LG140一体化架桥机的相关技术研究

(武汉船舶职业技术学院，湖北武汉 430050)

1 研究背景

预制拼装技术由于相较于传统的现浇技术具有构件质量容易保证、现场安装快捷、施工现场文明程度高等诸多优势，越来越多地应用于桥梁施工中[1]。传统架桥机只能安装T梁，一体化架桥机功能更全面，可以满足T梁、墩柱、盖梁所有部件施工需求。

宁波舟山港主通道的主桥跨径布置为1041米预应力混凝土连续刚构，采用节段梁预制拼装， LG140一体化架桥机就是为此工程量身定制的。预制构件的种类、重量及是否抬吊等相关信息如表1所示。

表1 安装构件种类、重量及相关信息表

2 一体化架桥机的结构组成

一体化架桥机主要由承载主桁架，超前墩支腿，前、后承重支腿，后支腿，起重天车，吊具等组成，如图1所示。LG140一体化架桥机技术参数如表2所示。

图1 LG140一体化架桥机总体示意图

表2 LG140一体化架桥机性能参数表

2.1 主桁架

整个主桁架由两根主桁架组成。每根主桁架截面为三角形的型钢组焊而成，上面铺有天车走行的轨道，下面铺有可共走行的通长轨道。两主桁架之间设置有前、中、后横联及斜撑，确保整体稳定性，如图2所示。

图2 主桁架示意图

2.2 超前墩支腿

超前墩支腿与主桁架为铰接连接，位于最前端，在架桥机过孔时随主框架一起移动。为满足所有构件的吊装要求特别设计成具有多级伸缩功能，满足高度变化大的要求。主要由顶升油缸、旋转油缸、内伸缩套、外伸缩套及支腿立柱组成，采用专业设计的三级顶升系统 ，通过连接电动导链和各级伸缩套之间的联接，可以实现支腿5～20米的调节量。两个顶升油缸位于支腿的最下方，可以克服支腿自重产生的下挠。前支腿下部通过一个牛腿挑梁站在承台的前面约500毫米左右的位置，挑梁的后部通过预埋精轧螺纹钢锚固于承台上。超前墩支腿的总体如图3所示。

图3 超前墩支腿示意图

2.3 前、后承重支腿

前、后承重支腿将架桥机的安装荷载传递至已架设桥面或墩顶上。同时作为架桥机前移过孔和横移的承力支点。由横移台车、支腿横梁、调整架、转盘和摇滚机构组成。其中横移台车与支腿横梁铰接，可以保证车轮始终与轨面接触自行走行，同时横移台车设计为可自行行走，方便架桥机过孔；调整架可实现高度气调整，待调整油缸完成高度调整后，由机械结构进行锁定，确保施工安全；采用球铰式底座设计可满足架桥机坡度的调整要求；摇滚机构实现前承重支腿在导梁上纵向运动和主桁架过孔纵向运动，为确保在架梁作业时不溜坡，在安装作业时摇滚通过螺栓与主桁架连接；前承重支腿后方安装有防倾的三角支架，确保纵移时安全平稳。前、后承重支腿如图4所示。

图4 前承重支腿示意图

2.4 前、后辅助支腿

前、后辅助支腿的主要作用是在前后承力支腿在进行前移倒退时，临时支撑架桥机主桁架结构。其安装在主桁架中、后部，在架桥机过孔作业时可根据使用需要调整其位置。通过顶升油缸的伸缩来改变伸缩套的高度，以完成高度调整及受力转换。横梁下部还设计有伸缩系统、走行系统和锚固装置。前、后辅助支腿如图5所示。

图5 前、后辅助支腿示意图

3 一体化架桥机的施工工艺流程

3.1 架桥机安装工艺

一体化架桥机安装施工工艺步骤如下：

步骤1：架桥机横移到正中，将前承重支腿支撑于前墩顶上，超前墩支腿支撑于超前墩；利用起重天车将立柱吊至超前墩安装，立柱与承台锚固；如图6所示。

图6 架桥机吊装工艺流程1

步骤2：收起前承重支腿，利用起重天车将各个T梁在墩顶上安装；如图7所示。

图7 架桥机吊装工艺流程2

步骤3：待最后一片T梁施工完，重新将前承重支腿支撑，吊装盖梁；如图8所示。

图8 架桥机吊装工艺流程3

3.2 架桥机过孔工艺

一体化架桥机的过孔工艺如下：

步骤1：顶升后辅助支腿，使其受力；后承重支腿收起，自行到梁体约二分之一处；如图9所示。

图9 架桥机过孔工艺流程1

步骤2：顶升前辅助支腿，使其受力；前承重支腿收起，自行到超前墩并锚固；如图10所示。

图10 架桥机过孔工艺流程2

步骤3：检查前后承重支腿锚固，解除超前墩支腿的锚固支撑；收起前、后辅助支腿，架桥机向前纵向走行；如图11所示。

图11 架桥机过孔工艺流程3

步骤4：顶升后辅助支腿，使其受力；后承重支腿自行到位；如图12所示。

图12 架桥机过孔工艺流程4

步骤5：架桥机继续向前走行；架桥机走行到位，将超前墩支腿锚固于系梁上，准备下一孔的施工。如图13所示。

图13 架桥机过孔工艺流程5

4 架桥机结构的有限元分析

一体化架桥机主要承载结构为大型空间桁架体系，各桁架杆件采用beam188梁单元模拟[3]，各受力支腿采用约束的方式处理。需要说明的是：模型计算仅供验证结构的总体强度刚度使用，各关键杆件的受力及稳定性需提取模型反力后再手动进行相关复核计算，本文由于篇幅所限，仅列示出了模型计算结果。

4.1 计算工况

根据其施工工艺，整理工况如表3所示。

表3 架桥机计算工况表

4.2 计算载荷

架桥机主体结构计算主要包含的载荷有：安装构件的重量载荷、架桥机自重、风载荷、天车自重载荷、临时的施工载荷等[4]。在不同工况下，各载荷进行不同的组合，同时考虑一定的动载系数。

4.3 计算及结果分析

在ANSYS中进行计算分析，计算结果如图14～图19所示。

图14 架桥机安装立柱的应力云图(MPa)

图15 架桥机安装盖梁的应力云图(MPa)

图16 架桥机安装T梁的应力云图(MPa)

图17 架桥机过孔时的应力云图(MPa)

图18 架桥机安装时的最大位移云图(mm)

图19 架桥机过孔时的最大位移云图(mm)

由上述计算可知，各安装工况下架桥机最大应力237MPa，最大变形101mm(后端悬臂下扰，1/350)；过孔工况下最大应力244MPa，最大变形423mm(前端悬臂下扰，1/350)。故一体化架桥机在各个工况下的强度和刚度均满足要求[5,6]。

5 结 语

本文以宁波舟山港主通道的主桥施工项目为依托，对预制拼装的混凝土桥梁施工设备LG140一体化架桥机的相关技术进行了深入研究，特别是对其主要的组成结构、安装施工工艺流程、过孔工艺流程进行了详细分析，并对其结构的安全性进行了有限元计算分析，对类似预制拼装的混凝土桥梁的施工，具有较高的借鉴和指导意义。