超大型箱梁陸上運(yùn)輸關(guān)鍵技術(shù)探討

寧曉冬

摘要：隨著海上大型起重裝備的發(fā)展，海上橋梁工程上部結(jié)構(gòu)大多采取整體預(yù)制整體架設(shè)的方案。文章結(jié)合廣深沿江高速公路（深圳段）機(jī)場特大橋60m預(yù)應(yīng)力砼箱梁工程實(shí)例，重點(diǎn)探討了超大型箱梁自預(yù)制臺(tái)座至出海碼頭間陸上運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：超大型箱梁；陸上運(yùn)輸技術(shù)；橋梁工程；海上大型起重裝備；預(yù)應(yīng)力砼箱梁 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：U169 文章編號(hào)：1009-2374（2016）03-0090-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.03.046

1 概述

機(jī)場特大橋是廣深沿江高速公路（深圳段）的一段海上橋梁，橋梁東側(cè)為寶安國際機(jī)場，西側(cè)為內(nèi)伶仃洋大鏟灣水道，大橋全長6.84km。該橋上部結(jié)構(gòu)為60m整體預(yù)制箱梁，斷面為單箱雙室結(jié)構(gòu)，采用先簡支后連續(xù)形式。箱梁頂板寬19.65m，底板寬10.35m，高3.5m，預(yù)制段梁長58.5m，重約2400t。為滿足工廠化、大型化、標(biāo)準(zhǔn)化的作業(yè)要求，箱梁采用整體液壓內(nèi)模，為滿足內(nèi)模出模的要求，梁端端隔墻為后澆。

箱梁陸上運(yùn)輸分為兩個(gè)階段：（1）為縮短臺(tái)座預(yù)制周期，需要在端隔墻未澆筑的情況下將其移出預(yù)制臺(tái)座；（2）在存放臺(tái)座上完成端隔墻澆筑并達(dá)到強(qiáng)度后移至出海碼頭。

2 總體移運(yùn)方案

典型的超大型箱梁預(yù)制場主要構(gòu)造物布置如圖1：

箱梁的橫移一般采用滑移式，縱移采用輪軌式，橫縱移滑（軌）道宜為鋼筋砼梁柱式結(jié)構(gòu)。

橫移滑道上鋪通長整體式鋼板，鋼板兩側(cè)設(shè)反力槽，給橫移臺(tái)車反力鉤頂提供水平反力作用點(diǎn)。整體式鋼板上鋪不銹鋼板，與橫移臺(tái)車底部高分子材料MGE板形成摩擦副。橫移滑道與預(yù)制臺(tái)座頂部間高差為橫移臺(tái)車的工作高度。縱移軌道宜采用雙軌，其高程應(yīng)低于橫移滑道一個(gè)縱移臺(tái)車工作高度。橫移滑道頂高程根據(jù)當(dāng)?shù)厮那闆r及吊船取梁方式確定。

總的移運(yùn)步驟為：橫移臺(tái)車喂入箱梁底部并將其頂起→橫移至縱移臺(tái)車上→縱移臺(tái)車連同橫移臺(tái)車一起縱移至出海碼頭處→橫移臺(tái)車橫移下縱移臺(tái)車至出海碼頭段橫移滑道上→橫移至碼頭前端等待吊船取梁。

3 移運(yùn)設(shè)備

3.1 橫移臺(tái)車

橫移臺(tái)車一般由滑座、車架、水平聯(lián)桿、反力鉤、水平頂推千斤頂和豎向頂升千斤頂?shù)葮?gòu)成。

滑座下設(shè)MGE板，通過水平聯(lián)桿相連，一端布置水平頂推千斤頂。水平千斤頂一端與滑座鉸接，一端與反力鉤鉸接，水平推進(jìn)作業(yè)時(shí)，反力鉤鉤住滑道上的反力槽，通過千斤頂頂推橫移臺(tái)車水平移動(dòng)。

豎向千斤頂布置于車架內(nèi)，用于起梁與落梁。

3.2 縱移臺(tái)車

輪軌式移梁車主要由垂直頂升系統(tǒng)、水平頂升系統(tǒng)、小車走行系統(tǒng)、縱移同步系統(tǒng)組成。

3.2.1 垂直頂升系統(tǒng)：垂直頂升系統(tǒng)為滿足橫移臺(tái)車上、下縱移臺(tái)車的要求而設(shè)置。由多個(gè)相同的超高壓液壓缸組成，在每個(gè)油缸頂端安裝了一個(gè)球面墊，起消除支點(diǎn)斜面作用。

滑移小車上縱移車時(shí)，先通過操作外側(cè)油缸將縱移小車調(diào)平，再驅(qū)動(dòng)中間四個(gè)油缸輕輕頂住地面。待縱移小車滑上縱移小車后，先收回中間四個(gè)油缸，再慢慢收回外側(cè)油缸使縱移車安全地落在軌道上。

3.2.2 水平頂升系統(tǒng)：在縱移車每端裝有兩個(gè)水平油缸，其作用是修正縱移車與橫移滑道間的間隙，消除橫移臺(tái)車上、下縱移臺(tái)車時(shí)施加給縱移臺(tái)車的水平力，防止縱移臺(tái)車橫向移動(dòng)。

3.2.3 小車走行系統(tǒng)：最基本元件為兩個(gè)車輪組成的單車，每兩個(gè)單車（一個(gè)主動(dòng)單車，一個(gè)被動(dòng)單車）以鉸接的方式與小均衡梁相連接，每四個(gè)小均衡梁通過兩根銷軸再與主梁相連接。每個(gè)車輪的輪壓都可通過鉸軸傳遞給上層分配梁，主、被動(dòng)單車通過平衡梁及多次鉸接，實(shí)現(xiàn)了各車輪受力均衡。

3.2.4 縱移同步系統(tǒng)：兩小車距離較遠(yuǎn)，抬運(yùn)箱梁時(shí)的同步尤為重要，通過無線遙控的方式，控制前、后兩臺(tái)縱移小車行走電機(jī)的同步啟動(dòng)、停止來實(shí)現(xiàn)同步行走。

4 箱梁支撐移運(yùn)方案

4.1 箱梁四點(diǎn)支撐移運(yùn)方案研究

所謂的四點(diǎn)支撐，即在每個(gè)外腹板的端部各布置一個(gè)支點(diǎn)，其中一端兩個(gè)支點(diǎn)的千斤頂油路并聯(lián)，另一端的兩個(gè)支點(diǎn)油路串聯(lián)，從而以油路控制保證了每個(gè)支點(diǎn)反力基本相同，可滿足單箱單室箱梁的移運(yùn)。

鑒于本項(xiàng)目箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為減少預(yù)制臺(tái)座的生產(chǎn)周期，我們計(jì)算在未施工端隔墻、四點(diǎn)支撐移運(yùn)工況下箱梁端部的應(yīng)力與位移情況。計(jì)算采用通用有限元程序Ansys10.0。

由計(jì)算結(jié)果云圖3可知，四支點(diǎn)移梁時(shí)箱梁端部最大豎向位移約4mm。

由計(jì)算結(jié)果云圖4可知，箱梁端部主拉應(yīng)力最大值為12.7MPa，超過規(guī)范規(guī)定的C50混凝土容許拉應(yīng)力1.89MPa。最大拉應(yīng)力位于箱梁端部底板底面靠近中腹板的位置，應(yīng)力超過4.0MPa的區(qū)域面積為3.0m×3.0m。箱梁端部底板頂面拉應(yīng)力最大值為10.4MPa，發(fā)生在外腹板倒角處，該處應(yīng)力超過4.89MPa區(qū)域的面積達(dá)到1.2m×1.0m。

根據(jù)計(jì)算，箱梁在未施工端隔墻的工況下采用四點(diǎn)支撐移梁將導(dǎo)致箱梁出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂紋，極大地影響了箱梁的耐久性，甚至將導(dǎo)致重大安全生產(chǎn)事故的發(fā)生。四點(diǎn)支撐運(yùn)輸方案不能滿足本項(xiàng)目60m單箱雙室箱梁在端隔墻未施工工況下的移運(yùn)要求。

4.2 箱梁六點(diǎn)支撐移運(yùn)方案研究

我們知道，如果在箱梁中腹板端部增加一個(gè)支點(diǎn)，將極有利于箱梁的結(jié)構(gòu)受力。

如下計(jì)算箱梁在未施工端隔墻、六點(diǎn)支撐移運(yùn)工況下的受力情況。假定中腹板支點(diǎn)反力為250t，各外腹板支點(diǎn)反力相同。

計(jì)算采用通用有限元程序Ansys10.0。

由計(jì)算結(jié)果云圖5可知，六支點(diǎn)移梁時(shí)箱梁端部最大豎向位移為1.7mm且位移分布比較均勻。

圖6為應(yīng)力限值在3MPa的主拉應(yīng)力云圖。由圖可知，箱梁主拉應(yīng)力超過3.0MPa的有三個(gè)區(qū)域：一個(gè)是在箱梁底板的三個(gè)支撐位置，其他兩個(gè)區(qū)域均為箱梁縱向預(yù)應(yīng)力錨固位置。這些區(qū)域應(yīng)力較大，均為應(yīng)力集中現(xiàn)象導(dǎo)致。其他區(qū)域主拉應(yīng)力值均小于1.67MPa，滿足規(guī)范允許的1.89MPa。根據(jù)計(jì)算分析，若移運(yùn)設(shè)備在箱梁的起升、移運(yùn)、下放的全過程中，各支點(diǎn)的反力能滿足計(jì)算假定，則60m單箱雙室箱梁在端隔板未施工工況下的移運(yùn)難題便迎刃而解。

4.2.1 總體情況介紹。六點(diǎn)支撐各支點(diǎn)反力由6臺(tái)大噸位千斤頂提供，布置在箱梁的每個(gè)腹板端部，外腹板處的為主頂升油缸，中腹板處的為輔助頂升油缸。共布置4臺(tái)主頂升油缸，2臺(tái)輔助頂升油缸。

4.2.2 布置說明。整個(gè)液壓頂升系統(tǒng)分為主頂升系統(tǒng)和輔助頂升系統(tǒng)兩個(gè)部分，均由同步控制器集中遠(yuǎn)程控制。主頂升系統(tǒng)包括CY1、CY3、CY4和CY6油缸，輔助頂升系統(tǒng)包括CY2和CY5油缸。圖8為頂升設(shè)備布置示

意圖：

4.2.3 功能簡介。

第一，油缸下腔均安裝壓力傳感器，用來測量油缸內(nèi)部的壓力。

第二，CY1、CY3在平移過程中通過電控系統(tǒng)保證兩個(gè)支撐點(diǎn)在移運(yùn)過程中支撐力始終相同，而且不會(huì)存在油缸頂部脫開梁體的問題，屬于主頂升系統(tǒng)內(nèi)的浮動(dòng)支撐。CY4、CY6在平移過程中機(jī)械鎖緊、防止墜失，屬于主頂升系統(tǒng)的固定支撐，壓力傳感器僅用于顯示油缸內(nèi)的壓力（載荷重量）不參與控制。屬于輔助頂升系統(tǒng)的CY2、CY5油缸部位同樣安裝有壓力傳感器，用來檢測油缸下腔壓力，在上升和平移過程中這兩個(gè)油缸會(huì)保持設(shè)定的力值跟隨梁體上升或下降，起到輔助托舉的作用。

第三，每個(gè)主頂升油缸部位都安裝有拉繩位移傳感器。傳感器一端固定在臺(tái)車底座上，一端與梁體底面相連用來檢測梁體4個(gè)支撐點(diǎn)的位移。通過中央計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)控制相應(yīng)泵站開關(guān)來保證梁體兩端同步上升。

4.2.4 六點(diǎn)移運(yùn)技術(shù)工作過程闡述。

第一，預(yù)頂升過程：按下預(yù)頂升按鈕后，六個(gè)油缸開始上升，當(dāng)控制臺(tái)檢測到每個(gè)油缸均建立起10MPa壓力后，油缸停止進(jìn)油，此時(shí)箱梁沒有被頂起但油缸柱塞與箱梁之間的間隙被消除，將位移傳感器數(shù)值置零。

第二，同步頂升過程：按下頂升按鈕后，各個(gè)泵站繼續(xù)上壓，其中CY2、CY5輔助頂升油缸的壓力會(huì)始終保持在一定范圍區(qū)間，并跟隨梁體上升。CY1、CY3、CY4、CY6的油缸運(yùn)動(dòng)則會(huì)根據(jù)位移傳感器的反饋，進(jìn)行同步控制調(diào)節(jié)。

第三，平移過程：當(dāng)“頂升/平移”選擇開關(guān)由“頂升”轉(zhuǎn)向“平移”的瞬間，系統(tǒng)記錄了主頂升CY1和CY3的壓力。當(dāng)這兩個(gè)油缸中的一個(gè)油缸的油腔壓力變動(dòng)超過允許值時(shí)，CY1和CY3將進(jìn)行相反方向的運(yùn)動(dòng)（即一個(gè)頂升，另一個(gè)下降）直至恢復(fù)系統(tǒng)設(shè)定的力值范圍，而另一端的主頂升油缸CY4和CY6在這個(gè)過程中通過機(jī)械鎖緊保持起升高度不變。CY2、CY5輔助頂升油缸則依據(jù)系統(tǒng)設(shè)定的壓力，隨著梁體的升降自動(dòng)給油缸補(bǔ)油或溢油，使頂升力保持在設(shè)定范圍。

第四，同步下降過程：按下同步下降按鈕后，CY1、CY3、CY4、CY6的油缸運(yùn)動(dòng)會(huì)根據(jù)位移傳感器的反饋，經(jīng)主站PLC比較運(yùn)算后發(fā)出打開或關(guān)斷相應(yīng)的電磁閥的指令，進(jìn)行同步控制調(diào)節(jié)，而CY2、CY5輔助頂升油缸的壓力會(huì)始終保持設(shè)定值，并跟隨梁體下降。

5 應(yīng)用情況

四點(diǎn)支撐移運(yùn)技術(shù)起步于東海大橋，成熟于杭州灣大橋，目前中鐵大橋局中山基地正進(jìn)行港珠澳大橋85m組合梁的施工，其截面為單箱單室結(jié)構(gòu)，仍適用于四點(diǎn)支撐移運(yùn)。六點(diǎn)支撐移運(yùn)技術(shù)則發(fā)展成熟于廣深沿江高速，通過六點(diǎn)支撐移運(yùn)技術(shù)的研發(fā)，解決了單箱雙室箱梁工廠化作業(yè)的要求，極大地縮短了預(yù)制箱梁的生產(chǎn)周期，降低了工程成本。

6 結(jié)語

四點(diǎn)支撐移運(yùn)方案為一次超靜定，可以通過液壓設(shè)備油路的合理調(diào)整解決，而六點(diǎn)支撐移運(yùn)方案做到了計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、液壓技術(shù)、機(jī)械技術(shù)的有機(jī)

統(tǒng)一。

60m單箱雙室箱梁移運(yùn)采用的是電腦控制六點(diǎn)同步頂升移梁，此種方案經(jīng)過一定的改進(jìn)后，可以發(fā)展成為更多點(diǎn)同步頂升陸上移運(yùn)重物的裝備，可實(shí)用于各種箱梁、鋼構(gòu)件等大型重物的陸上頂升及運(yùn)輸。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）