架橋機新型前橫移軌道梁在高速公路建設中的應用

韋大川 蔣昌盛 李愉

摘要：新型前橫移軌道梁能代替傳統的枕木堆疊或者離散的鋼支墩，作為架橋機的有效支撐，更安全、更便捷。文章介紹了架橋機改進后的新型前橫移軌道梁的設計思路與方案，并通過驗算驗證了該設計的合理性，同時結合工程實例闡述了該設計的應用實效。

關鍵詞：架橋機；前橫移軌道梁；支撐鋼結構；預制梁

中圖分類號：U445.4A371273

0引言

近年來，我國公路基礎設施建設逐漸向丘陵山區挺進，橋梁占比逐年增高。公路預制橋梁多采用雙導梁架橋機架設，通常采用多垛堆疊的枕木或者離散的鋼支墩作為架橋機前橫移軌道梁的支撐，在安裝及轉運過程中費力費時，同時支撐的安全性不可控、隱患大，難以實現標準化，機械化作業程度低。本文結合實際工程案例，闡述一種新型前橫移軌道梁的設計及應用［1］。

1新型前橫移軌道梁的設計

1.1設計思路

針對雙導梁架橋機，設計新型前橫移軌道梁及其支撐一體化鋼結構，替代傳統堆疊的枕木或離散的鋼支墩支撐結構，避免在架橋機過孔過程中枕木或鋼支墩的重復轉運及安放，確保架橋機橫移時的整體安全性。經分析論證，新型前橫移軌道梁需具備以下功能：

（1）支撐結構作為前橫移軌道梁的一部分，應進行整體設計，確保安全可靠。

（2）能實現整體隨架橋機一起過孔前移。

（3）架橋機前橫移軌道梁可以實現快速無級調節標高及水平。

（4）能適應不同橫縱坡的蓋梁架設預制橋梁，以及避免蓋梁上墊石的影響，同時不會破壞蓋梁表面。

（5）不同跨過孔后因橫坡變化需要再進行調整時，操作應方便快捷、簡單，僅微調便可以連續作業。

（6）可重復利用，同時便于保養。

1.2設計方案

（1）在新型前橫移軌道梁下方的兩側固定安裝若干個對稱的螺母，支撐鋼結構橫梁、調節螺桿、底座，最終形成多支腿鋼結構，支撐前橫移軌道梁。前橫移軌道梁與下方的短鋼梁（順橋向的若干短鋼梁）焊接成整體；調節螺桿與螺母通過自身的螺牙形成螺旋副，將其連接成一體；調節螺桿與底座通過4根掛繩或者鏈條及鎖扣在架橋機過孔時吊掛在一起。在架橋機過孔時，上述結構能隨架橋機前支腿同步前移，大大節省節約轉運時間，同時避免過孔安裝過程中小部件脫落造成的安全事故。

架橋機前橫移軌道梁支撐結構如圖1～3所示。

（2）由螺桿、螺母形成的螺旋副除了起支撐作用以外，還可以進行無級調節，以滿足不同橫坡的蓋梁，并消除蓋梁上支座墊石凸起帶來的影響，實現架橋機前橫移軌道梁標高及水平的快速調整。調節螺桿下端設置有十字手柄，方便旋轉調節螺桿進行高度調整。

同一座橋各跨的橫坡一致時，僅需在橋臺或第一個蓋梁調整好調節螺桿的高度，在后續的蓋梁進行架梁施工時無須再進行調整，大大節約了架橋機過孔安裝時間。

若同一座橋各跨的橫坡不一致，也僅是進行微調便可進行架梁施工，最終實現架橋機前橫移軌道梁的水平及標高的快速調整。支腿結構螺旋副內部結構如圖4所示。

（3）螺桿與底座之間采用球鉸結構設計，解決了當蓋梁存在橫坡、縱坡時，螺旋副下端與支墊板之間存在的空隙所產生局部集中受力的問題，使系統更加穩定。

螺旋副下端為凸球面結構，與底座的凹球面結構形成球鉸接支承，兩者圓弧面直徑一致，使凹凸面完全吻合，使得蓋梁存在不同的橫坡時，確保調節螺桿與底座的凹球面結構接觸面始終保持緊密接觸，不產生空隙和局部集中受力，防止結構的超強度破壞，起到良好的傳遞豎向荷載的作用，并可靠地防止凸球面滑出凹球面坑外造成破壞。

（4）支墊板下方設置有橡膠支座，直接緊貼蓋梁上表面，解決了前橫移軌道梁支墊時，支墊板與混凝土蓋梁上表面接觸不充分、摩擦力不足的問題；同時通過橡膠支座自身的受力變形使相鄰支腿共同分擔受力，解決了支腿受力過于集中導致穩定性差的問題。

2設計驗算

2.1荷載統計及相關參數

架橋機自重：185 t。

預制混凝土梁（板）自重：按200 t重量計算。

螺桿公稱直徑d（或D）：140 mm（即設計牙型外螺紋大徑，壁厚22 mm）。

螺距p=14 mm。

螺紋小徑d1=126 mm。

螺紋中徑d2=133 mm。

螺紋牙底寬度b=8.876 mm。

螺紋工作高度h=7 mm。

螺旋升角ψ=1.92 deg。

牙型傾角β=15 deg。

摩擦系數f=0.15。

當量摩擦系數fv=0.155。

當量摩擦角ψv=8.83 deg。

2.2螺紋抗擠壓驗算

架橋機自重185 t，預制混凝土梁（板）自重200 t，架橋機單側單個支腿受力f1=185/4=46.25 t，考慮架設最邊跨時，架橋機單側單個支腿承受梁板全部重量f2=200/2=100 t，故f=46.25+100=146.25 t，而軌道系統支撐支腿組間距為90 cm，架橋機支腿滑輪組間距為45 cm，則軸向力為：

F=146.25/2/2+146.25/2/4=54.84 t （1）

考慮2的安全系數，則F=54.84×2=109.68 t。

把螺桿或螺母的螺牙拉直后相當于一個錐形的懸臂梁，抗擠壓是指螺母的內螺牙與螺桿的外螺牙之間的擠壓應力，其不應超過許用擠壓應力，否則就會產生因擠壓應力超過允許擠壓應力導致的螺牙破壞［2］。內外螺牙相結合的螺紋圈數為z，z取值8，則驗算計算式為：

σp=FA≤［σp］ ]（2）

FA=Fπd2hz （3）

若?。郐襭］=［σ］，則有F πd2hz=1 096 8003.14×133×7×8=46.89MPa＜［σ］=355MPa，滿足條件。

2.3螺紋抗剪切強度驗算

螺桿τ=Fπd1bz=1 096 8003.14×126×8.876×8=39.05MPa＜［τ］=201MPa，滿足條件。

螺母τ=FπDbz=1 096 8003.14×140×8.876×8=35.13MPa＜［τ］＜201MPa，滿足條件。

2.4螺紋抗彎曲強度驗算

把螺桿或螺母的螺牙拉直后相當于一個錐形的懸臂梁，危險截面為螺牙根部斷面，每個螺距的螺牙承受的作用力平均為F/z作用在中徑的圓周上，則螺牙根部危險剖面的彎曲強度條件為：

螺桿：σb=MW=Fz·d-d22πd1b26=3Fhπd1b2z≤［σb］，即3×1 096 800×73.14×126×8.8762×8=92.37MPa＜［σb］=335MPa，滿足條件。

螺母：σb=3FhπDb2z≤［σb］，即3×1 096 800×73.14×140×8.8762×8=83.13MPa＜［σb］=335MPa，滿足條件。

2.5螺紋自鎖性能驗算

自鎖條件為ψ＜ψv，計算得：

ψ=atannpπd2

=atan143.14×133=atan（0.033）=1.89°

ψv=atan（fcosβ）

=atan0.15cos15°=atan（0.155）=8.81°

ψ＜ψv，滿足條件。

2.6螺桿強度校核

σ=FA=Fπ4（d22-d12）=1 096 8003.144×（1222-962）=246.51MPa＜［σ］=335MPa，滿足條件。

2.7螺桿桿件受壓穩定性

已知系統最長支撐腿桿件長度L=1 250 mm，軸向力F=1 096 800 N，則：

r= d22+d12 4= 1222+962 4=38.8 mm

λ=lr=1 25038.8=32.2 ，查《路橋施工計算手冊》附錄三取ψ=0.88，可得σ=FA=Fπ4（d22-d12）=1 096 8003.144×（1222-962）=246.51MPa＜0.88［σ］=295MPa，故支撐管受壓穩定。

綜上計算，該設計支撐結構部分的螺紋抗擠壓、抗剪切、抗彎曲、自鎖性、螺桿強度及受壓穩定性皆合格，滿足使用要求。

3實際應用

新型前橫移軌道梁與架橋機架梁傳統施工方法的區別主要在架橋機就位及過孔環節，其余與傳統施工方法一樣，該設計在過孔時主要步驟如下：

在施工現場使用起重機械輔助，根據蓋梁橫坡及寬度選用合適長度的調整螺桿，在起重機械作業半徑范圍內就近將新型前橫移軌道梁拼裝成一體，并將其安裝固定至架橋機前支腿上。

吊裝混凝土預制梁，架橋機攜前支腿及新型前橫移軌道梁前移至規定位置，落下前支腿至規定位置，解下斜拉掛繩，調節各個調節螺桿使本發明與蓋梁接觸無間隙，并使架橋機前橫移軌道水平，同時保證每根調節螺桿下端的凸球面結構與底座凹球面結構之間球鉸的圓弧面接觸無間隙，然后進行混凝土預制梁的吊裝。

2014年，梧州至柳州高速公路土建工程№7合同段建設期間，橋梁工程多為深溝高架橋，橋梁總長占路線總長的47.39%，預制混凝土梁共2 694片，各種跨徑合計520余跨。采用新型前橫移軌道梁改進后的雙導梁架橋機，能保證每天架設一跨，為項目節約工期保守估計達100 d，同時提高了安全保障，工人勞動強度降低。

2016年，河池至百色高速公路土建工程№10合同段有16座高架橋，最高的約70 m，項目采用新型前橫移軌道梁改進后的雙導梁架橋機，亦能保證每天架設一跨。

2020年，新的《公路工程橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）實施，對于架橋機過孔作出了新的規定，不允許使用混凝土梁作為配重進行過孔，新型前橫移軌道梁的自重小，給過孔帶來了較好的操作體驗。

4結語

在公路施工中，采用雙導梁架橋機架設混凝土預制梁是常見的施工方法之一，本文介紹的新型前橫移軌道梁在充分考慮架橋工藝的同時，結合工程實際條件進行優化創新，在安全、經濟、質量、效率上都取得了較好的實際成效，值得進一步推廣應用，并為相關設備創新研究提供參考。

參考文獻［1］ 張坤球，施炳前，姚青云，等.無級調節球鉸式多支腿架橋機前橫移軌道系統［P］.中國：ZL 2015 1 0706758.1，2017-01-25.

［2］陸萍.機械設計基礎［M］.濟南：山東科學技術出版社，2003.

作者簡介：韋大川（1984—），工程師，主要從事鋼結構技術管理與研究工作。