张家界大峡谷玻璃桥检修车的设计与应用

陈凤

摘 要：张家界大峡谷玻璃桥为我国著名的景观桥，游客量大，桥梁载荷频率高，因此桥梁本身的结构安全尤为重要。桥梁检修车，作为一种桥梁维护保养设施，其本身结构安全及使用功能对玻璃桥景区的安全运行具有较大影响。因张家界玻璃桥为三维变宽结构，检修车结构及功能的设计也需结合实际。张家界大峽谷玻璃桥创新性采用折叠式设计，有效解决了一台检修车实现全桥检查的功能，为类似项目提供了较好的经验。

关键词：钢梁;检修车;梁底;桥梁检测;桥梁维修

中图分类号：U44                                      文献标识码：A                                    文章编号：2096-6903（2022）06-0056-03

1 工程简介

张家界大峡谷玻璃桥主跨主缆跨度采用430 m，加劲梁跨度采用373 m。两根主缆为空间索面，北侧主缆跨度布置为：55 m+430 m+51 m=536 m，南侧主缆跨度布置为：80 m+430 m+82 m=592 m。西侧两桥塔柱横向中心距为45 m，东侧两桥塔柱横向中心距为50 m，主缆矢跨比采用1/10，位于两主塔间的主梁布置在直线上，从西向东设1.5%单向纵坡。桥型如图1所示。

整桥钢梁为变宽度形式，中部最窄梁宽6 m，两侧最宽处为15 m。在玻璃桥正中底部设置有倒挂门架式蹦极平台，蹦极平台宽度仅为5.5 m。整桥钢梁截面如图2所示。

张家界大峡谷玻璃桥配置梁底检修车，主要是用于对桥梁钢结构进行全面的检查和维护，为桥梁安全提供保障。检修内容可包括钢梁构件是否扭曲变形、局部损伤;螺栓有无松动、脱落和断裂，节点是否滑动、错裂;焊缝边缘有无裂纹或脱开;防腐层、装饰层有无裂纹、起皮、脱落，构件有无锈蚀。

原有梁底检修车无法实现全桥检修。新检修车要求能实现整桥全断面的检查及维修工作，且沿桥长度方向走行时，能通过中部最窄位置的蹦极平台。

2 检修车设计方案

张家界大峡谷玻璃桥检修车设计遵循安全、耐久、快捷、环保的原则。

原有检修车设计采用人力驱动，效率低，且为保证检修车能通过中部蹦极平台，检修车总宽度为5.4 m，仅能对桥梁宽度方向中间5.4 m范围内的结构进行检查维修，无法实现全宽度范围的维保。

新制的桥梁检修车，要求能实现最宽15 m范围的检查，最窄不大于5.4 m，能通过中部蹦极平台，整体走行采用电力驱动，整机重量不大于3 t。

根据以往国内及国外项目经验，桥梁检修车的检修宽度变化，采用伸缩式设计。但采用伸缩式设计，需要检修车桁架有重叠部分，以承受连接部位的各种载荷传递[1]。在本桥中，如采用伸缩设计，可实现最宽15 m，但为保证机械结构强度，无法实现最窄5.4 m的要求。为实现桥梁全宽度范围内的检修，检修车创新式采用三折叠设计，充分利用最窄5.4 m的空间限制，设计三段式桁架，通过折叠，实现检修车主结构的变宽，如图3所示。

3 检修车主要技术参数

检修车设计最大载荷：500 kg;

最大集中载荷：150 kg;

整机运行功率：4×0.4 kW

整机走行速度：0～10 m/min;

驱动方式：电动+手动（备份）;

制动方式：电磁刹车+手动释放;

动力源：电缆供电

整机重量：不大于3 t;

工作温度：0 ℃～40 ℃

设计最大工作风速：6级;

结构计算最大风速：8级。

4 检修车主要结构

张家界玻璃桥检修车选用布置在梁底的固定轨道工字钢25b，选用上承式桁架检修平台。检修车主要中部桁架、边部桁架、折叠机构、走行机构和电气系统组成。检修车边部桁架采用铝合金结构，材质为6061-T6管材和板材;检修车中部桁架采用Q235B钢结构，主要承受自重、操作人员和维护检查设备等荷载[2]。销轴材料采用40Cr、齿轮、车轮等材料采用40Cr钢。主要结构如图4所示。

中部固定桁架。中部桁架为主要承力结构，采用Q235B方管焊接制造。主管为100 mm×100 mm×5 mm的方钢管。支管为50 mm×50 mm×4 mm的方钢管。桁架底部铺设3 mm花纹钢板。

折叠桁架。左右两侧折叠桁架采用2段式，折叠连接部位采用钢结构制造。主管为100 mm×100 mm×5 mm的方钢管。支管为50 mm×50 mm×4 mm的方钢管。边桁架主体结构为减重，采用6061-T6铝合金结构焊接制造。主管为100 mm×100 mm×5 mm的铝合金方管。支管为50 mm×50 mm×4 mm的铝合金方管。桁架底部铺设3 mm厚度的铝合金花纹板。

折叠桁架通过转销同中部固定桁架连接。

走行机构。检修车的走行驱动，采用4台制动电机。走行速度为0～10 m/min。爬坡能力2%。电源由桥头的配电箱进行供电。电缆收卷后堆放在检修车内部。

走行驱动分为固定端走行机构和活动端走行机构。固定端走行机构直接通过销轴和中部桁架连接。活动端走行机构，设置反钩轮，通过反钩轮同中部桁架连接，当检修车轨距不标准时，通过检修车走行，轨道对走行机构产生侧向力，被动自适应调节轨距。避免因检修车轨道安装时的轨距偏差造成走行卡死。

检修车走行机构两端设置走行限位装置。

折叠驱动机构。检修车两侧的折叠驱动动作，采用手动涡轮蜗杆驱动减速机驱动。折叠桁架伸展到位后，采用临时销固定。

当两侧折叠桁架完全折叠到位后，可更换临时销位置，将折叠桁架同中部固定桁架的位置锁定，避免折叠桁架因风力造成晃动，影响走行。

折叠驱动机构整体如图5所示。

当检修车需要走行通过桥梁中部的蹦极平台时，施工人员站位于中部固定桁架，拆除临时固定销后，通过操作两侧的折叠驱动机构，使两侧的折叠平台绕逆时针旋转，达到折叠缩短长度的目的。折叠平台旋转折叠180°后，检修车总宽度可缩短为原有的1/3，小于5.4 m，可直线走行通过中部蹦极平台，到达另一侧进行桥梁的检修维护工作。

检修车电气系统。检修车供电为现场桥头电缆供电，380 v，50 Hz。主供电进入车内配电箱后通过断路器为各机构分配电源。控制系统电源采用DC24V供电。在检修车上设电气控制柜，通过控制柜上的控制台与控制柜内给电气元件之间的连接，构成了检修车电气系统。

照明系统采用单相220 V电源。共设有两处灯：柜内照明和柜外照明。每处灯的操作开关都在相应的面板上。

系统的控制部分采用旋钮开关加继电器来实现。采用DC24电源，旋钮开关为走行控制信号，包括走行的方向、速度信号。变频器故障时可发出报警信号提示操作人员，到达限位开关可以切断走行动作[3]。

大车走行机构由4台功率为0.4 KW电机驱动，其速度可通过电位器调节。

整机设置：电气过、欠压保护和过流保护;各机构动作联锁安全装置;报警蜂鸣器。

5 检修车主要结构受力计算

检修车在实施检修的过程中，施工人员站位于检修车桁架内部，下方为深达300 m的峡谷，因此，检修车主体结构的安全尤为重要，为保证结构安全，本次设计要求检修车主体结构强度安全系数不小于3（常规1.5）。

通过实体建模，采用有限元软件，对检修车主结构各部位进行模拟计算。

中部固定桁架按最危险工况：6级风、两侧边桁架折叠至垂直状态时进行计算[4]。

计算结果显示：当承受最大载荷时，中部桁架最大应力为17.4 MPa，结构最大变形为2 mm，边部折叠桁架最大应力为42.3 MPa，最大变形为19 mm。

检修车的结构强度及刚度，均能满足人员安全施工的需求。

6 检修车制造及安装

检修车主桁架一部分为钢结构，一部分为铝合金结构，铝合金结构的焊接，为检修车结构制造职工的关键环节。检修车桁架结构制造时，先进行钢结构桁架的总拼及焊接工作，之后将铝合金节段及钢结构节段之间的连接法兰进行匹配连接。铝合金结构桁架拼装后先进行点焊固定，之后同钢结构桁架进行栓接，通过钢结构部分桁架的刚性约束，减少铝合金桁架焊接过程中的变形。

检修车整体制造完成后，进行走行机构的空运转试验，确认无误后，采用汽车运输至现场进行安装工作。

汽车可直接达到玻璃桥一侧桥头下方的施工便道，施工便道距离钢梁底面约2 m。將检修车走行机构单独先人工提升安装在钢梁下方的轨道上，检修车桁架运输至轨道下方并卸车后，在轨道下方设置4个倒链葫芦，分别吊挂检修车的4个角，采用导链葫芦人工将检修车整体提升至轨道高度后，完成走行机构同车体的连接。即可完成检修车同轨道的连接工作。检修车同轨道连接好后，进行通电调试。并在小范围内进行走行试验。确保走行及折叠机构能正常工作后，即可进行现场的载荷试验及相关工作。

7 检修车特点及现场使用

通过针对性设计，张家界大峡谷玻璃桥检修车达到了如下要求：

在所服务区域具备可达、可检、可维，安全、耐久、环保，操作便捷的特点。

检修车具备直线同步行走、折叠过蹦极平台的功能。检修车能够自动适应2 根轨道之间±100 mm的轨距变化，保证左、右同步运行。

检修车为智能检测仪器、维护保养人员以及一些常规型检测维修设备提供平台，建立安全、可靠的检修人员工作环境。

检修车具有可靠的机械结构、充分且冗余的安全保护及抱紧机构，保障即使控制系统发生故障，车体也不会有脱轨、掉车的风险。在现场桥梁的检修过程中能100%实现全范围的安全检修。

8 结语

张家界大峡谷玻璃桥检修车在现场的成功应用，有效的保证了该桥主结构的正常维护保养工作。对景区的安全运行也系统了保障。同时，为国内外类似的相关桥梁的检修维护，也提供了经验。

参考文献

[1] 刘俊，游冰.复合多功能桥梁检查车[J].城市建设理论研究（电子版），2021（4）：1-5.

[2] 闫志刚.沪通长江大桥钢梁检查车设计[J].桥梁建设.2017，47 （3）：88-93.

[3] 史卫朝.矮寨特大悬索桥钢桁梁检查车的设计与实现[J].制造业自动化，2015，37（5）：154-156.

[4] 张质文，王金诺，程文明，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2013.