TJ1600架桥机设计及可靠度分析

赵成龙

(中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁 辽阳 111000)

1 引言

在高速铁路和高速公路桥梁的建设中，架桥机施工简支梁桥的施工工艺具有施工速度快、造价低、机械化程度高等优点[1,2]，我国的架桥机设计和施工技术也不断突破[3]。目前架桥机的研发主要集中在铁路32 m简支梁900 t级[4-7]的架桥机结构研发上，1 000 t以上的架桥机[8]相对较少。铁路架桥机有能够过隧道且能够实现隧道内架梁的通联TTSJ900型过隧架桥机[9]以及武研院研制的JQSS900型架桥机组；有可以实现隧道内、外工况转换，满足隧道内架梁工况的JQSS900B型架桥机组；有以人机工程学为基础，不需要锚固即可保证前支腿稳定性的550 t级箱梁架桥机[10]；还有能够进行曲线架梁、变跨架梁、首末跨架梁、隧道口架梁、架梁过程简便并且安全性高的T型梁架桥机。

目前在铁路桥梁施工中架设架桥机时，为省去运输的麻烦，一般会在施工现场对架桥机进行组装[11]。组装之前对架桥机的各个部件进行检查，保证其结构的安全性和合理性；架桥机组装后，需要进行试吊实验，保证架桥机的正常运行和明确架桥机的最大承重。

本工程中长江大桥南引桥0～12#墩，15～29#墩为节段拼装梁，合计孔数26孔。预应力混凝土简支梁全长49.10 m，计算跨度为46.90 m。26孔箱梁共有286个节段，梁段最大重量164 t，梁体总重1 660 t。因该桥紧邻长江且在平均墩高在50 m的空心高墩上架设，大风等恶劣条件较多，故针对48 m节段拼装简支梁桥，研制了TJ1600型架桥机，并根据现场情况，采用Midas/Civil有限元软件分析最不利荷载工况下架桥机结构的安全性和稳定性。

2 架桥机结构设计

2.1 架桥机结构

TJ1600型节段拼装架梁机主要由主框架(即主梁，由三角桁架式主梁与联系梁组成)、1号支腿、2号支腿、3号支腿、4号支腿、1台主天车、1台辅助天车、吊挂、附属结构、液压系统、电气系统等部分共同组成[12]。

(1) 主梁。主框架由2根桁架式主梁和联系梁组成，两主梁中心距8 m，梁高6.76 m，每根主梁分9段，全长116 m，分上下两层，中间通过法兰组对而成。主梁采用三角桁架结构，材质为Q345B，主梁节间采用42CrMo材质的10.9级高强螺栓连接。架梁承载区域上弦杆采用H750 mm×450 mm型钢，下弦杆采用H700 mm×400 mm型钢；其余位置上下弦杆采用钢板组焊；支点附近腹杆采用200 mm×200 mm方钢，跨中采用180 mm×180 mm方钢[13]。

主框架横向为对称结构，主框架顶部设置通长轨道用于天车走行，主桁架下弦设置吊挂及纵移轨道。下弦之间布置有主梁纵移轨道，通过与主支腿上纵移油缸配合，完成主梁过孔；同时纵移轨道也作为边跨梁架设时节段梁吊挂点。

主梁间法兰采用M64双头螺柱连接，施工时分2 000 N·m→5 000 N·m→10 000 N·m三次对称施拧，在第二次加载后检查主梁线型及法兰间间隙，若主梁间有超过2 mm间隙必须用薄钢板进行抄紧，保证法兰结合面重合度不小于70%。

(2)1号支腿。1号支腿架梁机过孔时起前端支撑作用，结构主要由横梁、顶升油缸、支撑组件、支承铰座组成。横梁通过铰座及螺栓与主梁上弦连接，满足前支腿在前方墩顶的站立位置；支撑组件为前支腿承载件；顶升油缸主要用来完成荷载卸荷[14]。

(3)2号支腿。2号支腿总重55.1 t，为架梁机主支腿，拼装节段梁时起支撑作用，架梁机过孔时推移主梁运动，主要由托盘、铰座总成、横梁、纵移机构、横移机构、顶升机构、支撑机构组成，结构件材质为Q345B，销轴材质为40Cr。

支腿通过精轧螺纹钢筋锚固在桥墩上(末跨架设时锚固在桥面上)，单根锚固筋预拉力30 t。支腿横梁要求水平布置，横向坡度通过现场混凝土垫块和下部支撑油缸共同调节。对于各种不同类型的桥墩，主支腿可以通过与专用横梁的横向连接来实现左右幅桥的横移就位。托盘与架梁机主梁下弦在架梁机就位后需要进行锚固，托盘接触面安装有聚四氟乙烯滑板，在设备纵移过孔时要在滑板与主梁下弦轨道间加注润滑脂。

(4)3号支腿。3号支腿为架梁机主支腿，拼装节段梁时起支撑作用，架梁机过孔时推移主梁运动，结构由铰座总成、托盘、纵移机构、移动台车、横梁、顶升机构、横移机构等部分组成。

(5)4号支腿。4号支腿总重10.8 t，主要由支座、顶升油缸、横梁、内套管、外套管、铰座等部分组成，安装在架梁机最后端，为固定支腿，在架梁机正常站位施工时，后支腿保持支撑，后支腿下部支座在横桥向范围内可调整。

4号支腿安装在架梁机最后端，为固定支腿，在架梁机正常站位施工时，后支腿保持支撑，后支腿下部支座在横桥向范围内可调整，左右最大偏移量为900 mm，此设置能使架梁机过曲线时后辅助支腿在桥面受荷载的位置，即保证受力点处于混凝土梁腹板位置。

(6)辅助天车。辅助天车主要包括横移系统、走行机构、起升系统、制动系统、附属结构、液压系统[15]。辅助天车主要作用是小件物体的吊装和倒运。

(7)主天车。主天车重49 t，主要由横移系统、走行机构、起升系统、附属结构、液压系统、制动系统六部分组成。主天车主要用于梁体节段块的吊装和调整及主支腿的倒运。

2.2 技术参数

TJ1600型架桥机技术参数见表1。

表1 TJ1600型架桥机技术参数

续表1

3 架梁阶段受力分析

架桥机承担的荷载有:自身结构及梁段自重、主天车和辅助天车产生的移动荷载以及风荷载。按照架桥机承受最不利荷载情况进行分析。

3.1 有限元模型

采用Midas/Civil软件建立架桥机有限元模型，由922个节点和2 342个单元组成。拼装梁时，架桥机中间竖向变形大，按照简支梁状态考虑。架梁机有限元模型如图1所示。

图1 有限元模型

3.2 有限元分析结果

架桥机分析结果如表2所示。

表2 架桥机计算结果汇总

主桁采用Q345B钢，抗弯设计强度为290 MPa，抗剪设计强度为165 MPa，最大挠度为120 mm。根据表2可知：最不利荷载作用下，架桥机结构强度及刚度均满足规范要求。

3.3 稳定分析

对架桥机架梁阶段进行结构整体稳定性分析，结构第1阶和第27阶有限元模型失稳模态分析结果如图2所示。

图2 稳定性分析结果

由图2可见：第1阶振动模态最小稳定系数为4.094，第27阶振动模态为架梁跨上弦杆整体向外失稳，整体失稳系数为10.70，大于需求稳定系数4.0，稳定性满足要求。计算时未考虑部分缀板的加强作用，计算结果稍保守，结构偏安全。

4 结论

针对长江大桥南引桥48 m节段拼装简支箱梁的施工，设计了TJ1600型架梁机，介绍了其结构和设计参数，并利用Midas/Civil软件对架桥机进行了施工过程中可靠度的仿真分析，结果表明架桥机的强度、刚度和稳定性均满足要求。目前该标段已全面顺利施工完成，架设过程中架桥机满足现场施工的要求，为以后节段拼装架桥机的结构设计以及施工提供了参考和借鉴。