DJ系列架桥机架设铁路T梁的横向失稳风险分析

李世龙

(中铁二局集团新运工程有限公司， 成都 610031)

DJ系列架桥机架设铁路T梁的横向失稳风险分析

李世龙

(中铁二局集团新运工程有限公司， 成都 610031)

在铁路T梁架设施工技术领域，DJ系列架桥机具有许多轮轨式铁路架桥机无法相比的技术优势，但因其结构和架梁工艺的特殊性，该类型架桥机潜在的倾覆失稳风险必须引起施工单位的高度重视。本文对DJ系列架桥机架设铁路T梁的横向失稳风险进行分析和研究，结果表明，该类型架桥机在架设边梁作业过程中，架桥机自身的横向稳定性较差。利用桥面湿接缝预埋钢筋对二号柱的横移轨道进行加固，可以提高架桥机的横向稳定性，对于确保架梁施工安全具有重要意义。

铁路T梁； 架桥机； 横向失稳； 风险分析

DJ系列架桥机是本世纪初我国自主研制的兼具公路和铁路桥梁架设功能的专用设备[1]，目前主要有DJ168和DJ180两种型号，该系列架桥机用于铁路简支T梁架设施工时，可采用“先架后铺”方式施工，解决了传统轮轨式架桥机[2]架梁受铺轨进度制约的技术难题，具有全幅机械横移落梁功能，无论是单线还是双线铁路桥梁，无需人工移梁即可直接架设就位。尽管DJ系列架桥机具有轮轨式架桥机无法相比的技术优势，但其架梁施工和过孔作业所面临的倾覆失稳风险不容忽视，如何趋利避害将其倾覆风险降到最低成为研究课题，为此，本文以设计单位提供的数据资料为依据，对该型架桥机的横向失稳风险进行了分析。

1 DJ系列架桥机结构及其架梁工艺

1.1 架桥机结构[3]

DJ系列架桥机为单主梁四支腿结构型式，其结构主要由零号柱、一号柱、二号柱、三号柱、机臂、曲梁、上横移油缸、起重小车(也称吊梁小车)、横移轨道、动力装置、液压系统及电气控制系统等组成，如图1所示。机臂底部焊接有齿条，与吊梁小车上部的驱动齿轮互相啮合。零号柱位于架桥机最前端，为三级伸缩圆管结构，通过上部法兰与机臂固定连接。三号柱位于架桥机最后端，通过托架与机臂固定连接。零号柱和三号柱均为辅助支腿，二者的作用主要是为一、二号柱与机臂换步纵移过孔提供临时支撑，确保架桥机顺利过孔就位。架梁作业时，机臂主要由一、二号柱承载受力。一号柱为两柱两级伸缩门式立柱结构，二号柱为四柱两级伸缩结构，一、二号柱均通过曲梁过渡并与机臂形成移动副联接关系，既可沿机臂纵向移动，也可与机臂插销锁定。一、二号柱下部均设有变频调速的横移机构，可分别沿一号柱和二号柱柱体下方的横移轨道左右移动，实现整机横移功能。两台起重小车上面均设有驱动齿轮，既可沿机臂底部齿条纵向运动实现吊梁纵移功能，也可分别与一、二号柱锁定，驱动机臂或一、二号柱相对运动实现换步纵移过孔功能。

图1 DJ180型架桥机

1.2 架梁工艺原理

架桥机由运梁车驮运到前方的施工现场进行对位，运梁车返回制梁场(或工厂)装载T型桥梁[4]后经线路路基或已铺轨道驮运至架梁施工现场。由架桥机前起重小车取梁、拖梁，运梁车配合喂梁，之后两台起重小车同时吊梁纵移至前方的待架桥孔。架桥机通过一、二号柱下部的横移轨道进行整机横移，一、二号柱上部的横移油缸也可对机臂进行横移调整，从而调整待架梁的纵向和横向位置，实现桥梁与墩台的准确对位。梁片落梁就位后进行灌浆以锚固桥梁支座，再用同样的方法架设并排的其他梁片。同一孔桥的梁片架设完毕进行横向连接[5]，之后，架桥机的机臂和支腿采用换步纵移方式完成过孔作业，准备架设下一孔桥梁，如此循环完成铁路桥梁的架设施工。

2 架桥机的横向稳定性分析[6]

2.1 施工荷载分布特征

DJ系列架桥机正常架梁时，一号柱通过其横移轨道支撑于桥墩或桥台(末孔梁架设工况)上面，二号柱通过两根平行的横移轨道支撑在已架梁片端部位置(如图2所示)。待架梁片的重量通过吊梁小车、机臂分别传递给一号柱和二号柱，再由一号柱和二号柱将施工荷载分别传递至桥墩和已架梁片的端部。由于二号柱更靠近架桥机的机臂重心位置，机臂的大部分重量由二号柱承担，因此，二号柱下方梁片比一号柱下方桥墩承受的施工荷载要大得多。

图2 DJ180架桥机架设双线铁路桥

DJ系列架桥机架设边梁时，起重小车吊梁纵移到位后必须进行整机横移才能落梁就位。整机横移过程中，架桥机的重心随之横向移动，整机横移到位后，二号柱在梁面的支撑位置及状态如图3所示。

图3 二号柱受力及施工荷载分布(mm)

显然，架桥机向左侧横移后，P1大于P2，架桥机向右侧横移后，则P2大于P1。根据设备制造商提供的数据资料[7]，DJ180型架桥机架设32 m梁时，当架桥机整机横移至落梁位置时，二号柱横移轨道下方两侧钢垫箱处的支反力分别为：P1=79.6 t，P2=4.05 t。P1和P2即已架梁片上的施工荷载。由此数据可以看出，架设边梁时，同一孔桥左右梁片上的施工荷载并不对称，而且相差悬殊非常大，但这是该类型架桥机无法避免的工况特性。

2.2 最不利工况分析

DJ型架桥机为结构庞大的起重设备，不仅自身重量大，吊重荷载大，而且重心较高，架梁状态主要由一、二号柱支撑和承受荷载。整机横移运动时其重心随一、二号柱同步横移，当二号柱横移超出钢垫箱的外侧时，横移轨道由简支状态转换为悬臂状态承载受力。架设边梁时还需要机臂负载二次横移方能到达落梁位置，此时二号柱的走行梁作用于横移轨道悬臂端的轮压F1 远大于另一端的轮压F2，因此构成了架桥机横向失稳的风险。显然，随着走行梁车轮横移越靠近悬臂端外侧，二号柱失稳的危险性就越大。一号柱与二号柱的支撑受力状况有所不同，其横移轨道支撑于前方桥墩上面，横向支撑位置几乎不受限制，不会出现悬臂状态受力的状况，因此，一号柱在横向方向是相对稳定的。

综上所述，对于DJ型架桥机的最不利工况为：架设边梁时，两台吊梁小车取梁并沿机臂纵移到位，整机横移和机臂横移至落梁位置时所处状态，此时二号柱为悬臂状态受力，存在横向失稳的可能性。

2.3 横向稳定系数计算

根据桥梁设计单位提供的资料，铁路桥的左右侧T梁腹板中心距为2 200 mm。由于T型梁片翼缘板越靠边沿其结构越薄弱，为了保护桥梁结构，桥梁设计单位对架桥机二号柱下方钢垫箱的安装位置作了严格限制，只能对称布置于已架梁片腹板正上方或其附近位置(见图3)，钢垫箱中心距最大允许值为2 400 mm。下面对其最不利工况(即架设边梁工况整机横移到位且机臂横移至其极限位置时)的横向稳定系数进行计算。

根据设备制造商提供的数据，最不利工况时DJ180型架桥机的二号柱走行梁下方车轮的轮压分别为：F1=63.3 t，F2=21.7 t。由于F1作用于横移轨道的外悬端，对架桥机构成横向倾覆力矩。由图3可知，倾覆力F1的作用臂长L1=0.65 m，平衡力F2的臂长L2=2.35 m，故有：

倾覆力矩：Mq=F1×L1=63.3×0.65=41.5 mm

平衡力矩：Mp=F2×L2=21.7×2.35=50.9 mm

横向稳定系数：n=Mp÷Mq=50.9÷41.5=1.23

计算结果表明，DJ180架桥机的二号柱在最不利工况下的横向稳定系数仅为1.23，横向稳定系数小于1.3，由此可以得出二号柱的横向稳定性较差的结论。如考虑客观存在的动载、冲击、风荷载等不利因素，二号柱的横向稳定性实际上更差。二号柱为架桥机的主要承载构件，其横向稳定性直接关系整机的横向稳定性，因此该型架桥机的横向稳定性较差。

3 DJ系列架桥机事故案例

3.1 事故经过

2015年5月26日，在黑龙江哈尔滨市宾县常安镇境内，某公司架梁队在哈佳铁路(哈尔滨-佳木斯)3标枷板河特大桥工地采用DJ180型架桥机进行架梁施工，在96号墩至98号台进行过孔作业时，架桥机失稳向前倾覆，造成人员伤亡和架桥机严重损坏事故。

3.2 原因分析

事故发生后，地方安监局、项目业主以及有关专家代表组成的调查小组经过现场核实分析，导致本次事故的直接原因是：未对架桥机机臂进行调平(机臂前后存在440 mm高差)，且作为主要受力支腿的一号柱未采取防失稳(临时锚固或斜撑)保护措施。在此情况下架桥机整机结构处于极其不稳定状态，进行过孔作业发生前倾失稳事故在所难免。笔者以为最根本的原因是使用单位对该型架桥机工况特性的分析、研究不够且技术措施不够完善。

4 防止架桥机横向失稳的技术措施[8]

通过以上数据分析可知，DJ系列架桥机架梁时存在的架桥机自身横向失稳倾覆风险不容忽视，采取以下措施可以有效防止架桥机横向失稳。

(1)架桥机过孔后在支撑一、二号柱前，先将柱体下方的横移轨道调整水平且支垫牢固，避免横移轨道左右高低不平形成坡度，防止架桥机整机沿一、二号柱的横移轨道发生横向溜移现象，以避免坡度因素对架桥机的横向稳定性造成不利影响。

(2)对二号柱横移轨道进行临时加固，具体方法是利用已架桥梁作为锚固装置，采用卸扣和双头螺栓组合调整方式将二号柱的两根横移轨道收紧使之牢牢地锚固于桥面(如图4所示)，该方法简单易行且不影响施工作业，对于提高二号柱的横向稳定性作用大，效果明显。

(3)为防止架桥机整机过度横移导致横向倾覆事故，必须在横移轨道端部设置行程限位装置，采用电气开关闭环控制和机械止挡限位相结合的方式可以实现此功能。实际上DJ系列架桥机均设计有此装置，使用单位应经常检查并在空载情况下测试电气限位开关的可靠性和灵敏度。

图4 二号柱横移轨道临时加固

5 结束语

对于架桥机这种结构庞大、重心较高的特种设备而言，任何工况下都必须保证其纵向和横向结构均处于稳定状态。本文仅对DJ型架桥机的横向稳定性进行了分析，通过数据分析得出，DJ系列架桥机架设边梁工况的横向稳定性是比较差的。使用该型架桥机时必须采取适当的技术措施防止其横向失稳倾覆，更为重要的是使用单位要清楚地认识到这些失稳风险的根源。

[1] 邯郸中铁桥梁机械有限公司.公铁两用架桥机：中国 ZL 2008 10055209.2[P].2010-11-10. Handan China Railway Bridge Machinery Co.,Ltd.Road& Railway Purpose Bridge Erecting Machine:China ZL 2008 1 0055209.2[P].2010-11-10.

[2] GB/T 25335-2010 铁路T梁架桥机[S]. GB/T 25335-2010 Railway T-grider Eecting Machine[S].

[3] 李世龙.DJ180型公铁两用架桥机关键技术及其应用[J].高速铁路技术,2014,5(5):51-55. LI Shilong.Key Technique and Application of DJ 180 Road & Railway Purpose Bridge Erecting Machine[J].High speed railway technology,2014,5(5):51-55.

[4] TB/T 3043-2005 预制后张法预应力混凝土铁路桥简支T梁技术条件[S]. TB/T 3043-2005 Technical Specification of Precast Post-tensioned Prestressed Concrete Simple-supported T-grider For Railway Bridge[S].

[5] 铁建设[2006]181号，铁路架桥机架梁暂行规程[S]. TIE Jian She [2006]181,Railway Bridge Rack Beam Provisional Rules[S].

[6] 尹卫.JQ600型箱梁架桥机架梁稳定性分析计算[J].建筑机械，2004,25(2):68-70. YING Wei. Stabilities Analysis and Calculation of JQ600 Box Bridge Erecting Machine The [J].Construction Machinery,2004，25(2):68-70.

[7] 邯郸中铁桥梁机械有限公司.DJ180型架桥机施工荷载计算书[Z].邯郸：邯郸中铁桥梁机械有限公司，2008. Handan China Railway Bridge Machinery Co.,Ltd.Constrution Load Handbook of DJ 180 Type Bridge Erecting Machine[Z].Handan：Handan China Railway Bridge Machinery Co., Ltd，2008.

[8] 王心利.双梁式架桥机横向稳定性分析及防止倾覆的措施[J].铁道工程学报,1999,16(2):104-107. WANG Xingli.Lateral Stability Analysis of Double-Beams Bridge Erecting Machine and Measures to Prevent Overturning[J].Journal of Railway Engineering Socity,1999,16(2):104-107.

收稿日期：2016-03-23

作者简介：李江(1984-)，男，工程师。

文章编号：1674—8247(2016)05—0042—05

Lateral Instability Risk Analysis of DJ-series Bridge Erection Machine Erecting T-type Railway Beams

LI Shilong

(China Railway Erju Group Corporation, Chengdu 610031, China)

In railway T-type beam erection construction technology field, compared with other types of rail mounted erecting machine, DJ-series bridge erecting machine has a lot of technology advantages. Also, because of particularity of its structure and erecting technology, there are some potential lateral instabilities risks, which the construction companies have to pay special attention to. In this article, the lateral instabilities risks of DJ-series railway beam erecting machine are studied. It shows us that, during the bridge erecting procedures, the erecting machine’s stability is quite poor, which can be enhanced by reinforcing the transverse moving track of pillarⅡ, this will improve the stabilities and ensure the girder erecting construction safety.

T-beam of railway； bridge erecting machine； lateral instability； risk analysis

2016-04-27

李世龙(1970-)，男，工程师。

1674—8247(2016)05—0039—03

U445.468

A