一種架設(shè)全預(yù)制橋梁架橋機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

賈力鋒

(鄭州新大方重工科技有限公司 河南鄭州 450064)

1 前言

隨著中國(guó)城市化進(jìn)程及中國(guó)橋梁建設(shè)技術(shù)的快速發(fā)展，中國(guó)高架橋建設(shè)越來(lái)越多，如何能在保證橋梁安全及使用壽命的前提下快速施工，這對(duì)橋梁架設(shè)施工的裝備提出更高要求[1]。同時(shí)隨著預(yù)制裝配式建筑技術(shù)的推廣及應(yīng)用，橋梁建設(shè)的全預(yù)制裝配技術(shù)也開始進(jìn)行了研究及施工探索。通過在工廠生產(chǎn)出建筑部件，再在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，這樣不僅能對(duì)構(gòu)件進(jìn)行工廠化管理，提高生產(chǎn)效率，而且全預(yù)制可以減少原始現(xiàn)澆作業(yè)，大量減少了施工中造成的環(huán)境污染，減少工人現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高了施工效率，節(jié)約了成本，并且施工周期短。這種全預(yù)制裝配式橋梁建設(shè)作為一種綠色建筑建造技術(shù)也得到國(guó)家相關(guān)部門的推廣應(yīng)用。我國(guó)寧波舟山港主通道魚山石化疏港公路橋梁建設(shè)是浙江首例較大規(guī)模的裝配建設(shè)施工項(xiàng)目，作為一家專業(yè)的橋梁裝備設(shè)計(jì)制造企業(yè)，我們與浙江省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院一起完成了該項(xiàng)預(yù)制裝配橋梁的設(shè)計(jì)及研究，同時(shí)為全預(yù)制橋梁施工建設(shè)提供裝備支持[2]。

2 架橋機(jī)組成及工作原理

該架橋機(jī)主要由主框架、前輔助支腿、前支腿、后支腿、前天車、后天車、托輥、后頂高、附屬結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等組成。架橋機(jī)組成見圖1。

圖1 架橋機(jī)組成(單位：mm)

2.1 技術(shù)參數(shù)

前天車額定起升能力:130 t

后天車額定起升能力:80 t

架設(shè)梁跨:30 m

立柱及蓋梁最大重量:120 t

吊裝方式:兩車抬吊或單獨(dú)起吊

喂梁方式:橋后喂梁或墩柱、蓋梁橋下喂梁

過孔移位速度:0～3 m/min

整機(jī)橫移速度:0～3 m/min

適應(yīng)縱坡:30‰

設(shè)備外形尺寸(長(zhǎng)×寬×高):80 m×11 m×32.6 m

2.2 工作原理

(1)架設(shè)墩柱、蓋梁:架橋機(jī)主梁采用兩跨半長(zhǎng)度，五支腿結(jié)構(gòu)，架設(shè)墩柱及蓋梁時(shí)前輔助支腿支撐在橋墩前方支架上，前支腿站立在已架蓋梁上，后支腿、托輥、后頂高均站立在已架設(shè)橋面上。運(yùn)梁車分別將前方待架墩柱及蓋梁從已架橋面運(yùn)入架橋機(jī)腹內(nèi)，通過前、后天車配合將墩柱架設(shè)好，待墩柱與承臺(tái)間連接強(qiáng)度滿足后，架橋機(jī)再通過前天車將蓋梁與已架墩柱連接好[3]。

(2)架梁:架橋機(jī)完成前跨墩柱的安裝，在等待墩柱與承臺(tái)間接縫等強(qiáng)過程中，架橋機(jī)可以安裝后跨整孔梁。將梁通過運(yùn)梁車運(yùn)入架橋機(jī)腹內(nèi)，架橋機(jī)通過前、后天車將梁安裝在后跨，通過整機(jī)及天車的橫移功能，完成多片T梁或小箱梁的架設(shè)。

(3)過孔:架橋機(jī)在完成前跨墩柱、蓋梁架設(shè)及完成后跨整孔梁的架設(shè)安裝后準(zhǔn)備過孔。架橋機(jī)后支腿自行至前支腿后方橋面站好，托輥?zhàn)孕兄烈鸭芎脴蛎婢喽罩行募s12 m處站立，前支腿自行至前跨蓋梁上站立，前輔助支腿收起，后頂高收起，前、后天車走行至托輥上方位置，開始過孔。架橋機(jī)過孔到位后，前輔助支腿站立在下一跨承臺(tái)前方支架上，準(zhǔn)備開始下一跨墩柱、蓋梁及整孔梁架設(shè)施工[4]。

2.3 主要部件介紹

(1)主框架:由2根桁架主梁、前后聯(lián)系梁組成，兩主梁中心距8 m，每根主梁分8段，主梁全長(zhǎng)為80 m，上弦設(shè)置天車軌道，下弦蓋板作為托輥軌道，單根梁寬1.5 m，高3.5 m，通過銷軸連接。

(2)前輔助支腿:前輔助支腿位于主梁前部，為固定支腿，上部通過橫梁與主梁前端上弦連接。為滿足施工需要，前輔助支腿需在4～26 m高度范圍調(diào)整，過孔時(shí)處于脫空狀態(tài)，可滿足設(shè)備架設(shè)墩柱、蓋梁，完成過孔、拼裝等工況施工要求[5]。

前輔助支腿立柱、連接系均為快速連接設(shè)計(jì)，滿足立柱向上及向下的空間要求，前輔助支腿架設(shè)時(shí)站立在前方支架上。前輔助支腿站立架設(shè)狀態(tài)見圖2。

圖2 前輔助支腿站立狀態(tài)(單位：mm)

(3)前支腿:作為架橋機(jī)主支撐件，主要由托輥輪箱、橫梁、立柱、橫移機(jī)構(gòu)、支承油缸、橫移軌道、附屬結(jié)構(gòu)等組成。

前支腿站立在蓋梁上，下部有橫移機(jī)構(gòu)，可與后支腿配合完成整機(jī)橫移功能，設(shè)置斜撐及壓力傳感裝置，監(jiān)控支腿縱向穩(wěn)定。前支腿蓋梁站立架設(shè)狀態(tài)[6]見圖3。

(4)后支腿:作為架橋機(jī)主支撐件，主要由托盤、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、橫梁、縱移機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、支承油缸、墊塊、附屬結(jié)構(gòu)等組成。

后支腿始終站立在橋面，為設(shè)備縱向穩(wěn)定支腿，通過橫移機(jī)構(gòu)站立在橋面的橫移軌道上，為架橋機(jī)縱移及橫移提供動(dòng)力。

(5)前天車:前天車為一臺(tái)起重量較大的部件，與后天車共同提升整孔梁。另一個(gè)重要功能是獨(dú)自完成墩柱、蓋梁的吊運(yùn)及調(diào)整。前天車主要由縱向走行機(jī)構(gòu)、天車橫梁框架、卷?yè)P(yáng)機(jī)平臺(tái)及定滑輪系統(tǒng)、吊具組件、動(dòng)滑輪系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、橫向走行機(jī)構(gòu)、鋼絲繩等組成。吊具為專用吊具，配備縱、橫坡調(diào)整油缸及360°回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，可具備將墩柱及蓋梁進(jìn)行多個(gè)自由度調(diào)整的功能，滿足墩柱及蓋梁精確對(duì)位的要求。前天車專用吊具[7]見圖4。

圖3 前支腿蓋梁上站立狀態(tài)(單位：mm)

圖4 前天車專用吊具(單位：mm)

(6)后天車:后天車主要由縱向走行機(jī)構(gòu)、卷?yè)P(yáng)機(jī)平臺(tái)及定滑輪系統(tǒng)、吊具組件、動(dòng)滑輪系統(tǒng)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、橫移機(jī)構(gòu)、鋼絲繩等組成。后天車主要配合前天車完成墩柱及整孔梁的吊裝。

(7)托輥:由托輥輪箱、立柱及下部支撐架組成，協(xié)助架橋機(jī)過孔時(shí)的臨時(shí)支撐裝置。

(8)后頂高:后頂高位于主框架最后端，為固定腿，由立柱、橫梁、頂升油缸等組成。平時(shí)支撐橋面，架橋機(jī)整機(jī)橫移時(shí)處于脫空狀態(tài)，架橋機(jī)過孔時(shí)則協(xié)助主支腿一起完成設(shè)備過孔[8]。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 前輔助支腿高度調(diào)整機(jī)構(gòu)

設(shè)備需要滿足墩柱架設(shè)，前輔助支腿的高度要比墩柱還高，同時(shí)架設(shè)末孔時(shí)前輔助腿還需要站立在路基上，本次前輔助支腿采用立柱、套筒橫梁與步進(jìn)油缸配合，完成大范圍高度變化能力。橫向連接框架采用可拆卸模塊，通過步進(jìn)油缸與橫梁的配合，能滿足支腿立柱大范圍高度變化。能滿足設(shè)備的功能要求，立柱可分段及橫向連接框架套可前后分瓣拆解，即可快速完美解決設(shè)備過孔及末孔架設(shè)要求[9]。

3.2 前、后天車聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)

架橋機(jī)在架設(shè)墩柱時(shí)先通過前、后天車從運(yùn)梁車上將墩柱起吊。此時(shí)墩柱處于水平狀態(tài)，如何使墩柱從水平狀態(tài)安全可靠地變?yōu)樨Q直站立狀態(tài)，除了采用專用吊具外，前、后天車在前跨需要配合作業(yè)，根據(jù)縱移及下放速度的算法，通過PLC控制，可以使后天車在縱移過程中吊點(diǎn)自動(dòng)下放，平穩(wěn)可靠地將墩柱變?yōu)樨Q直狀態(tài)。后天車與墩柱解除連接，由前天車獨(dú)立起吊墩柱，然后通過前天車橫移，將墩柱安裝在相應(yīng)位置[10]。

3.3 前支腿防傾斜傳感器控制裝置

前支腿在墩頂站立時(shí)，為保證支腿縱移過孔時(shí)前支腿的縱向穩(wěn)定，設(shè)置了連接斜撐。同時(shí)為保證受力的可控，斜撐銷軸設(shè)置壓力傳感器，通過讀取銷軸處壓力大小，及時(shí)了解前支腿傾斜狀態(tài)，若壓力超出設(shè)計(jì)值將自動(dòng)停止設(shè)備過孔前移，達(dá)到自動(dòng)控制功能，保證施工安全[11]。

4 施工流程

架橋機(jī)為兩跨長(zhǎng)度，通過前跨可以滿足墩柱及蓋梁的架設(shè)，在墩柱與承臺(tái)及墩柱與蓋梁間連接濕接縫等強(qiáng)時(shí)，可以架設(shè)后跨橋梁，交錯(cuò)施工，達(dá)到高效合理的施工目的。以下步驟(見圖5)詳細(xì)說(shuō)明架橋機(jī)如何完成前跨與后跨配合施工，完成全預(yù)制橋梁的架設(shè)。

圖5 架橋機(jī)施工流程(單位：mm)

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著全社會(huì)對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)增強(qiáng)，綠色建筑及綠色施工的理念越來(lái)越得到認(rèn)可。預(yù)制裝配施工在橋梁建設(shè)中得到更廣泛推廣，與之相配套的施工裝備也應(yīng)運(yùn)而生，通過本文所述架橋機(jī)在實(shí)際工程中應(yīng)用的成功經(jīng)驗(yàn)，能為今后裝配式施工技術(shù)在其他類型橋梁的裝配設(shè)計(jì)及施工提供更多借鑒意義[12]。