁邊緣0.7m，因此架橋機前支輪箱超出蓋梁外側1.2-0.7=0.5m，即懸臂0.5m。若前、中橫移軌道強度滿足要求，則架橋機不會傾覆。

7.1 架橋機支腿荷載計算

（1）以天車橫梁為研究對象，在架邊梁時，求平車對橋機兩側主梁的支點反力，計算簡圖如圖4所示。

圖4 計算簡圖

支座結點結點約束反力 合力水平 垂直 力矩 大小 角度 力矩1 0.00000000 157.200000 0.00000000 157.200000 90.0000000 0.00000000 2 0.00000000 628.800000 0.00000000 628.800000 90.0000000 0.00000000

由力學求解器求支點約束反力值，A端支點反力為Ra=157.2KN，B端支點反力為Rb=628.8KN。

（2）支點反力壓在橋機主梁上，先取天車偏移一側主梁為研究對象，計算前托及中托支腿處的反力，該反力直接作用在橫移軌道上方，計算簡圖如圖5所示。

圖5 計算簡圖

支座結點結點約束反力 合力水平 垂直 力矩 大小 角度 力矩2 0.00000000 1084.61538 0.00000000 1084.61538 90.0000000 0.00000000 3 0.00000000 772.984615 0.00000000 772.984615 90.0000000 0.00000000

由力學求解器求支點約束反力值，中托支點反力1084.62KN，前托支點反力772.98KN。

7.2 前橫移軌道強度驗算

架設邊梁時，前托、中托支點反力作用在橫移軌道上，作用點位于蓋梁外側0.5m，此時前橫移軌道彎矩：Mmax=772.98×0.5=386.5KN·m。

如圖6所示，前橫移軌道采用4根I40b工字鋼對焊，左右兩側加10mm厚鋼板，上方焊鋼軌組成，單根軌道梁的抗彎模量為：

圖6 前橫移軌道斷面圖

此時工作應力

σ=前橫移軌道強度可以滿足要求。

7.3 中橫移軌道強度驗算

中橫移軌道采用3根+3根I40b工字鋼對焊而成，左右對焊結構采用I12.6工字鋼和10槽鋼連接，上方焊鋼軌組成，單根軌道梁的抗彎模量為：

圖7 中橫移軌道斷面圖

此時工作應力

σ=中橫移軌道強度可以滿足要求。

8 結語

根據(jù)上述計算結果可知，架橋機在過孔和架邊梁時均能滿足規(guī)范要求，不會發(fā)生傾覆。按照架橋機廠家設計，前支輪箱可偏移橫移軌道外側最大距離為0.8m，該項目架梁僅需偏移0.5m，可滿足安全要求。

因架橋機在縱移及橫移時速度較慢，所以未考慮水平制動荷載。但在現(xiàn)場架梁時，作業(yè)人員要嚴格遵循安全操作規(guī)程及使用說明書相關要求，并將架橋機組裝完成后報當?shù)刭|量技術監(jiān)督部門檢查驗收。同時，在架設邊梁前，項目技術人員要提前檢查導軌限位器是否靈敏可用，卡控好橫移距離，確保架梁安全。