市政橋梁小箱梁架橋機的使用研究

李建康

（中國水利水電第十工程局有限公司 工程管理部， 四川 成都 610072）

1 工程簡介

嘉瑞大道K1+960處石板灘大橋，橋梁上部結構采用10×30m跨預應力混凝土小箱梁橋。該橋上跨江公堰，與新建道路正交，全長306米，橋面寬55米。

2 總體思路

研究箱梁從生產到吊裝的全過程，結合現場實際，采用數據驗算及現場試驗，從中找出切合現場實際的最優實施方案。以一定數量的箱梁為研究對象，通過與設計數據對比計算，分析從生產到轉運，再到吊裝，著重于研究吊裝過程中收集的相關數據，通過對比得出最優以利施工。

3 研究方法及實施情況

3.1 箱梁生產

箱梁生產施工順序：臺座頂面刷油→定位→綁扎鋼筋→架設模板→澆筑砼→養護→張拉→壓漿→養護

3.2 架橋機驗算

設計預制箱梁最大吊裝重量1168.5kN。根據實際計算，箱梁重量=鋼絞線重量+水泥漿重量+鋼筋重量+砼重量。

鋼絞線重量：張拉截斷后每根鋼絞線實際平均長度約為 30.2m，每米重量1.24kg，總重G1=30.2*1.24*6*9=2022.192kg；

水泥漿重量：實際灌入量為每片 0.96m3，容重為 2000kg/m3，重量G2=0.96*2000=1920kg；

砼重量：單片箱梁實際最大體積為35.8m3，c50鋼筋砼容重為2610kg/m3，總重G3=35.8*2610=93438kg；

單片箱梁總重G=G1+G2+G3=97380.192kg。

通過計算，從安全系數角度考慮，選擇150t架橋機進行箱梁架設，采用電力驅動，架橋機具體參數如下：

架橋機設計荷載

（一）、垂直荷載

橋梁重（30m箱梁）：Q1=97.38t；

吊梁小車重：Q2=53.96t（含卷揚機重）；

天車橫梁重：Q3=2.5t（含縱向走行機構）；

大車橫梁重：Q5=3.4t；

天車橫梁單根支腿重：Q9=2.9t；

天車橫梁跨度：L1=6.2m；

臥軌支撐點跨度：L2=5.2m；

前支腿總重：Q4=5.6t；

承重主梁每米重量：Q6=0.3t/m；

1號天車總重：Q7=26.98t；

2號天車總重：Q8=26.98t；

主梁、桁架及連結均布荷載：q=0.6t/m*1.1=0.66t/m；

主梁增重系數取1.1；

活載沖擊系數取ε=1.2；

不均勻系數取1.1。

（二）、水平荷載

1、風荷載

取工作狀態最大風力，風壓為7級風的最大風壓：q3=19kg/m2;非工作狀態風壓取 11級風的最大風壓：q4=66kg/m2。(以上數據參照石家莊鐵道學院《GFJT-40/300拆裝式架橋機設計計算書》)

2、運行慣性力：Φ=1.1。

架橋機的主要材料特性：

主要材料：Q235B 20# 彈性模量：E=210GPa

焊接方式：手工電弧焊 焊接材料：J422 J506

焊縫系數：=0.707 鋼材許應力：【σ】=140Mpa

天車橫梁截面抗彎模量：Wx=9250cm3，截面形心慣性矩： lx1=816 cm4

導梁抗彎模量：Wz=60649.1cm3，截面形心慣性矩：lx=42508cm4

架橋機尾部重量 g1=97.38t+53.96+20*0.3*2=163.34t，外伸段重量g2=0.3*30*2*1.1+5.6+3.4=28.8t，經計算，尾部配重加自重遠大于外伸重量，因此前支腿外伸過程中處于安全狀態，理論上不會發生縱向傾覆；橫向通過全站儀測視，兩邊高程齊平，且除自重外無其他荷載，外伸過程中理論上不會發生橫向傾覆。

在架腿外伸過程中，箱梁端頭不超過0#橋臺邊線,始終保持重心在尾部，前支腿達到1#橋臺后卸下尾部荷載，經觀測通過墊鋼板進行找平調整，調平后試運行天車，包括縱向移動和橫向移動，橫向移動空載最大速度為1.57m/min，縱向移動空載最大速度為1.57m/min，再次進行線路檢查、電機安全檢查。

在進行第一片箱梁架設前進行安全驗算，驗算過程如下：

天車橫梁強度及撓度計算

天車橫梁自重均布荷載qt=Q3/6.2=25KN/6.2m=4.03KN/m。

天車橫梁受集中荷載P01=Q2/2+Q1/2=26.98t+97.38t/2=66t=756.7KN

受力簡圖如下：

最大跨中彎矩Mmax=1/8*qt*L12+1/4*P*L1=1/8*4.03*38.44+1/4*756.7*6.2

=19.36KN.m+1172.9 KN.m=1192.26 KN.m

天車橫梁跨中最大彎曲應力：

δ=Mmax/Wx=1042.36 KN.m/9250cm3=128.9MPa＜【σ】=140Mpa，滿足要求。

天車橫梁撓度：

a、均布荷載下的撓度

f(1)=5qL4/384Elx1=5*4.03×6.24/384*2.1×1012×816×10-8 = 4.5mm

b、集中荷載下的撓度

f(2)=PL3/48EI=756.7×6.23/48×2.1×1012×816×10-8=2.19mm

C、疊加撓度為：

f(總)= f(1)+ f(2)

=4.5+2.19=6.69mm＜[ f 容許]=6200/400=15.5mm，滿足要求。

導梁強度及撓度計算

強度計算：

導梁自重均布荷載Q6=0.3t/m =3KN/m，集中荷載為天車重量及箱梁重量，當其中一臺天車位于跨中時，整個導梁跨中存在最大彎矩。

均布荷載最大彎矩Mmax1=1/8*3*302=337.5KN.m

集中荷載最大彎矩Mmax2=1/4*97.38/2*30=365.175 KN.m

Mmax= Mmax1+ Mmax2=337.5+365.175=702.7 KN.m

δ=Mmax/Wz=702.7 KN.m/60649.1cm3=11.58MPa＜【σ】=140Mpa，強度滿足要求。

撓度計算：

a、均布荷載下的撓度

f(3)=5qL4/384EIx=5*0.3×304/384*2.1×1011×42508×10-8 = 3.5mm

b、集中荷載下的撓度

f(4)=PL3/48EI=97.38/2×303/48×2.1×1011×42508×10-8=14.7mm

c、疊加撓度為：

f(總)= f(1)+ f(2)

=3.5+14.7=18.2mm＜[ f 容許]=30000/400=75mm，滿足要求。

架橋機橫向傾覆穩定性計算

取荷載最不利工況進行計算，首先進行橫向抗顛覆驗算，當導梁于跨中承受全部箱梁重量并且荷載重心處于天車橫梁最左或者最右端時架橋機受力情況如下：

q1為架橋機天車橫梁自重（不含起重車），q2為架橋機大車橫梁自重,P4為天車吊裝箱梁移動到最右端時連同天車一起的重量。q1= 2Q3=2*2.5t=5t, q2=2Q5=2*3.4t=6.8t。

P8為導梁承受的風荷載，作用在軌面以上2.7m處，導梁迎風面積按實體計算，導梁形狀系數CK=1.6。

A=(1+η1)(1+η2)* ΦA=(1+0.53)*（1+0.5）*70*2.4=168m2，其中η1=0.53，η2=0.5；風荷載為：

P8=CK*ε*q3*A=1.6*1.2*19*168=6128.6kg=6.13t；

P4為架橋機小車及箱梁重量，P4=53.96+97.38=151.34t；

P9為架橋機起重小車及梁體承受的風載，作用點在支點以上 5.3m處，P9=1.6*1.2*19*(1.8*1+1.8*1)=131.33kg=0.13t；

左右導梁重P=14.6*2=29.2t；

支座反力 f1=(q1+q2+2Q9+P4)*（1.2/6.2）=(5+6.8+5.8+151.34)*0.19=32.1t上圖所示的橫梁右支點為傾覆支點，對其取矩：

M傾=f1*L2+P8*2.7+P9*5.3+2Q9*0.5+P*0.5=32.1*5.2+6.13*2.7+0.13*5.3+5.8*0.5+14.6=2 201.66t·m；

M抗=(q1+q2) *L2/2+P4*(1.5-0.5)+ 2Q9*(L1-0.5)+P* (L2-0.5)=11.8*2.6+151.34*1+5.8*5.7+29.2*5.7=381.52t·m；

架橋機工作條件下橫向傾覆安全系數為：

η=M抗/M傾=381.52/201.66=1.89,滿足要求。

3.3 箱梁試架

經計算驗證后開始進行首片梁架橋施工，架橋時兩天車均移到尾部，前部天車負重，移除箱梁前端炮車，前部天車緩緩牽引箱梁尾端炮車與梁身以 0.6m/min的速度共同前行，當尾部炮車達到0#橋臺附近時后部天車負重，移除箱梁尾端炮車，此時架橋機除自重外負重97.38t，兩天車此時以勻速0.6m/min繼續前行4.96m達到支座頂部，開始進行橫向移動對準支座位置，此時由一人操控天車，兩端分別分派一名觀察員并通過對講機指揮天車操作手以確保箱梁底部預埋支座鋼板與橋臺、蓋梁的支座對準接觸。

橫移時速度亦控制在較慢的速度，速度過快會導致梁身橫向搖擺，橫向調整到位后即進行下放，到最終箱梁就位，架橋機耗時h=（架橋機長度）50/0.6+（天車橫梁長度一半）2.6/0.6+（支座頂面距離提梁時梁身底面的距離）2.08/0.6=91.13min，加上架橋機提梁過程中的操作調整 5min，首片梁架設耗時h1=96.13min，炮車運梁時間h2=1020/0.69=24.6min，從運梁到首片梁架設，全過程耗時為120.73min，按照8小時工作時間每天可架設4片箱梁。

3.4 試驗對比

從首片梁架設耗時120.73min分析，此架梁進度不能滿足生產要求，必須對運梁速度進行、架橋機工作速度進行調整，以達到在保證安全的前提下的最優實際操作速度。

對運梁通道路面進行精平，提高路面平整度，提高運梁安全系數，進而為運梁提速創造條件，經過再次測試對比，最優車速控制為 0.9m/s，單次運梁時間h3=1020/0.9=18.8min。

架橋機在架設第二片梁時天車速度稍微提升，以0.1m/min為公差在以后每次架梁時進行觀察分析并保持天車橫移速度不變，如第二片梁架設時，將天車縱移速度調整為 0.7m/min，將下放箱梁的速度調整為 0.7m/min，通過全程觀察并無明顯對安全不利的現象發生，第二片梁架設總時間為 101.91min，比第一次提速18.82min，第三片梁架設總時間為97.15min，第四片梁架設總時間89.5min，根據第四片梁的施工參數計算，按每天8小時工作時間計算一天可以架設5片箱梁，但根據梁場實際規模及客觀生產條件，最多只能滿足一周生產10片箱梁，因此按照首片梁的工作參數即可滿足架梁要求，為了深入發掘架橋機的工作效率，繼續開展研究試驗工作，試驗觀察均在安全監控條件下進行，試驗記錄參數如下表：

序 號炮車運梁速度天車縱移速度天車橫移速度 下梁速度 運梁時間架橋機架單片梁時間單日（8h）架梁強度備注1 0.69m/s 0.6m/min 0.6m/min 0.6m/min 24.6min 96.13min 4 2 0.9m/s 0.7m/min 0.6m/min 0.7m/min 18.8min 83.73min 4 3 0.9m/s 0.8m/min 0.7m/min 0.8m/min 18.8min 73.81min 5 4 0.9m/s 0.9m/min 0.7m/min 0.9m/min 18.8min 66.58min 5 5 0.9m/s 1.0m/min 0.8m/min 0.9m/min 18.8min 60.56min 6 6 0.9m/s 1.1m/min 0.8m/min 0.9m/min 18.8min 56.01min 6 7 0.9m/s 1.2m/min 0.9m/min 0.9m/min 18.8min 51.84min 6 8 0.9m/s 1.3m/min 0.9m/min 1.0m/min 18.8min 48.4min 7 9 0.9m/s 1.4m/min 1.0m/min 1.1m/min 18.8min 45.2min 7 箱梁晃動明顯

按照表格名稱項進行多次試驗結果雷同，為了確保安全，考慮架橋機并非新出廠產品，以及架橋機的實際工作效率，得出8小時工作制度下炮車速度0.9m/s，天車縱向移動速度1.4m/min，天車橫向移動速度1.0m/min，天車下梁速度1.1m/min，為架設施工安全臨界參數。

4 主要研究成果

4.1 研究成果

該架橋機最優工作參數為，炮車車速 0.9m/s，天車縱向移動速度 1.4m/min，天車橫向移動速度 1.0m/min，天車下梁速度 1.1m/min。任何一臺機械設備，根據維護情況的不同，新舊程度不同等原因，實際的工作效率必然不同，該項研究有利于在保證安全的前提下發掘機械的最優功率，從而達到安全控制、進度控制、效益控制的目的。

4.2 經濟效益和社會效益

架橋機的使用在本行業中已處于技術成熟的時期，但在運用特種設備架橋機進行施工時，安全控制是首要條件，保障安全就是保障生產，就是創收，本項目的研究使嘉瑞大道石板灘大橋箱梁架設在安全可控的情形下完成了橋梁的全副架通，也較大程度的縮短了施工工期，避免了機械、人員窩工，經濟效益明顯。5 結語

該項目研究結果在后期箱梁架設工作中，起到了極為明顯的指導作用。從后續箱梁順利架設的效果來看，本次研究得出的相關參數確實印證了箱梁架設平順、安全的事實。嘉瑞大道因阻工造成多數工期延誤，本項研究在控制總施工進度工作中起到了積極的作用，為最終順利完成工期目標奠定了良好的基礎。