TLJ900型架桥机主结构的载荷工况分析研究

2010-07-30任海棠

石家庄铁道大学学报(自然科学版) 2010年1期

任海棠

(中铁十二局集团建筑安装工程有限公司,山西太原 030024)

0 引言

在国内外高速铁路和高速公路的建设中,采用高架桥的线路里程一般占线路总长的一半或更多,目前国内外均采用预制整孔架设施工法,这对于保证施工质量与工期具有明显的优势,架桥机已经成为高速铁路和高速公路建设的至关重要的施工设备之一,由此,架桥机的设计制造对于安全施工来说更是重中之重。但是架桥机设计并没有专门的相关规范和技术标准,以 TLJ900型铁路架桥机为例,结合起重机设计的相关方法,着重研究架桥机主金属结构的工况分析、结构设计以及稳定性计算,以期对架桥机设计生产、安全施工以及相关规范和技术标准的制订起到一定的作用。

1 架桥机构造

TLJ900型架桥机主要由前后两台吊梁天车、两根箱形主梁及前后横联、前支腿、后支腿、前后起重天车、辅助支腿、悬臂梁、下导梁、悬臂梁小车、电气系统及液压系统等组成,如图1所示。它能够架设直线、曲线、纵坡的双线预应力混凝土整孔箱梁,能与运梁车配合完成箱梁的架设作业。除了能够进行标准架梁作业外,它还能满足首末跨架设、曲线架设、变跨架设以及隧道进口与出口处桥梁的架设[1]。

图1 TLJ 900型架桥机构造形式

2 主结构的载荷工况分析

架桥机主金属结构模型如图2所示。由于架桥机施工工况比较复杂,对于架桥机的结构设计,有必要对主金属结构的各个必要工况进行受力分析[2-3]。主金属结构计算主要有以下工况:前起重天车吊梁起升时、前起重天车吊梁前行至跨中位置时、后起重天车吊梁起升时、前后起重天车吊梁前行至落梁位置时。

限于篇幅,仅对主梁、后支腿、前支腿等主要结构的最不利工况的载荷状态进行分析。

(1)前起重天车吊梁前行至跨中位置时,主梁部分的计算;

(2)前起重天车吊梁前行至一定位置,后起重天车吊梁起升时,后支腿部分的计算;

(3)前、后起重天车吊梁前行至落梁位置时,前支腿部分的计算。此外,还需对架桥机过孔时的下导梁结构部分进行分析计算,本文略。

2.1 主梁部分

(1)荷载分析。当前起重天车运行到主梁跨中时,作用在一根主梁上的荷载包括:主梁自重荷载;主梁上附属设施对主梁的作用:垂向荷载(悬臂梁小车、悬臂梁、前横联、后横联、起升卷扬机组等)及各个载荷对主梁的弯矩与转矩;起升荷载:需考虑混凝土梁体、起重天车自重、横向偏载、运行冲击系数等;起重天车纵向运行水平惯性力及对主梁的力矩;起升钢丝绳对主梁的拉力与力矩;链条拉力对主梁的拉力与力矩;起重天车运行时车轮对轨道作用力与对主梁的力矩;风载荷,包括作用在主梁及悬臂梁风载荷、混凝土梁风载荷;起重天车偏斜运行侧向力。

(2)跨中截面内力计算。垂向平面受力简图如图3所示(长度单位m,集中荷载t,均布荷载 t/m,集中力矩 t·m)。水平平面受力简图如图4所示(长度单位 m,集中力矩 t·m)。

图3 架桥机主金属结构垂向受力简图

图4 架桥机主金属结构水平平面受力简图

主梁跨中最大正应力 σ1包括自由弯曲应力、约束弯曲应力、轴力引起的应力;主梁跨中腹板剪应力τ1包括剪力、扭矩及约束扭矩引起的剪应力;车轮轮压作用在主梁跨中时产生的腹板局部挤压应力 σm。那么,主梁跨中腹板上边缘复合应力

主梁跨中腹板下边缘复合应力

(3)主梁整体与局部稳定计算。主梁横截面为箱形截面,其截面高宽比均满足式(3)、式(4),则满足梁的整体稳定要求。

式中,h为箱梁高;b0为箱梁两腹板外侧距离;l1为跨度。

当主梁宽度与受压翼缘板厚度之比大于或等于 60(对 Q235)或 50(对 Q345)时,应考虑受压翼缘板的局部稳定性,设置一道或多道纵向加劲杆;腹板的稳定性计算需要考虑集中轮压的作用。

(4)主梁的刚度计算。架桥机金属结构刚度控制的主要目的是降低起重天车的运行坡度[4]。载荷作用位置为跨中时,则该处刚性要求为

式中,YL为跨中变形量;L为起重机跨度。

载荷作用位置为悬臂有效工作长度处,则该处刚性要求为

式中,YL为悬臂有效工作长度处变形量;LC为起重机跨度。

2.2 后支腿部分

(1)不利工况分析。工况 1,架桥机在施工过程中,前起重天车吊起混凝土梁运行到跨中一定位置后,后起重天车开始起吊混凝土梁的另一端,在起吊的过程中有起升冲击存在,此时后支腿所承受的载荷较大;工况 2,当后起重天车起升动作完成后,两天车同时启动使混凝土梁整体前移,此时会有纵向惯性力和运行冲击存在,后支腿也同样承受较大的载荷。因此,对于后支腿的结构设计和截面尺寸的计算均基于这两种不利工况来进行。

(2)不利工况时的载荷分析。除了考虑主梁、卷扬机、辅助天车、悬臂梁自重、单起重天车、辅助支腿自重,辅助支腿、悬臂梁自重对支腿的转矩外,起升载荷由吊具自重、混凝土梁的自重构成,还要考虑吊具与混凝土梁的自重的横向、纵向惯性力。还要考虑起重天车偏斜运行侧向力、作用在混凝土梁上的风载等各种载荷,特别是架桥机在不同工况下对不同的载荷需考虑起升冲击系数 φ1、起升载荷动载系数 φ2、运行冲击系数 φ4等。

(3)内力及应力计算。架桥机架梁、过孔、运输、安装时后支腿必须满足混凝土梁的通过空间要求和运行台车的安装要求,同时还满足架桥机工作和运输时的限界要求。建立后支腿不利工况下的架桥机有限元模型,对这两种不利工况下架桥机结构进行强度、刚度和稳定性的计算。