大型設(shè)備運輸液壓掛車通行鋼橋承載能力計算

申世杰

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

在電站建設(shè)現(xiàn)場，或在偏遠(yuǎn)山區(qū)，或在搶修路段，在使用液壓掛車運輸大件設(shè)備的過程中，常會遇到裝配式鋼橋(也叫貝雷橋，簡稱鋼橋)，有的鋼橋是建設(shè)工程中的臨時橋梁，有的是半永久或永久性交通設(shè)施，限重標(biāo)識多種多樣，總之，沒有適用于液壓掛車轉(zhuǎn)載方式的標(biāo)識。如何判斷載貨液壓掛車能否通行，或者如何采用合適的方式裝載能順利通行鋼橋，如果需要新建或改造鋼橋哪種結(jié)構(gòu)可滿足運輸要求？通過詳細(xì)介紹鋼橋結(jié)構(gòu)以及大型設(shè)備運輸液壓掛車通過裝配式公路鋼橋的驗算方法，為鋼橋極限承載能力提供了判斷方法，為液壓掛車順利通行提供參考。

1 國內(nèi)鋼橋種類及現(xiàn)狀

目前國內(nèi)常見鋼橋按桁架(貝雷片)尺寸可分為兩種，即321型和200型。321型和200型桁架尺寸(長×寬×高)分別為3 m×0.17 m×1.5 m，3.048 m×0.17 m×2.134 m，桁架高度是兩種鋼橋的主要區(qū)別。321型鋼橋是20世紀(jì)60年代開發(fā)的一種可分解的、能快速(人工)架設(shè)的鋼橋，主要用于各種車輛通過江河、溝谷等障礙，并可在危橋、斷橋上架設(shè)橋上橋及道路搶修時應(yīng)急使用的制式橋梁。在軍事運輸、搶險救災(zāi)、邊境自衛(wèi)反擊、國際維和行動等應(yīng)急交通保障中發(fā)揮了重要作用。長期使用后發(fā)現(xiàn)321鋼橋存在許多需要解決的問題：如木橋面易損、雙層架設(shè)不方便、承載力不足、橋面較窄、疲勞壽命較低等。2000年后，我國開始研制200型鋼橋，200型鋼橋主要部件見圖1。2003年定型了新一代鋼橋200型鋼橋，該型鋼橋結(jié)構(gòu)更加合理，行車寬度由原3.7 m增加至4.2 m，承載能力、橋梁剛性和抗疲勞性能方面都顯著提高，由于采用了英制標(biāo)準(zhǔn)，國際通用性更強。由于321鋼橋的保有量較大，目前兩種鋼橋的應(yīng)用都很常見。目前在用的321型鋼橋已改用鋼制橋面板，為了克服橫梁承載力不足的問題，多半采取了增設(shè)橫梁的措施，區(qū)別兩種鋼橋的最好方法仍是測量桁架高度。

圖1 200型鋼橋主要部件示意圖Figure 1 Main components of 200 type steel bridge

2 鋼橋結(jié)構(gòu)形式及組合形式計算

2.1 鋼橋結(jié)構(gòu)

為適應(yīng)不同荷載和跨徑變化，321型鋼橋桁架組合可取10種相應(yīng)的變化，即單排單層(SS)、雙排單層(DS)、三排單層(TS)、雙排雙層(DD)、三排雙層(TD)以及在上述5種組合的上、下弦桿上增設(shè)加強弦桿的5種形式，見圖2。200型取消了4種雙層結(jié)構(gòu)，增加了四排單層(QS)和四排單層加強(QSR)，所以200型共8種組合結(jié)構(gòu)。200型三排單層鋼橋斷面圖見圖3。

圖2 321型鋼橋桁架組合形式Figure 2 Combination form of 321 type steel bridge truss

圖3 200型三排單層鋼橋斷面示意圖Figure 3 Cross section of 200 type steel bridge with triplex row monolayer

2.2 常見鋼橋的組合形式計算

盡管對鋼結(jié)構(gòu)許用應(yīng)力所取的安全系數(shù)不高(約1.26)，考慮載荷簡化(將單車總重簡化為集中載荷)、計算沖擊載荷、車道偏載、疲勞損傷等因素后，安全系數(shù)相應(yīng)疊加，而液壓掛車的特點是載荷分布均勻(無論縱向還是橫向)，減震效果好，行駛速度慢，車輛較寬，通行頻次少等，相應(yīng)可以不考慮或少考慮一些普通車輛必須考慮的因素，在嚴(yán)格控制下，充分挖掘鋼橋的承載潛力。

利用簡支梁的計算模型，考慮彎矩和剪力條件下，針對國內(nèi)保有量較大的水工窄系列液壓掛車，對常見鋼橋的組合形式分別進(jìn)行計算，以桁架極限承載能力為基礎(chǔ)，得出車輛所能裝載的最大重量以及相應(yīng)的車輛軸數(shù)，鋼橋液壓掛車極限通行速查表見表1～表6。鑒于常用鋼橋的行車寬度在3.7～4.2 m，只考慮2縱列型式，未考慮3縱列和4縱列等橫向拼接型式；由于軸重不同，橋梁的受力條件不同，所以，分別選取了3種標(biāo)準(zhǔn)軸重(10 t、15 t、20 t)進(jìn)行計算。

表中“最大貨重”指所裝載的貨物重量，不含車輛自重，其右側(cè)數(shù)據(jù)為對應(yīng)裝載車輛的軸數(shù)，默認(rèn)為全掛車單獨過橋，牽引車不在同跨或使用卷揚牽引。計算中未考慮沖擊，且為極限載荷，故通行前提：橋梁狀態(tài)良好、橋面平整，限速5 km，居中行駛，不變速、不剎車。

3 應(yīng)用實例

3.1 列車型標(biāo)準(zhǔn)軸重液壓掛車判斷法

列車型即上海水工窄系列車型，當(dāng)其裝載軸重或方案軸重正好為表中所列標(biāo)準(zhǔn)軸重時，可以直接查對應(yīng)表進(jìn)行快速判斷。

例如：判斷65 t機座能否采用水工窄系列液壓全掛車能否通行51 m跨徑200型四排單層加強型(QSR)鋼橋？

水工窄系列液壓掛車每軸自重3.5～3.9 t，取3.9 t。

如果采用4軸掛車裝載，軸重=65/4+3.9=20.15 t，按照軸重20 t查表3得出：63 t- 4軸，貨重65 t>63 t，所以不行。

如果采用6軸掛車裝載，軸重=65/6+3.9=14.73 t，按照軸重15 t查表2得出：57 t- 6軸，貨重65 t>57 t，所以不行。

如果采用10軸掛車裝載，軸重=65/10+3.9=10.4 t，按照軸重10 t查表1得出：50 t-9軸，貨重65 t>50 t，所以不行。

結(jié)論：該車型不能滿足65 t機座通行該鋼橋。

計算表明，大跨徑鋼橋?qū)τ谳S重不敏感，軸數(shù)越多、軸重越小，車輛自重比例越大，車貨總重變化不大的情況下，載重量反而下降。

3.2 非標(biāo)軸重液壓掛車參考判斷法

表1～表6只列舉了常見的三種標(biāo)準(zhǔn)軸重對應(yīng)的極限載重，實際應(yīng)用中絕大部分是非標(biāo)軸重，如何應(yīng)用表中數(shù)值，建議采用插值法計算參考極限總重的方式進(jìn)行判斷。

表1 常用200型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重10 t)Table 1 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 200 type steel bridge (axle load 10 t)

表2 常用200型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重15 t)Table 2 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 200 type steel bridge (axle load 15 t)

表3 常用200型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重20 t)Table 3 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 200 type steel bridge (axle load 20 t)

表4 常用321型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重10 t)Table 4 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 321 type steel bridge (axle load 10 t)

表5 常用321型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重15 t)Table 5 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 321 type steel bridge (axle load 15 t)

表6 常用321型鋼橋液壓掛車極限通行速查表(軸重20 t)Table 6 Quick checking general list for hydraulic trailer limit traffic on 321 type steel bridge (axle load 20 t)

例如：判斷前例中如果采用3軸掛車裝載65 t機座能否通行?

軸重=65 t/3+3.9 t=25.6 t，查軸重15 t和20 t的表得出：57 t- 6軸，63 t- 4軸，分別計算極限總重：57+6×3.9=80.4 t和63+4×3.9=78.6 t，采用插值法(外插法)計算參考極限總重為：80.4 t-(25.6-15)×(80.4 t-78.6 t)/(20-15)=76.6 t。3軸掛車車貨總重：65 t+3×3.9 t=76.7 t>76.6 t，結(jié)論是不行。

鋼橋都有允許軸重的限制，標(biāo)準(zhǔn)200型允許軸重25 t，標(biāo)準(zhǔn)321型允許軸重13 t，但在工程應(yīng)用中，經(jīng)常采用增設(shè)橫梁的方式提高軸重，200型可提高至34 t，321型可提高至17 t，所以單純依靠增大軸重提高裝載重量不可行，在使用速查表判斷時，應(yīng)注意軸重是否超過鋼橋限值。標(biāo)準(zhǔn)321型每單元有兩根橫梁，通常增設(shè)橫梁后每單元有三根橫梁；標(biāo)準(zhǔn)200型每單元一根橫梁，通常增設(shè)橫梁后每單元有兩根橫梁。

3.3 不同車型參考判斷法

車型不同，軸距和自重等都有差異，建議采用參考值法，基本原則是參考軸重等于標(biāo)準(zhǔn)軸重，總重小于極限總重，參考方法如下：

(1)計算參考軸重：實際軸重×標(biāo)準(zhǔn)軸距(1.55 t)/實際軸距=參考軸重

(2)根據(jù)參考軸重查相鄰軸重的表，采用插值法計算極限總重，根據(jù)總重判斷。

3.4 半掛式液壓掛車參考判斷法

液壓掛車半掛型式(動力鵝頸掛車)應(yīng)用廣泛，承載能力強、轉(zhuǎn)向靈活、可升降的優(yōu)點，裝載效率高，速度快，操作簡便，目前應(yīng)用較多。這種車型，根據(jù)車長等于標(biāo)準(zhǔn)車型，總重小于極限總重的原則來判斷鋼橋的極限承載，使用以下簡略換算方法，便于使用附表速查。

按車輛總長折算參考軸數(shù)：車輛總長(含牽引車、動力鵝頸、連接梁，不含后部牽引架)/標(biāo)準(zhǔn)軸距(1.55 m)=參考軸數(shù)

折算參考軸重：車貨總重/參考軸數(shù)=參考軸重

按橋梁結(jié)構(gòu)和參考軸重在兩個軸重接近表中查出極限車貨總重(最大貨重+軸數(shù)×3.9 t)，采用插值法計算出參考極限車貨總重，進(jìn)行比較，極限車貨總重大于實際車貨總重，則可行，反之，不行。在自重上采取減重措施(如使用自重更小的牽引車、動力鵝頸、液壓掛車等)。

4 結(jié)語

表1～表6中數(shù)據(jù)不適用于單車和半掛車，主要是單車及半掛車的減震為鋼板式，速度再慢也無法避免震蕩沖擊載荷、載荷不均、通行頻次等問題?？傊?，本文討論的是液壓掛車單車個別通行的極限情況，首先軸重滿足鋼橋要求，且確保限速居中以及全掛車牽引車不同跨運行的前提下。另外，本文適用前提還包括鋼橋技術(shù)狀態(tài)優(yōu)良，無加工、焊接、裝配等缺陷或損害。