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50m等截面简支T梁架设技术解析
50米等截面简支T梁架设技术
中铁十三局集团第四工程有限公司
1、工程概况
同(江)三(亚)国道主干线哈(尔滨)双(城)高速公路B2合同段黎明火车站公铁分离式立交桥位于哈尔滨市东南郊,大桥全长688.5m,桥面宽28m,桥梁上部结构为上行线:
2×40m+2×50m+3×40m+50m+2×40m+5×50m,下行线:
2×40m+12×50m预应力混凝土简支T梁。
桥梁基础为Φ2.5m大直径钻孔灌注桩,下部结构为Φ1.8m圆柱式墩身,肋板式桥台。
50m预应力混凝土T梁梁高2.6m,最大梁重137.48t,全桥共120片50mT梁;40mT梁梁高2.3m,最大梁重95.13t,全桥共54片40mT梁。
该大桥设计在半径5500m的曲线上,墩身高12—23m,第3孔跨越黎明火车站4条站线,第6孔跨越铁路专用线一条,第9孔跨越马家沟河,施工条件十分复杂。
综合该桥情况,我们自行开发研制了穿巷式斜拉塔索全方位架桥机。
本桥在设计与施工上开创了黑龙江省公路桥梁史上五个第一:
第一次跨越多条铁路车站站线;第一次采用Φ2.5m大直径钻孔桩;第一次采用50m等截面预应力混凝土简支T梁,目前国内大跨度(>50m)桥梁多为现场浇筑,整孔预制架设50m跨度桥梁在国内为例不多,在我省属首次;50mT梁最大吊重137.48t,吊装架设如此大吨位的梁体在我省首次采用、国内少有;第一次由施工单位自主开发研制出50mT梁全自动架桥机。
为我省建桥技术开辟了更加广阔的前景。
该桥由中铁十三局集团第四工程有限公司承建,于1999年7月26日开工建设,2001年8月20日竣工,总投资4442.547万元。
2、设计开发背景
2.1为何选择架桥机架梁
黎明站公铁分离式立交桥主跨为50m的大跨度简支梁,该桥第3孔跨越黎明火车站4条站线,第6孔跨越铁路专用线一条,第9孔跨越马家沟河。
施工现场地势起伏很大、沟壑纵横,大桥永久用地范围内布满了铁路站线和各种构筑物。
如果采用现浇法施工,就必须封闭铁路站线,更何况设计要求的是预制梁;如果采用跨墩龙门吊架梁,那么除了要封闭铁路站线外,还要在铁路站线内和沟壑纵横的地面上铺设龙门吊走行线路基,土方量很大,同时还要修建两道跨越马家沟河的施工便桥,这三项费用非常大。
综合该桥的地形地势、地面构筑物以及施工成本等情况,我们最后选择了架桥机架梁的施工方案。
2.2为何要自行设计、加工制造架桥机
我公司有足够的技术力量和专业技工;
有可利用的制式材料;
能确保施工质量和工期;
能降低施工成本、节约资金(见2.3之比较);
为了培植自主知识产权、锻炼技术人才和施工队伍、拓展施工领域;
50米等截面简支T梁架设技术国内罕见,我省首次,通过研发,可提高企业知名度、增强企业实力,其社会效益显著。
2.3自行设计制造架桥机与购买制式架桥机的经济效益比较
2.3.1自行设计加工费
设计费:
4万元
构件加工费:
36万元
机具购置费:
20万元
构件费用:
20万元
合计:
80万元
2.3.2购买制式架桥机费用
整机价格:
220万元
运输费:
8万元
合计:
228万元
故节约费用228-80=148万元
3、穿巷式斜拉塔索全方位架桥机的结构型式、技术性能及特点
3.1结构型式
本架桥机由双层运用导梁、中塔及拉线、前支腿、后支腿、行走结构、起重结构、电器控制、平衡框八大部分组成(见附图)。
双导梁用六四式军用梁标准三角和标准端构件组成,双层双片一组,共四片,总长96米;
中塔用六五式军用墩立柱组成,净高14米,两根互联成门式,立在横梁两端。
拉线用万能杆件角钢,两根一组共四组,每组净长28米,上端与中塔柱连接,下端与导梁跨中连接;
前支腿用[8B槽钢焊接成格构形式,分成两节,拆除一节即可支在桥台胸墙上。
两柱各支一导梁前端,两柱相连成门形,下端安装横向行走轮组;
后支腿由横梁、平衡梁、后轮组、转向盘组成,全部用工字钢和钢板焊成,横梁与平衡梁间通过转向盘连接,以实现纵移横移功能;
行走机构由驱动轮和驱动电机组成,驱动轮布置占行走轮数的二分之一或三分之一,驱动电机即带电机的摆线针轮减速机;
起重机构由卷扬机、滑轮组、上扁担、下扁担、钢丝绳、千斤绳等组成,为保证T梁安装的安全,梁端设有吊梁孔,千斤绳由吊梁孔穿下,与上下扁担形成封闭,在一台卷扬机、滑轮组、钢丝绳发生破坏性故障时,另一台即可保证梁体安全;
电器控制由供电电缆、配电柜、控制盘等组成;
平衡框是用角钢焊制成的桁架结构,安装在拉线下端双导梁外侧,用以平衡双导梁的不稳定,并起连接两双导梁的作用。
3.2技术性能
主要技术性能数据见下表:
架桥机主要技术数据表
项目
主副钩
吊重
施工跨度
整机行走速度
主钩提升速度
动力容量
整机自重
机体长度(m)
机体宽度
机体高度
最大纵坡
最小半径
主跨段
悬臂配重段
全长
数据
140t
50m
6m/min
0.8m/min
60kw
136t
52
44
96
4m
7.5m
3.5%
500m
3.3产品特点
由于该架桥机主梁采用军用梁拼装,具有以下特点:
结构设计采用通用电力控制设计,使升降、前后行走、左右移动等操作集中在控制盘上,全部工序实现远距离自动控制,操作方便,作业简单;
所有行走设备都是小功率低速运行,行走平稳,安全可靠;
具有轻便性和灵活性。
便于拆装和运输,可跟据跨度的大小变化使用,具有一定的通用性。
边梁亦可采用架桥机直接就位,实现了三维全自动架桥机的设计;
具有安全可靠性。
经过改进后,架设边梁不需要人工移梁,杜绝了人工移梁时的危险,提高了施工安全保障;
施工速度快。
在架设边梁时不用人工移梁,提高了机械利用率,加快了架梁速度。
最快架设速度为每天六片梁;
经济效益良好。
在架梁过程中,边梁不需人工移梁,可节约30%~50%的人工,降低施工费用,取得良好的经济效益;
具有广泛的推广性。
由于架桥机主梁采用军用梁拼装,降低了架桥机的固定成本,利于推广发展。
4、架桥机的设计
4.1设计参数选择
a.主梁杆件全部采用六四式加强型军用梁,主梁自重7kN/m,六四式军用梁允许弯距单层单片为150t.m,双层双片为300t.m;
b.A3钢允许应力在结构设计时为1700kg/cm2,起重构件设计时为1000kg/cm2;
c.起重机采用5t慢速卷扬机,卷扬机绳速9~11m/min,钢丝绳直径为22mm,滑轮组为50t五轮;
d.行走驱动配1.1kw或2.2kw摆线针轮减速机,最大驱动力1.5t,减速机转速1420转/分,减速比1:
70,小轮16齿,大轮半径50cm,齿数88个。
e.架梁时主梁安全储备系数1.3,起重钢丝绳安全储备系数4.3。
4.2设计图纸
见附图。
4.3架桥机设计说明书
4.3.1设计原理
在桥梁跨越江河、公路、铁路、沟壑等桥下条件不利时,预制梁的架设则必须使用架桥机。
架桥机可以在桥面上,连续作业不受桥下环境影响。
本机是以双导梁联合架桥机为原型,利用军用梁的抗弯模量大、自重小、组拼方便的特点,将六四式军用梁拼组成双层单片大于一跨半长度的双导梁。
利用杠杆平衡原理,在架桥机后部用梁片配重,中部用前移台车托起,使前端悬空,悬臂前移过孔。
整机架梁时布置成两点简支式,后部悬空,受力明确,计算简单。
横向布置成双导梁中高度窄幅穿巷式,配以前后整机横移驱动系统,前部横移轨道布置在桥墩上,后部横移布置在桥面上,横移走行时以后部为刚性支点,前部为柔性支点。
在横向行走时对轨距要求不高,行走顺畅。
架设边梁时采用单片导梁上的液压千斤顶吊进行单片吊梁,直接横移滑移就位,减少梁横向滑移;架设其它梁时用天车吊梁直接横移就位,实现梁片的三维移动。
架桥机天车主钩升降选用5吨慢速卷扬机,为了增大起重量、提高耐久性和安全性,自行设计制造了滚动轴承滑轮组。
整机全部行走驱动用体积小、重量轻、安装方便且配有制动电机的摆线针轮减速机,传动选用开式齿轮,驱动、制动可靠。
4.3.2设计计算
4.3.2.1设计规范与参考资料
a.GB3811-83《起重机设计规范》;
b.GB17-88《钢结构设计规范》;
c.《机械零件设计手册》冶金工业出版社主编蔡春源;
d.《六四式铁路军用梁手册》(增订板);
e.《起重机设计手册》机械工业出版社。
4.3.2.2主梁的设计计算
架桥机主梁最不利受力有两种情况,一种是在架梁时梁的一端运至架桥机主梁跨中时;另一种是架桥机悬臂前移时。
设计计算时需综合考虑以下山东省点:
a.荷载计算分为自重荷载、起重荷载、风荷载,计算方法依设计规范规定;
b.位移计算分为弹性位移和非弹性位移;
c.强度、稳定计算是以制式器材使用手册中提供的容许内力,对最不利荷载组合下的强度、稳定验算即可。
架桥机增加斜拉后,在架梁过程中主跨军用梁的弦杆最大拉力将会比未加斜拉前小,所以架梁时主梁仍能满足要求,不需要重新进行检算。
5、桥架机使用说明书
5.1加工
加工严格按设计图纸进行,机械加工在工厂,构件加工在工地,保证加工制造质量是组装成功的关键。
5.2组装
组装是在汽车吊的配合下进行的。
组装顺序为:
前后支腿双导梁中塔拉线吊梁台车电器控制其他部分
a.选择好拼装场地,先将军用梁两片或四片拼装成一组;
b.将中间走行部分和横梁用枕木固定牢固;
c.在军用梁拼装节点位置搭设枕木垛,顶面与横梁顶面同高;
d.拼装军用梁桁架并安装前支腿;
e.安装军用梁上短枕木和钢轨,枕木与军用梁连接用铁线绑接或用U型螺栓连接;
f.拼装中间支腿处的门架及斜拉杆;
g.安装吊梁天车;
h.安装液压支腿及吊梁系统;
i.安装电器控制系统
j.拆除军用梁下垫枕木垛。
5.3试运行
架桥机属于大型起重设备,组装后必须进行试运行方可正式使用。
试运行时要严格检查各部位受力变形情况,并用仪器观测主梁挠度与计算相比较,发现超值应查明原因。
如有条件应以设计荷载1.25倍确定试运行荷载。
试运行时应尽量模拟实际使用时的各种不利状态。
试运行后应全面检查、调整和紧定。
本架桥机在组装后试运行的实测数据见下表:
试运行实测数据表
项目
悬臂前端挠度
吊梁跨中挠度
数据
实测
计算
实测
计算
23cm
24.5cm
13cm
13.5cm
5.4作业
架桥机作业时分运梁、架梁、焊接、移动架桥机四个主要工序:
运梁是将自行式运梁车沿轨道将梁送至架桥机腹内。
为使运梁车能够通过小半径曲线和防止T梁倾倒,运梁车上设有转向盘和支撑,可使运梁车通过曲线半径小至180m、两轨高差达200mm的不平轨道。
架梁是在架桥机中部用前台车将梁前端抬起,然后前移,当前后运梁台车靠紧时,用架桥机后台车将梁后端吊起,前移至桥孔,平移架桥机至梁位,落梁就位后返回。
焊接是按设计要求将梁体焊接连接稳定,使架桥机可以前移通过。
移动架桥机是在已焊接加固的梁面上铺设纵移轨道,整平垫实。
使用千斤顶将架桥机中部顶起,把后横移轮组转到纵移轨道上,放下千斤顶。
用后吊梁台车在架桥机后端对运梁车上的梁前端进行起吊,使架桥机前端悬空。
开动后轮组驱动使架桥机前移一孔,在桥墩上铺设前横移轨道,在梁面上铺设后横移轨道,放松后吊梁台车。
使用千斤顶将架桥机中部顶起,把后横移轮组转到横移轨道上,放下千斤顶。
完成前移工序,进入架梁状态。
5.5操作说明
a.用起重设备将边梁吊到运梁台车上,用运梁台车将梁运送到架桥机腹内;
b.梁的前端台车走至架桥机尾部,用吊梁天车的吊钩吊梁对架桥机进行配重,使架桥机前端悬起;
c.开动架桥机和运梁台车的走行电机,使其同步向前一跨移
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