大坡度条件下T梁单导梁架桥机的改装设计与应用

刘林生

(中铁十九局集团第五工程有限公司，辽宁 大连 116100)

0 工程概况

阿尔及利亚东西高速公路(中段)18 km桥工程是宽度为2×13.75 m的高架桥，上部结构采用36.1 m的预制预应力混凝土T形梁。桥面宽度组成:0.75 m(BN4－16t护栏)+12.00 m(行车道)+2×1.0 m(中央分隔带)+12.0 m(行车道)+0.75 m(BN4 －16t护栏)=27.5 m。单幅桥面宽13.25 m，横向布置7片梁，梁间距1.95 m。全桥共13跨，合计182片T梁。该桥梁纵坡达5%，且由于受场地限制无法采用吊车抬吊架设，只能采用架桥机架设。而普通的架桥机当坡度超过3%时，起吊天车的刹车动力无法抵抗预制梁的前冲动力，会造成架桥机失稳，引起安全事故［1］。因此，大坡度桥梁架设施工成为该工程施工中的关键和难点。

1 桥梁施工方案选择

1.1 方案选择

目前，大坡度桥梁架设有三种方案可供选择［1-4］，订制适应纵坡5%架设要求的架桥机，采用吊车抬吊架设，改装现有架桥机。然而，由于场地限制本工程无法采用吊车抬吊架设，只能从另外两种方式中进行比选。

订制新的架桥机，其设计、加工由专业厂家来完成，实用性能和施工安全性可得到保障。在经济方面，购置新机需要一次性投入巨额费用，同时造成原有架桥机的闲置，经济上浪费。从施工进度方面考虑，由于新架桥机订货、加工、运输、现场拼装需要一定时间，影响工程施工进度，致使无法按时完工。改装现有架桥机，应使得架桥机在过孔和架设时充分保持水平，需要解决架桥机前后支腿高差过高问题，有一定的技术难度。但此方案可免去一次性购置新架桥机的巨额投入，改装费用较低、工时少，自主改装方便、快捷，可以立即投入使用，施工安全同样有保障。同时使原有设备得到充分运用，减少了设备折旧费。

综合上述分析，最终采用现有架桥机改装方案，根据实际施工环境，对现有架桥机进行改装，并对改装后的架桥机进行受力分析、结构计算，使得各项要求在允许范围之内，满足施工安全要求。

1.2 架桥机改装设计思想

通过对原有桥机的改装，在不破坏现有架桥机结构条件下，能够适应线路5%的最大纵坡架梁要求，需要解决架桥机前后支腿高差过大问题，使架桥机在运行过程中能保持平稳，并争取在满足受力和使用安全的前提下，使得原架桥机的各项技术指标能有所提高［3］。

2 改装技术措施

为满足大纵坡条件下架梁作业要求，对现有架桥机进行改装的主要内容包括:前支腿加高、加长主梁、主梁加固、铰支座改造、马鞍装置改造等。

2.1 前支腿加高

考虑各种材料的力学性能、经济性及市场加工方便性，横梁采用20#工字钢，横梁支架采用20#工字钢焊接，如图1和图2所示。横梁支架按桥面横坡2.5%设计，支架高度见表1。

表1 支墩高度参数 cm

前支腿属于轴心受压构件，需要对其稳定性进行验算，计算公式为［5］N/(φA)≤［σ］ (1)式中，N为轴心压力;φ为轴心受压构件的稳定系数;A为构件的毛截面面积;［σ］为钢材的抗压强度允许应力值(该支腿所用工字钢材料为Q235钢，其值取190 N/mm2)。

图1 前支腿加高示意

根据桁架自重及梁重，前支腿单边最大所受重量P=36.5 kN，单根工字钢轴心压力N取值为18.25 kN，A 为39.5 cm2，单根工字钢最大长度为 L0为75 cm，稳定系数由 λ=L0/i=94.2，查规范稳定系数表［5］得φ为 0.634，代入式(1)，得 36500/(0.634 ×3950)=14.5 ＜190。因此，前支腿稳定性满足要求。

2.2 架桥机长度的确定及架桥机抗倾覆验算

原主梁为53.5 m，决定将架桥机主梁加长20 m，对主梁进行抗倾覆验算。抗倾覆计算模型如图3所示，抗倾覆计算数据如表2和表3所示，配重采用2 m×1.35 m×0.88 m的钢筋混凝土块，质量约为6 t。

图2 前支腿加高支架(单位:cm)

图3 加桥机主梁加长20 m后的抗倾覆计算示意(单位:m)

表2 架桥机主梁加长20 m后的倾覆计算表

表3 架桥机主梁加长20 m后的抗倾覆计算表

根据表2，表3，倾覆弯矩M倾合计为4452.6 kN·m，抗倾覆弯矩M抗合计为7796.9 kN·m，抗倾覆安全系数K=M倾/M抗=1.75 ＞ 1.5，因此，主梁抗倾覆性能满足要求［6］。

2.3 悬臂过孔的验算

过孔时，辅支腿与主梁大悬臂过孔，到位后支撑起辅支腿后，再前移前支架到前台盖梁，见图4所示。

(1)主梁强度的计算。主梁截面如图5所示。主梁总长为73.5 m，过孔时悬臂长度为41.5 m，主梁的均布载荷为4.4 kN/m。辅支腿(包含前支腿G1和前支架G3)总重为42 kN。辅支腿产生的弯矩M辅=958.7 kN·m(单主梁)。悬臂主梁产生的弯矩M主=4167.8 kN·m。总的弯矩M总=M辅+M主=5126.5 kN·m。

图4 加桥机过跨示意(单位:m)

易知 WX上=22129 cm3，WX下=29328 cm3。因此，σ上=231.66 N/mm2＞［σ］=190 N/mm2，σ下=174.79 N/mm2＜［σ］。

由以上可知，上弦应力用的较足，悬臂根部节主梁上弦应补强。补强措施为腹板加2块12 mm厚钢板，底面各加一块10 mm厚钢板。此时WX上=32695.7 cm3，WX下=42626.6 cm3。上弦应力 σ上=138 N/mm2，σ下=106 N/mm2，满足要求。

(2)稳定性的计算。倾覆力矩M倾=553.2×104kN·m，稳定力矩(配重块按6 t考虑，两台起重小车及横梁质量18.4 t)M稳=950.3×104kN·m，稳定系数M稳/M倾=1.7，能够符合安全要求。

2.4 架桥机铰座改造

由于架桥机支座受力加大，对架桥机铰座进行了补强，以保证安全，改装后的铰座构造如图6所示。

3 方案效果

在架桥机过各跨时实测挠度如表4。

图5 架桥机主梁截面(单位:cm)

表4 架桥机过跨T梁挠度

图6 铰座改造示意(单位:mm)

由架桥机过孔T梁挠度测试结果表明，架桥机改造后其刚度符合要求。预制梁架设施工现已顺利完成，整个施工过程未出现任何质量、安全事故，实现了工期、质量、安全目标。

4 结语

通过加高架桥机前支腿，解决了架桥机前后支腿高差过大问题，使架桥机能够平稳工作。并通过加长主梁、主梁加固，铰支座改造和其他控制措施，有效地解决了大坡度桥梁架设的难题，也为以后类似的工程提供了相关的施工经验。同时也证明，在大纵坡条件下，对现有设备采取必要的技术改造，能够保证运架梁的速度、质量和安全。

［1］秦英斌，孙新海.改造架桥机适应大纵坡桥梁架设［J］.交通工程与安全，2010(9):26-28.

［2］曾祥茂.探讨大坡度桥梁架设施工新方法［J］.城市道桥与防洪，2010(8):125-126.

［3］罗永传，宋士新.30 mT梁单导梁架桥机的设计和应用［J］.公路与汽运，2004(6):107-109.

［4］李柯臻，夏建伟.改装架桥机和架设斜桥的经验与施工技术探讨［J］.湖南交通科技，2006(12):134-136.

［5］江正荣.建筑施工工程师手册［M］.2版.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［6］肖健.35 m跨度时EBG-150型架桥机的配重设置和抗倾覆安全系数的验算［J］.港工技术与管理，2002(6):35-37.