架桥机

广州西南环万能杆件拼装式 架桥机的与使用 中铁五局三公司        简正彬      肖炳忠 [摘要]：利用工程常用的万能杆件拼装导梁，配套走行机构、起吊机构及控制系统，满足不同跨度公路梁的架设。 [关键词]：万能杆件    架桥机    设计    使用 1、设计任务来源 广州西南环我处承建的黄浦涌大桥全长463m（16m×23+30m×3）、花地河1#大桥全长1084m（40m×1＋30m×13＋25m×24＋16m×3）。其中16m空心板梁 598片，25mT形梁360片，30mT形梁138片，40mT形梁12片。根据其施工组织设计，16m空心板梁，25mT形梁，30mT形梁全部在制梁场预制后，利用架桥机或龙门吊进行架设，根据地形条件，能用龙门吊架设的只有花地河1#大桥25米T形梁23孔左右，其它必须使用架桥机进行架设。 2、可行性分析 我们对目前工程上使用的架桥机进行调查发现，没有定型的产品可供选择,郑州大方及武研所研制的30米及以下的公路架桥机导梁都是采用三角形桁架式导梁，虽然性能相对较好，但价格都在二百万元左右，一次性投入较大，无后续工程时，造成浪费。一方面我处万能杆件库存较多，适用性强，拆卸转移方便，另一方面我们已多次采用万能杆件双导梁进行架梁、还采用万能杆件拼装龙门吊等。根据所积累的经验，我们认为：利用工程常用的万能杆件拼装导梁， 配套走行机构、起吊机构及控制系统，设计万能杆件拼装式架桥机担任西南环工程的架梁任务是可行的。 3、万能杆件拼装式架桥机的整体结构设计（见结构简图） 3.1、结构设计简介 3.1.1、导梁采用万能杆件拼装，横向联结系为异形杆件。 3.1.2、两导梁间横向设置龙门横联及斜拉杆，保证其运行的整体稳定性。 3.1.3、分别设置前、中、后三个支腿支承双导梁，在支腿下设置电动走行机构, 完成整机的纵向和横向行走。并在各支腿处设置液压顶升机构，用以实现走行机构的换向和整机的调平。 3.1.4、设置两台天车，用以进行吊梁和纵向运梁作业。 3.1.5、在两导梁的两侧设置边梁液压挂架，用以完成边梁的架设作业。 3.1.6、设置电器控制系统，对整机的纵向、横向走行，起吊架设等作业进行集中控制。 3.2、基本参数的确定 3.2.1、跨度的确定：跨度的确定主要考虑两个因数，一是需架设梁的长度，二是支腿的位置需设置在导梁的节点处。 架设16m梁时跨度X1 = 18m    X2 = 16m 架设30m梁时跨度X1 = 32m    X2 = 30m 3.2.2、起重量的确定 Q起 = k Q0、    k为动载系数，取1.2 Q0按最大起重量确定，取63t 则：          Q起 =75.6t 3.2.3、起升速度的确定 为保证梁片在架设和就位时能平稳，减少惯性动载冲击，起升速度应选得越小越好。根据同类设备的调查资料，取Vq≤1m/min 。 3.2.4、运行速度的确定 运行速度的确定需满足其运行的稳定性，根据同类设备的调查资料，大车运行速度取Vc=2.75m/min，小车运行速度取Vc=3.75m/min。 4、架桥机各系统、部件的设计及计算 4.1、受力计算 4.1.1、荷载 (1)、恒载： 恒载包括导梁、横向系及支腿自重。导梁和走行轨自重按分段均布载荷计算，横向系、支腿自重及配重按集中载荷计算。 (2)、活载：活载包括设计起重量、吊梁平车及吊具自重，活载按移动载荷计算，并计入1.2的冲击系数。 则：Q活 = 1.2（ Q0 + Q小车 + Q吊具 ）。 4.1.2、支反力的计算 图中：架设16m梁时：l1=20m，l2=22m 架设30m梁时：l1=34m，l2=38m 4.1.2.1、架桥机前悬纵移时的支反力： (1)、配重的确定： 配重根据倾覆稳定系数来确定， 并用小车及压重来进行配重。 倾覆稳定系数= 稳定力矩 / 倾覆力矩 ≥1.4 其中： 倾覆力矩：中支腿前端结构载荷绕中支腿支点力矩。 稳定力矩：中支腿后端结构载荷绕中支腿支点力矩。 则：      P配≥1.4[PcX1+q / 2（l12—l22）] / X3 式中：    q ≈650kg / m (2)、列平衡方程式求前悬纵移时中支腿和后支腿的支反力Ra、Rb 。              4.1.2.2、架桥机在进行架梁作业时的支反力计算。 架桥机作业主要包括纵移梁，带梁横移，落梁，架设边梁等作业过程。在这些作业过程中，架桥机受力比较复杂。 计算时将载荷分配到单边导梁的单片桁架上，以单边导梁的单片桁架为计算元，用力法求超静定结构的支反力。 (1)、计算在纵移梁时的最大支反力Ra、Rb、Rc。 (2)、计算在带梁横移时各支反力Ra、Rb、Rc。 (3)、算在利用边梁挂架架设边梁时的支反力Ra、Rb、Rc。 将架桥机在以上作业过程中各支腿支反力的计算结果进行比较， 找出各支腿的最大支反力和梁各截面的最大受力及受力状态。并与架桥机前悬纵移时支腿受力进行比较，找出最大支反力Ramax、Rbmax、Rcmax ，用以进行相应机构的设计。 该架桥机架设30m梁时其最大支反力为： Ramax = 38.4t Rbmax = 86.6t Rcmax = 63.5t 4.2、导梁设计 4.2.1、导梁的结构设计（见结构简图） 4.2.2、导梁截面：为减少导梁的横向宽度，截面设计为 2 m×1 m ，横向系为异形杆件。 4.2.3、小车走行轨的布置 小车走行轨的布置形式有两种（如图）：第一种布置形式是利用导梁上侧N1杆件的孔直接将P43轨固定于主桁片上，每条导梁布置P43轨两条。第二种布置形式是先将分配梁固定于导梁主桁片上，再把走行轨固定于分配梁中间。 这两种固定形式各有其优点。第一种固定形式简单、稳固、易于操作，相对减轻导梁重量。但小车设计时从结构上必须同时考虑纵向、横向两个方向力的分配方式，并保证其受力中心在导梁的中心线上。 第二种固定方式需加工分配梁和分配梁固定装置，安装时要对中调整，环节多，操作性差，重量也相对增加，但受力清楚，小车设计时结构相对简单。 在西南环的架桥机设计中，我们采用的是第二种固定方式。 根据实际使用的情况看，布置形式本身不存在问题，但由于安装工作量大，控制环节多，时有因检查不及时而固定装置松动，造成轨道偏移的情况。所以，建议优选第一种布置形式。 4.2.4、导梁杆件的受力计算及杆件配置 4.2.4.1、架桥机在前悬纵移时计算各杆件的内力。 4.2.4.2、架桥机在吊梁横移时，分别求出在结构自重和移动活载作用下的内力叠加，找出最大内力。 4.2.4.3、采用边梁挂架吊梁时用同样的方法求出各杆件的最大内力。 4.2.4.5、根据以上的计算结果进行比较求出各杆件的最大内力。按照内力选择合适的万能杆件，画出设计图，并求出导梁重量。如果所需杆件重量与假定重量相差超10%以上时则需重新计算。 4.2.3、导梁挠度的计算 在进行前支腿设计时，要按导梁前悬时前支腿处的最大挠度来确定前支腿的提升行程，同时在进行架梁作业时要按计算标准对导梁的挠度进行监控，所以需进行导梁挠度的计算。其计算方法可先计算出单个载荷作用下的挠度，再按叠加原理计算其挠度。 前悬时前支腿处的最大挠度fo= 650mm 架梁作业时跨中最大挠度fo= 134mm 4.3、两导梁间的横向系及龙门横联设计 4.3.1、前横联：前横联采用异形杆件连接成稳定结构。 4.3.2、后横联：后横联用异形杆件只连接两导梁上端，下端采用拉杆的形式连接，以便进行纵移梁作业。 4.3.3、龙门横联：根据架桥机的稳定性计算情况设置必要的龙门横联。 4.3.4、在两导梁间设置可调式斜拉杆，以保证架桥机在横移作业时的稳定性。 4.4、支腿的设计 4.4.1、架桥机设置前、中、后三组走行支腿，用以支撑导梁，实现架桥机的纵向和横向走行。并设置前、中、后三组液压支腿用以满足架桥机的顶升和支腿走行机构的换向。 4.4.2、前支腿利用钢管或方钢设计成内、外支撑臂，内、外支撑臂之间可以相互滑动，利用液压装置实现前支腿提升，提升行程必须大于导梁此处的最大挠度。前支腿间设置联系架与导梁连接。 4.4.3、由于中支腿受力较大，为减小导梁单个节点的受力，中支腿设计托架与导梁相连接，并同时支承三个节点，分散其受力。 4.4.4、两导梁中支腿间设计平衡梁进行钢性联接，用于支承和平衡两侧导梁及其受力。 4.4.5、支腿下设置走行轮箱，其中单边支腿的轮箱设置为：前支腿设置一套、中支腿设置两套，后支腿设置一套。轮箱与分配梁之间采用铰接的方式支承，用以调节轮箱的偏载现象。 4.4.6、轮箱支座设计成园盘形，园盘形支座可以在旋转任意角度后固定，用以满足正交梁或斜交梁的架设。 4.4.7、各支腿的计算载荷采用（4.1.2.2.C）中各支腿的最大支反力Ramax、Rbmax、Rcmax ，根据《钢结构设计规范》进行支腿钢结构的设计。 4.4.8、每个轮箱设计一套驱动机构进行驱动，在轮箱的设计中，需考虑以下几个方面： 4.4.8.1、必须按强度理论设计和验算轮箱及车轮轴等的受力情况。 4.4.8.2、车轮在使用中，多为疲劳损坏，因此，车轮的设计按Ⅰ类载荷进行疲劳计算，再按Ⅱ类载荷进行强度校核。 4.4.8.3.动力和传动机构的设计 (1)、运行阻力矩的计算： M = Mm  + Mp + Mf