检测小车设计在实际工程中的应用

王 健

黄冈职业技术学院建筑学院（438002）

0 引言

武汉市江汉四桥（亦称月湖桥）是一座位于城市中心区的特大型城市桥梁，在距汉江河口4 km处跨越汉江。大桥北岸接汉口硚口路，与沿江大道、中山大道相交；南岸接汉阳琴台路，与月湖正街相交，大桥工程全长1 126.623m。月湖桥主桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥,江侧232m主跨一跨过江，岸侧边跨布置为（75.4+34+28.6）m，主桥全长370m,见图 1。

其中索塔为A型索塔，承台顶面以上塔高113.5m（桥面以上塔高为98.15m）。横梁以下为实体段，截面为6.63.3 m，横梁以上为空心箱型段，顺桥向宽6.6 m，壁厚1.0 m，横桥向宽3.3m，壁厚0.7m。索塔两侧扇形布置26对拉索，主跨梁上索距为8m，边跨梁上索距为3.4～8m。在索塔锚固区段布置预应力钢筋，并使预应力呈闭合环形，传递斜拉索的索力。主梁设计为预应力混凝土箱型梁:主跨为开口箱型断面，边跨为闭合箱型断面或实体梁段。梁高2.2m，全宽23.5 m。江侧主跨（232 m）和岸侧第一跨（75.4m）为薄壁箱型截面，岸侧第二跨（34m）、第三跨（28.6m）为实体截面。

月湖桥建成已使用多年,为保证月湖桥的正常运营和结构安全性，有必要制作桥梁检查小车方便对桥体进行检查。

1 “[”形检测小车设计方案

在主桥部分设计6套检查车。整个小车采用桁架式角钢车身、锚固限位装置、牵引移动系统组成。采用螺栓、焊接共同作用的连接方式。对L形转角处进行局部加强。

1.1 车身设计

月湖桥为独塔双面预应力混凝土斜拉桥。拉索锚固端离梁侧 750 mm，梁侧高912.8 mm，其中下锚头最大尺寸1 480×1 280×746.3×740mm。

由于实际条件的限制,并在节约成本的前提下最大程度的利用空间方便对梁体的检查，车身采用Q235L70×6角钢拼接而成,车身高4 100mm上架长1750mm，下架2 500mm。小车自重1 200 kg，设计荷载800 kg。设计最大拉力为84 694.9 N、压力为61 563.7 N。角钢截面面积:A=804mm2,最大应力 σ=105.4 MPa＜[σ]=216.19 MPa 满足要求。 长细比:λx=68.3，λy=77.95＜[λ]=150 满足要求。

1.2 连接设计

由于月湖桥路面情况复杂多变，小车工作是结构受力不稳定，为保证结构安全特小车采用螺栓、焊接协同作用的连接方式。

1.2.1 螺栓计算

1.2.2 焊缝计算

焊缝示意见图2。小车静载设计值N=84 694.9 N，节点板厚度6mm，材料Q235，焊条采用E43角焊缝强度设计值=160 n/mm2,最小焊角尺寸hf,min=3.68mm，角钢肢尖处hf,max=5～4mm，角钢肢背处hf,max=7.2mm，焊角尺寸都取5mm。N1=k1N=49 683.9 N，N2=k2N=21 293.1 N。焊缝计算长度:肢背lw1=104.4，肢尖lw2=44.7。最小焊缝长度为:8hf=40 mm，最大焊缝长度为:60hf=300mm。焊缝满足要求。则实际长度l1=lw1+2hf=114.4，焊缝取 120mm，l2=lw2+2hf=54.7，焊缝取 60mm。

1.3 节点设计

由于小车形状及受力的特殊性，在小车“L”转角处容易出现较大的扭矩，对结构的稳定及安全性有很大的影响。特对上下转角节点进行局部加强。对上节点用厚10mmQ235钢板进行加强，下节点由于受力较大，采用安装钢板和斜拉杆进行加强。上节点示意图见图3，下节点示意图见图4。

1.4 移动系统设计

小车采用移动滑轮设计。在梁侧安装两排钢滑道，滑道采用[160×63×6.5/10槽钢垫底用L50×6角钢作为限位装置。在小车上安装两排滑轮,其中桥外侧滑轮为定位轮内侧滑轮为稳定轮。材料为铸铁+PU，内有加强骨，铸铁与PU厚度均为10mm以上，轮径为6寸（150mm），轮宽为64mm。部件由底板、转盘、支架、刹车件组成，底板厚12mm。承载力为1 000 kg/个。采用4套卷扬机带动各组小车移动工作。移动装置设计见图5。

2 结构设计计算

2.1 计算模型

采用MIDAS有限元程序进行计算分析。

1）车身模型计算。采用桁架单元模拟车身，板单元模拟节点板。加载时在小车最不利位置施加800 kg荷载。最大轴力出现在38号单元，最小轴力出现在138单元，最大位移4.21 cm。计算结果满足要求。

2）节点模型计算。节点板采用实体单元，边界条件采用车身模拟。各各节点边界条件取值见表1。计算结果表明：最大应力出现在3号单元，最小应力出现在94单元。最大变形量1.32mm。结构满足要求。

表1 各节点边界条件取值

2.2 分析结果

小车在最不利荷载下，最大变形量为8.259mm，最大拉应力与最大压应力均小于Q235的许用应力[λ]。拉杆最大拉力:84 694.9 N,最大压力:61 563.7N,小于允许拉力188 940N。结构满足稳定要求。

3 结语

武汉月湖桥检查小车设计结构简单、施工方便、经济适用、操作安全，对今后桥梁检查提供方便，可供以后类似工程借鉴。

[1]中国路桥集团.公路桥涵施工技术规范[M].北京:人民交通出版社,2001.

[2]刘士林,梁智涛,侯金龙,等.斜拉桥[M].北京:人民交通出版社,2002.

[3]王伯惠.斜拉桥结构发展和中国经验[M].北京:人民交通出版社,2003.