雙線鋼梁橋移動(dòng)吊籃推行存在問題分析及改進(jìn)方法

邢東海 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司杭州工務(wù)段

1 目前現(xiàn)狀

目前管內(nèi)雙線鋼梁橋移動(dòng)吊籃普遍存在推動(dòng)困難情況，移動(dòng)緩慢需要4～6個(gè)人共同作業(yè)；移動(dòng)吊籃在推動(dòng)過程中輪緣卡住跑道前后不能移動(dòng)情況時(shí)常發(fā)生，恢復(fù)正常耗費(fèi)大量精力人力，同時(shí)人員在移動(dòng)吊籃上進(jìn)行矯正滑輪位置存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，鋼梁橋移動(dòng)吊籃需要改進(jìn)提升以滿足橋梁檢、養(yǎng)修的需求及消除安全風(fēng)險(xiǎn)（圖1）。

圖1 原有雙線移動(dòng)吊籃橫斷面圖

2 問題分析

2.1 移動(dòng)吊籃長度過長，推行過程容易發(fā)生整體偏斜

原有移動(dòng)吊籃為垂直線路方向通常移動(dòng)吊籃長度7.865 m，由于比較長，受力在兩端推動(dòng)過程中用力不均勻，導(dǎo)致吊籃垂直于線路中心方向，在水平面范圍內(nèi)繞圓心發(fā)生一定范圍的轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致兩端速度不一致產(chǎn)生相對(duì)位移整體歪斜；吊籃跑道固定不動(dòng)，吊籃發(fā)生水平面上的歪斜導(dǎo)致滑輪發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，超過一定范圍形成滑輪與跑道、吊籃與跑道頂死類似自動(dòng)“剎車”現(xiàn)象（圖2）。

圖2 雙線移動(dòng)吊籃偏斜俯視類比圖

2.2 承受荷載較重，推行困難

由于移動(dòng)吊籃推行需要4-6個(gè)人工，軌道只有兩條，滑輪與軌道之間的靜摩擦系數(shù)為0.12左右，按照平均載重5人計(jì)算平均每人70 kg，吊籃自重2 500 kg，移動(dòng)中整體自重2 850 kg，吊籃移動(dòng)牽引力為：2 850×10×0.12=3 420 N。平均至每個(gè)人為684 N,換算為質(zhì)量為68.4 kg，超過人平均體重的97%，推行起來比較費(fèi)力。

2.3 鋼材銹蝕，結(jié)構(gòu)存在一定變形

工字鋼在溫度和荷載作用下，隨著時(shí)間推移，在水平面內(nèi)產(chǎn)生一定的撓曲，隨著彎曲的角度增大，吊籃移動(dòng)過程中發(fā)生一定的晃動(dòng)，撓曲角度較大時(shí)也會(huì)產(chǎn)生滑輪與軌道碰撞產(chǎn)生類似“剎車”現(xiàn)象；鋼結(jié)構(gòu)長時(shí)間暴露在自然環(huán)境中，經(jīng)過風(fēng)吹日曬雨淋，銹蝕鋼結(jié)構(gòu)斷面發(fā)生削弱，在荷載作用下，發(fā)生變形導(dǎo)致推行過程中產(chǎn)生阻力，日常養(yǎng)護(hù)需要投入人工、材料等。

3 問題解決措施

3.1 增加縱向輪距，減少推行過程中偏斜

理論狀態(tài)下滑輪中心線與軌道中心線應(yīng)重合，滑輪中心與軌道中心線之間允許5 cm范圍滑動(dòng)，滑動(dòng)超過范圍整個(gè)移動(dòng)吊籃發(fā)生水平面轉(zhuǎn)動(dòng)偏斜導(dǎo)致吊籃各部位間發(fā)生碰撞產(chǎn)生“剎車”現(xiàn)象，只要通過在輪子垂直于軌道方向滑動(dòng)位移小于5 cm，移動(dòng)吊籃就能正常移動(dòng)。下圖紅色虛線范圍為單股滑輪正常運(yùn)行范圍，黑色虛線為單股移動(dòng)軌道中心線，輪緣在兩條紅色虛線范圍內(nèi)滾動(dòng)可以正常轉(zhuǎn)動(dòng)，超出紅色虛線發(fā)生輪緣碰撞，由于人工操作難免用力不均，在滑動(dòng)過程中應(yīng)盡可能減少吊籃旋轉(zhuǎn)角度，以保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。通過將輪距由0.8 m改為1.5 m（如圖3：黑色實(shí)線）滑輪與軌道橫向相對(duì)滑動(dòng)位移相同的情況下，長輪距旋轉(zhuǎn)角度較小，同樣的間隙空間內(nèi)長度越長旋轉(zhuǎn)角度就越小，移動(dòng)過程中穩(wěn)定性就越高。以輪距中心為原點(diǎn)，輪距繞中心旋轉(zhuǎn)劃圓弧，玄長一定的情況下半徑越長，角度就越小。將輪距類比為直徑，輪距中點(diǎn)為中心劃弧，轉(zhuǎn)化為三角函數(shù)中，利用反三角函數(shù)分別計(jì)算兩種輪距狀態(tài)下吊籃繞縱向中心線在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)角度為：Arcsine(5÷40）=7.18°，Arcsine(5÷75）=3.82°。有上述計(jì)算結(jié)果可得，在相同的移動(dòng)速度下，通過增加輪距長度，吊籃旋轉(zhuǎn)角度減少為53%，在正常移動(dòng)過程中輪距增大后旋轉(zhuǎn)角度變小，吊籃穩(wěn)定性提高，發(fā)生各部件碰撞摩擦機(jī)會(huì)減少。

圖3 輪距增大圖

3.2 采用上下行分離式移動(dòng)浸鋅結(jié)構(gòu)并減輕自重

通過內(nèi)側(cè)（圖4虛線部位）縱梁工字鋼下部增設(shè)牛腿，在原有軌道不變的基礎(chǔ)上，增設(shè)2股軌道將鋼梁下部移動(dòng)吊籃由一個(gè)分為兩個(gè)，吊籃長度改為5.580 m，質(zhì)量每個(gè)吊籃800 kg。用上述方法計(jì)算每個(gè)吊籃2個(gè)人推行平均每人56.4 kg，3個(gè)人推行平均每人40.4 kg，人員不變情況下，推力相應(yīng)減少體重的17%-40%，推行起來相對(duì)方便。移動(dòng)吊籃、軌道全部采用進(jìn)行浸鋅鋼結(jié)構(gòu)，避免結(jié)構(gòu)因銹蝕而強(qiáng)度削弱，減少防銹涂裝經(jīng)濟(jì)投入。

圖4 分離式移動(dòng)吊籃圖

3.3 軌道加密固定，增強(qiáng)橫向剛度

順線路方向在縱向工字梁下部加密增設(shè)浸鋅鋼支架牛腿，將浸鋅軌道與鋼支架牛腿剛性連接固定；原有鋼支架牛腿縱向中心距為4.000 m，改為2.000 m間距加密牛腿，減少軌道自有長度，控制軌道發(fā)生水平撓曲，以4.000 m長軌道為例類似簡支梁，在承受均布荷載作用下中間最大撓度計(jì)算公式為在集中荷載下中間最大撓度計(jì)算公式為，（其中Y:中部最大撓度；q：均布荷載標(biāo)準(zhǔn)值；l:簡支梁長度；E：為鋼的彈性模量；I：鋼的截面慣矩）。有上述兩個(gè)公式可得簡支梁軌道水平范圍內(nèi)撓度變形，在受力相同的情況下只與簡支梁長度有關(guān)。通過加密牛腿減少軌道自由長度，使軌道最大撓度變形，在均布荷載作用下，減少為原來的1/16。在集中荷載作用下最大撓度減少為原來的1/8，保證軌道在水平方向的平順性（圖5）。

圖5 增設(shè)牛腿圖

4 結(jié)束語

通過對(duì)雙線移動(dòng)吊籃進(jìn)行增加輪距，改為分離式浸鋅結(jié)構(gòu)，增加牛腿加強(qiáng)橫向剛度等改進(jìn)解決鋼梁橋下部移動(dòng)吊籃推行困難的難題。經(jīng)過現(xiàn)場試點(diǎn)試驗(yàn)效果良好；此篇文章作為總結(jié)類文章為以后同類型問題整治提供借鑒和參考作用。