城市高架橋限高架結構總體設計綜述

徐戚 黃磊

【摘要】 介紹了城市高架橋限高架結構總體設計綜述，以及關鍵設備部分技術解決方法。

【關鍵詞】 城市高架橋 限高架 結構總體 解決方法

一、引言

隨著城市規模拓展的快速推進，城市交通出行距離及出行結構發生了巨大變化，在大發展大建設的環境政策支持下，作為快速出行載體之一的高架道路系統已初具規模，為提高高架橋通行效率，保障橋體安全及交通安全，另一方面杜絕超載超限車輛駛入高架橋，避免對橋體造成致命的破壞及安全隱患或事故的發生。

二、概述

城市高架橋限高架系統主要用于城市高架橋匝道口及城市下穿橋等道路建設服務。城市高架橋限高架系統特點：與過去的常規固定道路限高架相比較，其設備組成及結構設計，更具智能化、先進性、復雜性，分別可以前端手動控制、前端遙控控制、遠程后臺控制等；其次，具有系統的過載保護裝置，當限高架受到外力碰撞時，系統程序會發出報警信號，程序自動停止，從而保護限高橫桿。

三、結構總體設計

3.1環境條件

1、工作溫度 室外- 20 ℃～ + 50 ℃

室內0 ℃～ + 40 ℃

貯存溫度 室外- 20 ℃～ + 55 ℃

相對濕度 室外95～98 %（ + 30 ℃時）

室內90～96 %（ + 30 ℃時）

2、風載荷 24.5m/ s 保精度

32m/ s 不破壞

3、可靠性及維修性

平均無故障工作時間 MTBF > 12h

平均修復時間 MTTR < 0. 5h

4、海拔高度≤2000m

3.2前端伺服控制設計

1、伺服系統采用高精度馬達和減速機，通過設備PLC、驅動器等電氣設備作為控制單元，所需設備載荷為 120kg，限高架的總行程為3m，查機械設計手冊傳動機構總效率在0.9以上，且安全系數按照1.5設計，選用400W規格馬達。 2、以解決現場突發情況，快速響應限高設計要求，根據機械設計原理，設計帶有自鎖功能的減速箱，通過速比配合，使限高系統發揮最大效果。如果伺服系統無法工作或遠程控制出現網絡故障無法工作時，利用減速箱的手搖機構可以使限高桿上升至最高點5.5m。

3.3升降橫桿結構設計

1、升降橫桿主要功能：（a）作為匝道控制限高桿（b）提醒過往駕駛人員，前方有限高警示；（c）在車輛沖擊下，橫桿能及時斷裂。2、升降上橫桿采用150mmx100mmx2.5mm方型鋁管， 為了減小摩擦，在橫桿的末端安裝橡膠輪，防止其摩擦過大導致馬達卡死或手搖力過大，橡膠輪直徑60，利用螺栓與連接軸緊固。升降下橫桿采用60mmx60mmx2mm工程塑料材質，當被車輛撞擊時，工程塑料桿可以斷裂，從而減少車輛損失，保護駕駛人員的安全。3、由于控制屬于室外道路環境中使用，外觀效果必須具有警示顏色，包括：警示燈、警示牌、反光膜等，根據國家道路照明及反光膜規范要求，橫桿上部顏色為黃黑相間色，下部為紅白色，橫桿安裝2.5m限高牌及頻閃燈，起到警示作用，從而提醒駕駛人員，安全行駛。

四、關鍵技術的解決方法

1、力學模擬與試驗分析設計。（a）減速箱體是設計重中之中，猶如一個大心臟，是結構設計的重點，也是難點。因此設計時采用計算機仿真設計及先進的分析軟件，對減速箱體進行了優化設計，保證了其在靜、動載荷下的剛度、強度和穩定的要求。（b）通過建立三維模型，再利用ANSYS對限高架體進行軟件模擬分析，使其在不同工況下的結構進行分析，得到其在受力工況下，會產生變形情況和應力分布。（c）通過對應力的分析，使其在在滿足限定載荷條件下， 把所得數據，與工程試驗所得數據相互結合，從而驗證該結構的合理性與正確性，最終確認產品的可靠性。2、傳動機構設計。減速箱主要采用自鎖式結構設計，產品成熟，運行可靠，其特點如下：（a） 承載力大。傳動殼體采用模具一次成型結構，模具壁厚大大滿足設計的要求，強度優良。采用雙滾珠軸承，加大其剛性連接，增加受力面積，并能承受一定的碰撞沖擊力，而不損壞整個控制系統。（b）穩定性好，配合精確。采用比較成熟的減速結構設計，增加產品的可靠性，運行更穩定；設計配合公差精確，軸向和徑向扭矩好，滿足設計更能要求。

五、結束語

對限高架結構總體設計，采用已有的理論技術、新的技術和創新設計，同時兼具工程實施驗證，達到對道路建設的基礎服務設施，加強交通管理水平，降低事故的發生率。通過對限高架的整體結構設計，并且產品也很好的應用于實際的城市高架橋道路環境中，產品運行相對穩定，并且得到客戶的認可，希望同在交通領域對限高架感興趣的設計人員有一定的參考。

參 考 文 獻

[1]機械工程師手冊.機械工業出版社， 2010

[2]邱成悌、趙惇殳、蔣全興. 電子設備結構設計原理 .東南大學出版社 2005