(武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050)

1 研究背景

預(yù)制拼裝技術(shù)由于相較于傳統(tǒng)的現(xiàn)澆技術(shù)具有構(gòu)件質(zhì)量容易保證、現(xiàn)場(chǎng)安裝快捷、施工現(xiàn)場(chǎng)文明程度高等諸多優(yōu)勢(shì)，越來越多地應(yīng)用于橋梁施工中[1]。傳統(tǒng)架橋機(jī)只能安裝T梁，一體化架橋機(jī)功能更全面，可以滿足T梁、墩柱、蓋梁所有部件施工需求。

寧波舟山港主通道的主橋跨徑布置為1041米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)，采用節(jié)段梁預(yù)制拼裝， LG140一體化架橋機(jī)就是為此工程量身定制的。預(yù)制構(gòu)件的種類、重量及是否抬吊等相關(guān)信息如表1所示。

表1 安裝構(gòu)件種類、重量及相關(guān)信息表

2 一體化架橋機(jī)的結(jié)構(gòu)組成

一體化架橋機(jī)主要由承載主桁架，超前墩支腿，前、后承重支腿，后支腿，起重天車，吊具等組成，如圖1所示。LG140一體化架橋機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2所示。

圖1 LG140一體化架橋機(jī)總體示意圖

表2 LG140一體化架橋機(jī)性能參數(shù)表

2.1 主桁架

整個(gè)主桁架由兩根主桁架組成。每根主桁架截面為三角形的型鋼組焊而成，上面鋪有天車走行的軌道，下面鋪有可共走行的通長(zhǎng)軌道。兩主桁架之間設(shè)置有前、中、后橫聯(lián)及斜撐，確保整體穩(wěn)定性，如圖2所示。

圖2 主桁架示意圖

2.2 超前墩支腿

超前墩支腿與主桁架為鉸接連接，位于最前端，在架橋機(jī)過孔時(shí)隨主框架一起移動(dòng)。為滿足所有構(gòu)件的吊裝要求特別設(shè)計(jì)成具有多級(jí)伸縮功能，滿足高度變化大的要求。主要由頂升油缸、旋轉(zhuǎn)油缸、內(nèi)伸縮套、外伸縮套及支腿立柱組成，采用專業(yè)設(shè)計(jì)的三級(jí)頂升系統(tǒng) ，通過連接電動(dòng)導(dǎo)鏈和各級(jí)伸縮套之間的聯(lián)接，可以實(shí)現(xiàn)支腿5～20米的調(diào)節(jié)量。兩個(gè)頂升油缸位于支腿的最下方，可以克服支腿自重產(chǎn)生的下?lián)?。前支腿下部通過一個(gè)牛腿挑梁站在承臺(tái)的前面約500毫米左右的位置，挑梁的后部通過預(yù)埋精軋螺紋鋼錨固于承臺(tái)上。超前墩支腿的總體如圖3所示。

圖3 超前墩支腿示意圖

2.3 前、后承重支腿

前、后承重支腿將架橋機(jī)的安裝荷載傳遞至已架設(shè)橋面或墩頂上。同時(shí)作為架橋機(jī)前移過孔和橫移的承力支點(diǎn)。由橫移臺(tái)車、支腿橫梁、調(diào)整架、轉(zhuǎn)盤和搖滾機(jī)構(gòu)組成。其中橫移臺(tái)車與支腿橫梁鉸接，可以保證車輪始終與軌面接觸自行走行，同時(shí)橫移臺(tái)車設(shè)計(jì)為可自行行走，方便架橋機(jī)過孔；調(diào)整架可實(shí)現(xiàn)高度氣調(diào)整，待調(diào)整油缸完成高度調(diào)整后，由機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定，確保施工安全；采用球鉸式底座設(shè)計(jì)可滿足架橋機(jī)坡度的調(diào)整要求；搖滾機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)前承重支腿在導(dǎo)梁上縱向運(yùn)動(dòng)和主桁架過孔縱向運(yùn)動(dòng)，為確保在架梁作業(yè)時(shí)不溜坡，在安裝作業(yè)時(shí)搖滾通過螺栓與主桁架連接；前承重支腿后方安裝有防傾的三角支架，確?？v移時(shí)安全平穩(wěn)。前、后承重支腿如圖4所示。

圖4 前承重支腿示意圖

2.4 前、后輔助支腿

前、后輔助支腿的主要作用是在前后承力支腿在進(jìn)行前移倒退時(shí)，臨時(shí)支撐架橋機(jī)主桁架結(jié)構(gòu)。其安裝在主桁架中、后部，在架橋機(jī)過孔作業(yè)時(shí)可根據(jù)使用需要調(diào)整其位置。通過頂升油缸的伸縮來改變伸縮套的高度，以完成高度調(diào)整及受力轉(zhuǎn)換。橫梁下部還設(shè)計(jì)有伸縮系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固裝置。前、后輔助支腿如圖5所示。

圖5 前、后輔助支腿示意圖

3 一體化架橋機(jī)的施工工藝流程

3.1 架橋機(jī)安裝工藝

一體化架橋機(jī)安裝施工工藝步驟如下：

步驟1：架橋機(jī)橫移到正中，將前承重支腿支撐于前墩頂上，超前墩支腿支撐于超前墩；利用起重天車將立柱吊至超前墩安裝，立柱與承臺(tái)錨固；如圖6所示。

圖6 架橋機(jī)吊裝工藝流程1

步驟2：收起前承重支腿，利用起重天車將各個(gè)T梁在墩頂上安裝；如圖7所示。

圖7 架橋機(jī)吊裝工藝流程2

步驟3：待最后一片T梁施工完，重新將前承重支腿支撐，吊裝蓋梁；如圖8所示。

圖8 架橋機(jī)吊裝工藝流程3

3.2 架橋機(jī)過孔工藝

一體化架橋機(jī)的過孔工藝如下：

步驟1：頂升后輔助支腿，使其受力；后承重支腿收起，自行到梁體約二分之一處；如圖9所示。

圖9 架橋機(jī)過孔工藝流程1

步驟2：頂升前輔助支腿，使其受力；前承重支腿收起，自行到超前墩并錨固；如圖10所示。

圖10 架橋機(jī)過孔工藝流程2

步驟3：檢查前后承重支腿錨固，解除超前墩支腿的錨固支撐；收起前、后輔助支腿，架橋機(jī)向前縱向走行；如圖11所示。

圖11 架橋機(jī)過孔工藝流程3

步驟4：頂升后輔助支腿，使其受力；后承重支腿自行到位；如圖12所示。

圖12 架橋機(jī)過孔工藝流程4

步驟5：架橋機(jī)繼續(xù)向前走行；架橋機(jī)走行到位，將超前墩支腿錨固于系梁上，準(zhǔn)備下一孔的施工。如圖13所示。

圖13 架橋機(jī)過孔工藝流程5

4 架橋機(jī)結(jié)構(gòu)的有限元分析

一體化架橋機(jī)主要承載結(jié)構(gòu)為大型空間桁架體系，各桁架桿件采用beam188梁?jiǎn)卧M[3]，各受力支腿采用約束的方式處理。需要說明的是：模型計(jì)算僅供驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的總體強(qiáng)度剛度使用，各關(guān)鍵桿件的受力及穩(wěn)定性需提取模型反力后再手動(dòng)進(jìn)行相關(guān)復(fù)核計(jì)算，本文由于篇幅所限，僅列示出了模型計(jì)算結(jié)果。

4.1 計(jì)算工況

根據(jù)其施工工藝，整理工況如表3所示。

表3 架橋機(jī)計(jì)算工況表

4.2 計(jì)算載荷

架橋機(jī)主體結(jié)構(gòu)計(jì)算主要包含的載荷有：安裝構(gòu)件的重量載荷、架橋機(jī)自重、風(fēng)載荷、天車自重載荷、臨時(shí)的施工載荷等[4]。在不同工況下，各載荷進(jìn)行不同的組合，同時(shí)考慮一定的動(dòng)載系數(shù)。

4.3 計(jì)算及結(jié)果分析

在ANSYS中進(jìn)行計(jì)算分析，計(jì)算結(jié)果如圖14～圖19所示。

圖14 架橋機(jī)安裝立柱的應(yīng)力云圖(MPa)

圖15 架橋機(jī)安裝蓋梁的應(yīng)力云圖(MPa)

圖16 架橋機(jī)安裝T梁的應(yīng)力云圖(MPa)

圖17 架橋機(jī)過孔時(shí)的應(yīng)力云圖(MPa)

圖18 架橋機(jī)安裝時(shí)的最大位移云圖(mm)

圖19 架橋機(jī)過孔時(shí)的最大位移云圖(mm)

由上述計(jì)算可知，各安裝工況下架橋機(jī)最大應(yīng)力237MPa，最大變形101mm(后端懸臂下擾，1/350)；過孔工況下最大應(yīng)力244MPa，最大變形423mm(前端懸臂下擾，1/350)。故一體化架橋機(jī)在各個(gè)工況下的強(qiáng)度和剛度均滿足要求[5,6]。

5 結(jié) 語

本文以寧波舟山港主通道的主橋施工項(xiàng)目為依托，對(duì)預(yù)制拼裝的混凝土橋梁施工設(shè)備LG140一體化架橋機(jī)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了深入研究，特別是對(duì)其主要的組成結(jié)構(gòu)、安裝施工工藝流程、過孔工藝流程進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對(duì)其結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行了有限元計(jì)算分析，對(duì)類似預(yù)制拼裝的混凝土橋梁的施工，具有較高的借鑒和指導(dǎo)意義。