复杂工况下拆解450 t提梁机的稳定性分析与计算*

焦 仁 钊

(中铁十八局集团第三工程有限公司, 河北　涿州　072750)



复杂工况下拆解450t提梁机的稳定性分析与计算*

焦 仁 钊

(中铁十八局集团第三工程有限公司, 河北涿州072750)

津秦铁路客运专线新立梁场位于天津市东丽区新立镇东大桥村，提梁站紧邻既有津山铁路，提梁机安装高度35m，提梁机支腿高29m，距离既有铁路护栏21.4m，并且地质条件差，地基承载力低。为防止450t提梁机在安装拆解过程中倾覆，造成铁路安全事故，通过主要机具选择、场地地基承载力检算，大型主吊机起重能力计算，支腿缆风绳受力，地锚技术要求、垫块计算等方面来阐述在复杂工况下拆解450t提梁机时施工机具的稳定性分析与计算。

复杂工况；450t提梁机；稳定性

近年来，随着国内高速铁路客运专线大规模的建设和发展，桥梁结构在线路中占据的比例越来越大，并且线路走向基本上与既有铁路相平行。为节约施工成本，减少施工难度，保证建设质量，900t预制箱梁结构在桥梁结构中得到了广泛的应用。目前在高速铁路客运专线建设中，临近平行既有铁路线的桥梁越来越多，受场地狭小限制，地质条件差等影响，900t预制箱梁提架设备在拼装拆解过程中，为防止吊装设备时倾覆而发生安事故，在拆解450t提梁机时，确保设备机具的稳定性显得尤为重要。

一、工程概况

中铁十八局集团新立制梁场负责津秦铁路客运专线塘沽西跨京津塘高速公路特大桥共计268榀的箱梁预制，新立梁场位于天津市东丽区新立镇东大桥村，提梁站位于既有津山铁路北侧，并且平行于津山铁路，津秦客专里程为DK22+92.22-DK22+283.22，津山铁路里程为K167+884-K167+697。该梁场450t提梁机由郑州大方设计制造，结构由主梁、刚性支腿、柔性支腿、端横梁、起重小车、大车行车机构、控制系统等组成。主梁为双箱梁结构，小车机构在主梁轨道上运行。安装高度35m。主梁长度为41m，提梁机跨距为36m，结构总重约为273t，整机重量420t。提梁机支腿高29m，宽17.1m，距离既有线护栏21.4m，运行长度187m。为保证既有津山铁路的运营安全，因此提梁机安装拆解需在长187m，宽60m的施工场地区域内进行，并需要做好防倾覆措施。其中各部位重量为：单根主梁总重75t，刚性支腿65t，柔性支腿45t，起重小车68t。

二、拆解工艺及防倾覆措施

拆解工艺：拆钢丝绳锁绳机构及吊具→拆电气及供电设备起吊小车拆解→主梁及端横梁拆解→刚性支腿拆解→柔性支腿拆解→主梁、支腿框架地面拆解[1](P34-35)。

拆解过程中，支腿每侧采用两根缆风绳固定，缆风绳采用2.5×2.5×2m混凝土埋入式地锚固定，靠既有线侧柔性支腿采用2.5×2.5×2m混凝土立方体活动地锚，活动地锚外侧距离既有线路堤坡脚线最小距离6m。另一侧采用固定地锚，固定地锚提前埋设到位，活动地锚提前吊装到位。地锚吊装时，离地约10cm低位运行至设定点，提梁机拆解时派专人对地锚进行监控，发现地锚位移时，立即停止施工[2](P28-29)。

三、拆解过程中的稳定性分析与计算

(一)主要吊装机具选择

450t提梁机具有跨距大，设备高，重量大等特点，根据现场状况和类似工程经验，主要吊装机具选择如下：200t和300t汽吊各一台为主吊装机具，一台80t汽吊配合吊装。为确保吊装安全，汽车吊车地脚采用铺设钢板的方式，增大承载力，钢板尺寸为2.5×2.5m汽车吊专用支垫，支垫由20mm厚上钢板、双向16号槽钢满覆、20mm厚下钢板组成，支垫自重10t。300t汽吊自重167.5t，极限情况下，单支点最大压力83.75t。

(二)场地基础承载力检算

根据新立梁场工程地质勘察报告，原土层由上至下分别为黏土，淤泥质粉质黏土，粉质黏土。其淤泥质粘土的地基承载力为100kPa，无法满足实际施工要求，为此，提梁站场地已经进行过换填加固处理，厚度为1m级配碎石进行换填，并浇注0.3m的C40混凝土基础，浇筑宽度为11m。

支垫承受荷载，应力扩散至粘土层，计算扩散范围a值为：

a=2.5+0.2×tan45°×2+0.6×tan30°×2=3.59m

本地段是施工地段便道，根据建筑地基基础设计规范(GB50007-2002)第5.2.8条，对于沉降已经稳定或经过预压的地基，可适当提高承载力。粉质黏土部的地基承载力为100kPa，按1.3倍系数计取该段地基承重： P=3.59×3.59×1.3×100=1675.5kN﹥837.5kN，因此地基承载力满足要求。

(三)选用200t、300t主吊机起重能力计算

选用两台吊机抬吊箱型梁和刚性支腿。主梁的安装高度为35m，选用的200t汽车吊回转半径8m，臂长调整为39.1m，根据吊机的回转半径图表，该状态下单台最大起重量为45t。选用的300t汽车吊回转半径8m，臂长调整为40.9m，根据吊机的回转半径图表，该状态下其单台最大起重量为57t。

两机起重量为45+57=102t，两台抬吊折合系数取为：0.8，两机起重量：102×0.8=81.6t，两机安全起重量：81.6t>主梁75t，可以安全满足主梁的吊装需要。

刚性支腿安装高度为32m，吊装时，调整200t吊机回转半径为10m，臂长为39.1m，根据吊机的回转半径图表，该状态下吊机的起重量为40.5t。调整300t吊机回转半径为10m，臂长为40.9m，根据吊机的回转半径图表，该状态下吊机的起重量为54t，两机起重量为40.5+54=94.5t。两台抬吊折合系数取为：0.8，两机起重量：94.5×0.8=75.6t，两机安全起重量：75.6t>刚性支腿重量65t。可以满足刚性支腿的安全吊装。柔性支腿重量为45t，远小于刚性支腿重量，满足安全吊装要求，不再另行计算。

(四)支腿缆风绳受力估算及选型

刚性支腿重量：G刚=65t，高32m；柔性支腿重量：G柔=45t，高32m；单根主梁重G梁=75t。

风载荷力：因安装要求规定6级以上大风禁止安装，按10年一遇，查天津地区风压值W0=0.3kN/m2， FWH=K0×K1×K3×WdAWh，Wd= (K2×K5)2W0，FWh-横桥向风荷载标准值/kN，Wd-设计基准风压/kN/m2， K0-设计风速重现期换算系数，K1- 风载阻力系数，K3-地形、地理条件系数，K2-为考虑地面粗糙度类别和梯度风的风速高度变化修正系数；K5-为阵风风速系数，AWh为刚性支腿最大迎风面积，根据厂家提供数据，AWh=90m2，由公路桥涵设计通用规范(JTGD60-2004)可知，K0取1.0，K1取1.5，K3取1.0， K2取1.2，K5取1.38，故：

FWH=K0×K1×K3×WdAWh=K0×K1×K3×(K2×K5)2W0AWh=1.0×1.5×1.0×(1.2×1.38)2×0.3×90=1.5×2.74×27=111kN

根据厂家提供数据，揽风绳与水平面成41°角斜拉，考虑重心水平偏移量为0.63m，再考虑吊装主梁时对支腿的垂直碰撞，计算时加上主梁重量。风力作用重心的取值，因支腿为上小下大的梯形状，为保证安全，取支腿的高度31m的3/4处为风力作用重心。则缆风绳内侧拉力F总拉 可由正式计算：

F总拉=[(G刚+G/2)×0.63+ FWH×31×3/4]/ 25.85×cos41，代入相应数据可得：

F总拉=[(851+355)× 0.63+111×23.25]/(25.85×cos41) =(759.8+2580.8)/(25.85×0.755)=156kN

两条缆风绳平面夹角28°，故单根缆风绳的拉力：F拉= F总拉/2cos14=156/(2×0.97)=80.5kN。

根据受力分析，以缆风绳所受拉力为依据选择钢丝绳，按4倍安全系数计算：F拉绳≈80.5×4=322kN，缆绳选用φ28-6×37的钢丝绳。查建筑设计施工计算手册可得钢丝绳的最小破断拉力为412kN，大于了322kN，故满足使用要求。

柔性支腿重量约为刚性支腿的一半，以上结论同样可以满足柔性支腿安装需要，不另做计算。

(五)地锚技术要求

刚性支腿吊装中采用埋设重力式锚碇，规格为2.5×2.5×2m，拉索与锚的夹角为41°。

倾覆稳定验算可根据路桥施工计算手册第473页的重力式稳定性验算公式进行：

KM=M稳/M倾=(G×L/2)/[(Fy拉×L/2)+ F拉×h]=2.5×2.5×2×25×1.25/(88.2×1.25×sin41°+88.2×2sos41)=390.6/(72.3+133.1)=1.9>1.4，满足要求；

上拔力安全系数：KV=G/ Fy拉=2.5×2.5×2×25/(88.2×sin41°) =5.4>2，满足要求；

活动摩擦系数取f=0.4，进行抗滑稳定性验算：Kh=Hf/HT=(G-Fy)f/ Fx拉

=(2.5×2.5×2×25-88.2×sin41)×0.4/(88.2×cos41)=1.53>1.4，满足要求。

柔性支腿吊装中靠既有线一侧采用重力式锚碇，其规格与上同为2.5×2.5×2m，柔性支腿重量约为刚性支腿的一半，F柔拉

(六)垫块计算

采用200t、300t汽吊支腿专用垫块，由于300t承载能力大，因此只计算300t汽吊的情况。垫块承受载荷为83.75t，上下盖板厚20mm，两盖板净间距为160mm，中间夹16号槽钢，槽钢间距为250mm。

此处主要验算槽钢受压强度：F=837.5/2.5=335kN/m，弯矩验算为悬臂状态，则：M=1/2×F×l2=0.5×355×2502=11 093 750N/m，查16号槽钢的截面矩Wx=116 800mm3，则：σ=M/W=11093750/116800=95MPa<205MPa，满足要求。

四、结　语

津秦铁路客运专线新立梁场450t提梁机在拆解过程中，通过各种施工机具在不同的状态下的受力计算，稳定性均能够满足抗倾覆能力的要求，能够保证在拆解过程中不侵入既有铁路线内。此外，由于提梁机拆解施工属于临近营业线施工，施工前所有施工人员应对拆解方案及工艺进行了解，熟悉操作过程和具体步骤。在施工过程中，任何人不得随意改变施工方案的作业要求，如有特殊情况进行调整，必须通过一定的程序以保证整个施工过程安全，并制定相应的应急救援预案，以确保营业线的运营安全。

[1] 徐光兴,李朝红,崔巍.MT450/38型轮轨式提梁机[J].工程机械,2009(5).

[2] 王斌华,邵雨虹,吕彭民.基于ANSYS的450t提梁机结构有限元分析[J].筑路机械与施工机械化,2011(6).

StabilityAnalysisandCalculationonDisassemblingMachine450tGirderUnderComplicatedWorkingCondition

JIAORen-zhao

(The3rdEngineeringCo.,Ltd,the18thBureauofChinaRailwayEngineeringCorporation,Zhuozhou072750,China)

JinqinpassengerrailwayinXinligirderplantislocatedinDongdaqiaoVillage,XinliTown,DongliDistrict,Tianjin,whichisnexttoJinshanRailway.Thegirdermachineis35metershighwith29metershighofsupportinglegs.Itisonly21.4metersawayfrombothrailfences,andhasthedisadvantagesofpoorgeologicalconditions,andlowbearingcapacity.Inordertopreventthe450tonsgirderfromcapsizingintheprocessofinstallationanddismantlingwhichcausestherailsafetyaccident,wemakethestabilityanalysisandcalculationondisassemblingmachine450Tgirderundercomplicatedworkingconditionthroughselectingmainequipment,checkingthefoundationbearingcapacity,calculatingtheliftingcapacityoflargemaincrane,thewindropestressoflegcable,thetechnicalrequirementsofanchoring,andtheblock.

complicatedworking; 450tgirdermachine;stability

2015-08-18

焦仁钊 (1981-)，男，山东曹县人，工程师，主要从事公路与铁路施工技术研究。

U455.3

A

1672-2388(2016)01-0017-03