关于提梁机大型叠合主梁结构设计与应用技术浅析

石亮 贺水冰 原贞华

摘 要：随着国内外高铁交通建设发展，在全球范围内的大江大河、高山低谷、城市道路等不同的高铁桥梁施工工程中，提梁机作为目前普遍使用的吊梁设备，施工单位对提梁机的使用工况要求不尽相同。其中箱型结构、多节段拼装的主梁结构设计，具有其重量轻，运输办理、拆装方便的优越性，而叠合主梁结构的技术应用又进一步提升了提梁机的优越性。本文以雄安新区高铁架设项目900吨轮轨式提梁机钢结构主梁为例，探讨提梁机大型叠合主梁结构设计的关键技术，浅析叠合梁制造、应用技术的关键难题，同时引入叠合梁工厂生产制造中的工艺技术，进行综合性的分析论述。也为高铁箱梁架设所需要的“搬、提、运、架”一系列设备类似箱梁结构的设计、加工、制造提高技术借鉴和参考。

关键词：提梁机；叠合主梁；结构设计；生产制造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.12.095

0 概述

由我院为雄安新区高铁架设项目设计的450t提梁机2台为一套，由主梁、刚腿、柔腿、起重小车、大车机构、副起升机构及附属走到栏杆组成。2台提梁机配合起重额定起重量为900t，能满足铁路200～350km/h铁路客运专线32m、24m、20m预制双线整孔预应力箱形混凝土梁的提升、装卸施工。能与运梁车配合完成箱梁的装梁作业。能够用于运梁车、架桥机的组装，架设其行走轨道范围内所有的箱梁。能够配合完成运梁车和架桥机的调头，能够进行运梁车和架桥机的整机提升。

本提梁机项目主梁结构为我院首次采用叠合主梁结构形式设计，这种叠合形式国内少见，设计对结构样式、截面零件布置、上下层法兰面平面度、上下层法兰螺栓穿孔率、整体结构焊接变形控制远高于一般常见的箱型主梁结构，上下层法兰的螺栓孔布置设计更是严重关系到叠合梁的力学性能，本文将重点介绍叠合主梁上下层连接设计计算和叠合主梁拼装焊接工艺。

1 叠合主梁结构设计原理

1.1 叠合主梁结构设计

叠合主梁就是将主梁分为上下层拼装在一起，在弯曲变形过程中无相对错位，则叠合主梁横截面可以视作为整体。如图1所示为我院设计的双主梁叠合梁，总长49100mm，跨度46m，分为5节，总重约206吨。叠合主梁截面高4100mm，宽1212mm，盖板厚度25mm，腹板厚度12mm，上下层法兰板厚度20mm，上下层法兰通过螺栓连接，螺栓布置在主梁箱体内侧，以便于后续维修检查。上下层法兰采用M24-8.8的高强度螺栓连接，上下梁两侧腹板间螺栓各布置两排，螺栓沿主梁方向等间距布置。

1.2 叠合主梁上下层连接

叠合主梁由于竖向力的作用，会产生弯曲，通常在每个截面上将同时作用有弯矩和剪力。而主梁截面上的弯曲应力与该点到截面中心的距离有关，距离越大，弯曲应力越大。叠合主梁中心层位置所受的弯曲应力可忽略不计，因叠合主梁上下分层位于叠合主梁中心，则连接法兰只有剪力，没有弯矩引起的拉压应力。

叠合主梁横截面上的剪力主要由腹板承受，且因腹板的厚度远小于翼缘板的宽度，则腹板上的剪力可近似为均匀分布。

主梁横截面上的剪力主要由腹板承受，且因腹板的厚度远小于翼缘板的宽度，则腹板上的剪力可近似为均匀分布。因小车运行在主梁不同位置时，主梁上下分层法兰螺栓所受剪切力不同，需要选取小车位于主梁跨中和偏载一侧两种工况计算。

2 叠合主梁生产技术要点

2.1 叠合主梁下料

叠合主梁每个节段采用钢板焊接而成的箱型结构，内部设有隔板和加强筋。叠合主梁是提梁机的主要承载梁，需要具有足够的强度和刚度。本项目叠合主梁跨度为46m，需要有64+5mm上拱度，如图2所示。叠合主梁对于长度、水平旁弯、扭曲等参数也有一定的要求，且存在由大范围焊接导致的变形，需在零件下料时就开始进行把控。

腹板分五段下料，每段间留取5mm间隙，焊接后的成型上拱度为64+5mm，制造的工艺拱度根据制造工厂的实际情况确定。腹板在下料时，预设1‰×49100mm（总长）=49.1mm的焊接收缩余量，且要求焊接成型后總长为49100±10mm。下料时，两侧腹板坡口加工要求均为：内侧50°坡口，外侧留2mm钝边。如用气割加工坡口，需清理熔融金属挂渣、去除氧化皮，露出金属光泽。盖板分五段下料，每段间留取5mm间隙，预设1‰×49100mm（总长）=49.1mm的焊接收缩余量，且要求焊接成型后总长为49100±10mm。注意原则上，每一段主梁盖板、腹板不建议对接。如遇特殊情况，盖板、腹板也仅能在长度方向最多对接一次，且相邻腹板与盖板的对接焊缝需至少错开300mm。

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叠合主梁分为上下层法兰螺栓连接，法兰孔公差要求较高，采用先孔法或者后孔法均可操作；注意每根主梁两侧焊接时的焊接顺序等保持一致，尽量避免焊接后变形偏差。上下层法兰分为五段下料，每段间留取5mm间隙，预设1‰×49100mm（总长）=49.1mm的焊接收缩余量，且要求焊接成型后总长为49100±10mm。

2.2 叠合主梁组装拼焊

叠合主梁节段连接板加工要求连接板需要实现互换，节段连接板有条件的话采用钻模（钻模内加钻套）加工，如没有钻模，可每次加工三四块，第一次加工的连接板作为以后加工的模板，注意最好不要重复利用同一块连接板作模板。制作中，按照46m整体焊接完成后，拱度调整合格后，进行节段接头连接板钻孔，过程中注意按照图纸拱度放样尺寸控制，保证主梁预拱满足图纸要求；整个过程中，为了保障节段拆除或者安装后，主梁整体拱度不平顺，可以适当调节节段之间的间隙。

叠合主梁拼焊时，上下层分别在胎架上铆装后叠加在一起，调整拱度并检验合格后再焊接，焊接时注意上下层连接法兰采用U型夹或其他方式铆固，主梁两侧焊接时的焊接参数、焊接顺序及焊缝高度保持一致，焊接过程中防止上下层产生滑移。叠合主梁上下层法兰孔公差要求较高，采用先孔法或者后孔法均可操作；注意每根主梁两侧焊接时的焊接顺序等保持一致，尽量避免焊接后变形偏差。

3 结语

本项目的叠合主梁结构验收达到预期效果，关键尺寸尤其主梁拱度的控制、接头法兰等都控制在允许公差范围内，而且叠合梁其中一个重要优势就是单个结构外形尺寸小，重量轻，极大地方便了内陆山地公路运输环境。同时本次项目采用叠合主梁结构设计拓展了我院的产品形式，为我院的同类产品设计制造提供了可以借鉴的宝贵经验。

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