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      張家界大峽谷玻璃橋檢修車的設(shè)計與應用

      2022-07-22 23:02:15陳鳳
      智能建筑與工程機械 2022年6期
      關(guān)鍵詞:橋梁檢測梁底鋼梁

      陳鳳

      摘 要:張家界大峽谷玻璃橋為我國著名的景觀橋,游客量大,橋梁載荷頻率高,因此橋梁本身的結(jié)構(gòu)安全尤為重要。橋梁檢修車,作為一種橋梁維護保養(yǎng)設(shè)施,其本身結(jié)構(gòu)安全及使用功能對玻璃橋景區(qū)的安全運行具有較大影響。因張家界玻璃橋為三維變寬結(jié)構(gòu),檢修車結(jié)構(gòu)及功能的設(shè)計也需結(jié)合實際。張家界大峽谷玻璃橋創(chuàng)新性采用折疊式設(shè)計,有效解決了一臺檢修車實現(xiàn)全橋檢查的功能,為類似項目提供了較好的經(jīng)驗。

      關(guān)鍵詞:鋼梁;檢修車;梁底;橋梁檢測;橋梁維修

      中圖分類號:U44? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼:A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號:2096-6903(2022)06-0056-03

      1 工程簡介

      張家界大峽谷玻璃橋主跨主纜跨度采用430 m,加勁梁跨度采用373 m。兩根主纜為空間索面,北側(cè)主纜跨度布置為:55 m+430 m+51 m=536 m,南側(cè)主纜跨度布置為:80 m+430 m+82 m=592 m。西側(cè)兩橋塔柱橫向中心距為45 m,東側(cè)兩橋塔柱橫向中心距為50 m,主纜矢跨比采用1/10,位于兩主塔間的主梁布置在直線上,從西向東設(shè)1.5%單向縱坡。橋型如圖1所示。

      整橋鋼梁為變寬度形式,中部最窄梁寬6 m,兩側(cè)最寬處為15 m。在玻璃橋正中底部設(shè)置有倒掛門架式蹦極平臺,蹦極平臺寬度僅為5.5 m。整橋鋼梁截面如圖2所示。

      張家界大峽谷玻璃橋配置梁底檢修車,主要是用于對橋梁鋼結(jié)構(gòu)進行全面的檢查和維護,為橋梁安全提供保障。檢修內(nèi)容可包括鋼梁構(gòu)件是否扭曲變形、局部損傷;螺栓有無松動、脫落和斷裂,節(jié)點是否滑動、錯裂;焊縫邊緣有無裂紋或脫開;防腐層、裝飾層有無裂紋、起皮、脫落,構(gòu)件有無銹蝕。

      原有梁底檢修車無法實現(xiàn)全橋檢修。新檢修車要求能實現(xiàn)整橋全斷面的檢查及維修工作,且沿橋長度方向走行時,能通過中部最窄位置的蹦極平臺。

      2 檢修車設(shè)計方案

      張家界大峽谷玻璃橋檢修車設(shè)計遵循安全、耐久、快捷、環(huán)保的原則。

      原有檢修車設(shè)計采用人力驅(qū)動,效率低,且為保證檢修車能通過中部蹦極平臺,檢修車總寬度為5.4 m,僅能對橋梁寬度方向中間5.4 m范圍內(nèi)的結(jié)構(gòu)進行檢查維修,無法實現(xiàn)全寬度范圍的維保。

      新制的橋梁檢修車,要求能實現(xiàn)最寬15 m范圍的檢查,最窄不大于5.4 m,能通過中部蹦極平臺,整體走行采用電力驅(qū)動,整機重量不大于3 t。

      根據(jù)以往國內(nèi)及國外項目經(jīng)驗,橋梁檢修車的檢修寬度變化,采用伸縮式設(shè)計。但采用伸縮式設(shè)計,需要檢修車桁架有重疊部分,以承受連接部位的各種載荷傳遞[1]。在本橋中,如采用伸縮設(shè)計,可實現(xiàn)最寬15 m,但為保證機械結(jié)構(gòu)強度,無法實現(xiàn)最窄5.4 m的要求。為實現(xiàn)橋梁全寬度范圍內(nèi)的檢修,檢修車創(chuàng)新式采用三折疊設(shè)計,充分利用最窄5.4 m的空間限制,設(shè)計三段式桁架,通過折疊,實現(xiàn)檢修車主結(jié)構(gòu)的變寬,如圖3所示。

      3 檢修車主要技術(shù)參數(shù)

      檢修車設(shè)計最大載荷:500 kg;

      最大集中載荷:150 kg;

      整機運行功率:4×0.4 kW

      整機走行速度:0~10 m/min;

      驅(qū)動方式:電動+手動(備份);

      制動方式:電磁剎車+手動釋放;

      動力源:電纜供電

      整機重量:不大于3 t;

      工作溫度:0 ℃~40 ℃

      設(shè)計最大工作風速:6級;

      結(jié)構(gòu)計算最大風速:8級。

      4 檢修車主要結(jié)構(gòu)

      張家界玻璃橋檢修車選用布置在梁底的固定軌道工字鋼25b,選用上承式桁架檢修平臺。檢修車主要中部桁架、邊部桁架、折疊機構(gòu)、走行機構(gòu)和電氣系統(tǒng)組成。檢修車邊部桁架采用鋁合金結(jié)構(gòu),材質(zhì)為6061-T6管材和板材;檢修車中部桁架采用Q235B鋼結(jié)構(gòu),主要承受自重、操作人員和維護檢查設(shè)備等荷載[2]。銷軸材料采用40Cr、齒輪、車輪等材料采用40Cr鋼。主要結(jié)構(gòu)如圖4所示。

      中部固定桁架。中部桁架為主要承力結(jié)構(gòu),采用Q235B方管焊接制造。主管為100 mm×100 mm×5 mm的方鋼管。支管為50 mm×50 mm×4 mm的方鋼管。桁架底部鋪設(shè)3 mm花紋鋼板。

      折疊桁架。左右兩側(cè)折疊桁架采用2段式,折疊連接部位采用鋼結(jié)構(gòu)制造。主管為100 mm×100 mm×5 mm的方鋼管。支管為50 mm×50 mm×4 mm的方鋼管。邊桁架主體結(jié)構(gòu)為減重,采用6061-T6鋁合金結(jié)構(gòu)焊接制造。主管為100 mm×100 mm×5 mm的鋁合金方管。支管為50 mm×50 mm×4 mm的鋁合金方管。桁架底部鋪設(shè)3 mm厚度的鋁合金花紋板。

      折疊桁架通過轉(zhuǎn)銷同中部固定桁架連接。

      走行機構(gòu)。檢修車的走行驅(qū)動,采用4臺制動電機。走行速度為0~10 m/min。爬坡能力2%。電源由橋頭的配電箱進行供電。電纜收卷后堆放在檢修車內(nèi)部。

      走行驅(qū)動分為固定端走行機構(gòu)和活動端走行機構(gòu)。固定端走行機構(gòu)直接通過銷軸和中部桁架連接。活動端走行機構(gòu),設(shè)置反鉤輪,通過反鉤輪同中部桁架連接,當檢修車軌距不標準時,通過檢修車走行,軌道對走行機構(gòu)產(chǎn)生側(cè)向力,被動自適應調(diào)節(jié)軌距。避免因檢修車軌道安裝時的軌距偏差造成走行卡死。

      檢修車走行機構(gòu)兩端設(shè)置走行限位裝置。

      折疊驅(qū)動機構(gòu)。檢修車兩側(cè)的折疊驅(qū)動動作,采用手動渦輪蝸桿驅(qū)動減速機驅(qū)動。折疊桁架伸展到位后,采用臨時銷固定。

      當兩側(cè)折疊桁架完全折疊到位后,可更換臨時銷位置,將折疊桁架同中部固定桁架的位置鎖定,避免折疊桁架因風力造成晃動,影響走行。

      折疊驅(qū)動機構(gòu)整體如圖5所示。

      當檢修車需要走行通過橋梁中部的蹦極平臺時,施工人員站位于中部固定桁架,拆除臨時固定銷后,通過操作兩側(cè)的折疊驅(qū)動機構(gòu),使兩側(cè)的折疊平臺繞逆時針旋轉(zhuǎn),達到折疊縮短長度的目的。折疊平臺旋轉(zhuǎn)折疊180°后,檢修車總寬度可縮短為原有的1/3,小于5.4 m,可直線走行通過中部蹦極平臺,到達另一側(cè)進行橋梁的檢修維護工作。

      檢修車電氣系統(tǒng)。檢修車供電為現(xiàn)場橋頭電纜供電,380 v,50 Hz。主供電進入車內(nèi)配電箱后通過斷路器為各機構(gòu)分配電源??刂葡到y(tǒng)電源采用DC24V供電。在檢修車上設(shè)電氣控制柜,通過控制柜上的控制臺與控制柜內(nèi)給電氣元件之間的連接,構(gòu)成了檢修車電氣系統(tǒng)。

      照明系統(tǒng)采用單相220 V電源。共設(shè)有兩處燈:柜內(nèi)照明和柜外照明。每處燈的操作開關(guān)都在相應的面板上。

      系統(tǒng)的控制部分采用旋鈕開關(guān)加繼電器來實現(xiàn)。采用DC24電源,旋鈕開關(guān)為走行控制信號,包括走行的方向、速度信號。變頻器故障時可發(fā)出報警信號提示操作人員,到達限位開關(guān)可以切斷走行動作[3]。

      大車走行機構(gòu)由4臺功率為0.4 KW電機驅(qū)動,其速度可通過電位器調(diào)節(jié)。

      整機設(shè)置:電氣過、欠壓保護和過流保護;各機構(gòu)動作聯(lián)鎖安全裝置;報警蜂鳴器。

      5 檢修車主要結(jié)構(gòu)受力計算

      檢修車在實施檢修的過程中,施工人員站位于檢修車桁架內(nèi)部,下方為深達300 m的峽谷,因此,檢修車主體結(jié)構(gòu)的安全尤為重要,為保證結(jié)構(gòu)安全,本次設(shè)計要求檢修車主體結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)不小于3(常規(guī)1.5)。

      通過實體建模,采用有限元軟件,對檢修車主結(jié)構(gòu)各部位進行模擬計算。

      中部固定桁架按最危險工況:6級風、兩側(cè)邊桁架折疊至垂直狀態(tài)時進行計算[4]。

      計算結(jié)果顯示:當承受最大載荷時,中部桁架最大應力為17.4 MPa,結(jié)構(gòu)最大變形為2 mm,邊部折疊桁架最大應力為42.3 MPa,最大變形為19 mm。

      檢修車的結(jié)構(gòu)強度及剛度,均能滿足人員安全施工的需求。

      6 檢修車制造及安裝

      檢修車主桁架一部分為鋼結(jié)構(gòu),一部分為鋁合金結(jié)構(gòu),鋁合金結(jié)構(gòu)的焊接,為檢修車結(jié)構(gòu)制造職工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。檢修車桁架結(jié)構(gòu)制造時,先進行鋼結(jié)構(gòu)桁架的總拼及焊接工作,之后將鋁合金節(jié)段及鋼結(jié)構(gòu)節(jié)段之間的連接法蘭進行匹配連接。鋁合金結(jié)構(gòu)桁架拼裝后先進行點焊固定,之后同鋼結(jié)構(gòu)桁架進行栓接,通過鋼結(jié)構(gòu)部分桁架的剛性約束,減少鋁合金桁架焊接過程中的變形。

      檢修車整體制造完成后,進行走行機構(gòu)的空運轉(zhuǎn)試驗,確認無誤后,采用汽車運輸至現(xiàn)場進行安裝工作。

      汽車可直接達到玻璃橋一側(cè)橋頭下方的施工便道,施工便道距離鋼梁底面約2 m。將檢修車走行機構(gòu)單獨先人工提升安裝在鋼梁下方的軌道上,檢修車桁架運輸至軌道下方并卸車后,在軌道下方設(shè)置4個倒鏈葫蘆,分別吊掛檢修車的4個角,采用導鏈葫蘆人工將檢修車整體提升至軌道高度后,完成走行機構(gòu)同車體的連接。即可完成檢修車同軌道的連接工作。檢修車同軌道連接好后,進行通電調(diào)試。并在小范圍內(nèi)進行走行試驗。確保走行及折疊機構(gòu)能正常工作后,即可進行現(xiàn)場的載荷試驗及相關(guān)工作。

      7 檢修車特點及現(xiàn)場使用

      通過針對性設(shè)計,張家界大峽谷玻璃橋檢修車達到了如下要求:

      在所服務(wù)區(qū)域具備可達、可檢、可維,安全、耐久、環(huán)保,操作便捷的特點。

      檢修車具備直線同步行走、折疊過蹦極平臺的功能。檢修車能夠自動適應2 根軌道之間±100 mm的軌距變化,保證左、右同步運行。

      檢修車為智能檢測儀器、維護保養(yǎng)人員以及一些常規(guī)型檢測維修設(shè)備提供平臺,建立安全、可靠的檢修人員工作環(huán)境。

      檢修車具有可靠的機械結(jié)構(gòu)、充分且冗余的安全保護及抱緊機構(gòu),保障即使控制系統(tǒng)發(fā)生故障,車體也不會有脫軌、掉車的風險。在現(xiàn)場橋梁的檢修過程中能100%實現(xiàn)全范圍的安全檢修。

      8 結(jié)語

      張家界大峽谷玻璃橋檢修車在現(xiàn)場的成功應用,有效的保證了該橋主結(jié)構(gòu)的正常維護保養(yǎng)工作。對景區(qū)的安全運行也系統(tǒng)了保障。同時,為國內(nèi)外類似的相關(guān)橋梁的檢修維護,也提供了經(jīng)驗。

      參考文獻

      [1] 劉俊,游冰.復合多功能橋梁檢查車[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2021(4):1-5.

      [2] 閆志剛.滬通長江大橋鋼梁檢查車設(shè)計[J].橋梁建設(shè).2017,47 (3):88-93.

      [3] 史衛(wèi)朝.矮寨特大懸索橋鋼桁梁檢查車的設(shè)計與實現(xiàn)[J].制造業(yè)自動化,2015,37(5):154-156.

      [4] 張質(zhì)文,王金諾,程文明,等.起重機設(shè)計手冊[M].北京:中國鐵道出版社,2013.

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