关于在用公路架桥机使用问题的几点探讨

2018-05-16张冲

质量技术监督研究 2018年2期

张冲

（福建省特种设备检验研究院，福建福州 350008）

随着国家在基础设施方面的建设力度不断加大，高速公路的通车总里程在2010年已达到6.5万公里，位居世界第二。但根据国家高速公路的发展规划，到2020年高速公路通车总里程将达10万公里，可见当前仍然是高速公路蓬勃发展时期。在高速公路建设方面，桥梁的修建必不可少，随着预应力混凝土T型梁片在桥梁中的广泛应用，越来越多架桥机应用到高速公路的桥梁建设上。然而高速公路建设项目中由于架桥机的流动性大、作业环境差、拆装频繁等特殊原因，导致在用设备安全隐患多，人员伤亡、设备倾覆等事故时有发生[1]。文中建立在多年架桥机检验工作之上，对公路架桥机使用安全中的几点问题进行深入探讨。

1 基础与轨道

1.1 基础

架桥机及其吊重均有基础来承受，一般需承受百吨或千吨的重量，总结过去的事故教训，发现基础问题是酿成架桥机倾翻事故的重要原因之一。架桥机的基础可分为两种情况：一是第一孔或最后一孔的软基路面；二是桥墩的桥台。一般桥墩的桥台不会发生沉降，应重点考虑与桥相连接的软基路面。在架桥机开始架设第一孔桥的时候应重点检查软基路面的沉降试验报告，经过检测合格，并对架桥机支腿适当增加承载面后才可以进行架梁。

针对使用桥墩桥台为基础的情况，因为桥梁墩台形状（平面型如图1所示，U型如图2所示）的不同，以及曲线桥或坡度桥使得桥台左右两端和前后桥台的初始高低差，都要求架桥机需要根据现场的情况来调整架桥机的轨道左右两端或前后轨道高度，使其保证水平或高度一致。然而，目前架桥机未见有轨道的高低调节功能，一般只具有支腿高度的调节功能（早期的拼装式架桥机除外），且这种调节功能仅能适用于两根梁同时的升高或降低，不可单边调整高度。为了调整轨道两端水平和前后轨道高度一致，目前国内架桥机基本采用枕木作为轨道梁的基础调节（如图2）。然而采用此种轨道基础也带来诸如：轨道梁与枕木之间固定不可靠；基础的抗压强度无法保证；轨道梁倾翻的可能性增大等等问题。为此，应尽量考虑由架桥机自身支腿来调节高度，或是经过设计的钢制轨道支撑来代替枕木，同时还应考虑对轨道梁进行固定。

图1 平面型桥台

图2 U型桥台

1.2 轨道

目前大多数的架桥机基本已采用专用大车轨道梁，一般采用工字钢、槽钢或钢板焊接成箱梁，同时保留上端面的轨道开口。轨道设置在箱梁内部，并使轨道上表面与箱梁上端面齐。另外，轨道在轨道梁内一般不固定，留有一定的左右移动空间，这样处理可以弥补大车小幅度的走偏。此外，也有采用方钢焊接在轨道梁的上翼缘板（如图3所示）。在日常检查中经常发现存在以下问题：采用单根铁轨作为大车轨道使用（如图4所示），单根铁轨不与枕木固定，易发生脱轨；轨道梁未设置轨道止挡或设置不当；轨道梁长期受力不均，造成部分螺栓孔变形，转场后因装配困难而随意连接。针对以上问题，使用时应选配合适的大车轨道，确保大车运行时的平稳，同时还应加强日常巡查与维护。

图3 轨道梁

图4 单根钢轨

1.3 轨道梁的锚固

由于架桥机为特殊设备，自身加上梁的重量少则几百吨、多则千吨，因此出于安全考虑，在桥墩或桥梁上设置用于提高架桥机架梁或过孔稳定性的预埋件是必要的。例如，国外桥梁在设计时基本都考虑为支承主梁的下横梁或轨道梁设置固定用的预埋件，从而防止下横梁或轨道梁在架梁或是过孔时发生移动（如图5所示）[2]。然而国内的架桥机除用于高速铁路的架桥机有在设计时考虑外，公路架桥机基本都未考虑为轨道梁设置锚定预埋件，容易造成架梁或过孔时架桥机意外移动，结构失稳。因此可以采取以下措施来处理：一是在桥梁的设计阶段就考虑在桥台位置预制用于固定架桥机轨道梁的预埋件（如图5所示）；二是在桥台上未有预埋件时，可以采取其它变通方法（如：手拉葫芦、膨胀螺栓）来进行固定。

图5 意大利COMTEC公司的架桥机

2 机构运行与设置

2.1 过孔

公路架桥机的过孔方式基本有：连续式、步履式和悬臂轨行式三种。前面两种过孔时均不对裸梁带来危害。连续式整跨梁片吊装架桥机（如图6所示），其主梁未携带任何支腿，后部喂梁时也不需要支承，过孔时只需要预先在各个桥台上固定好支承横梁，再由自身的卷扬机牵引机构实现纵移。此方法可避免各个支腿之间的交替变换，极大地缩短了过孔时间。步履式架桥机（如图1和图2所示），前端都具有辅助过孔使用的支腿，其作用主要是用于过孔后的临时支撑。

从国内桥梁建设中的架桥机来看，采用较多的是大悬臂轨行式。该方式还可以根据是否需要挂配重分为两种过孔方式。考虑到不需要挂配重的架桥机需要主梁更长，一般需要过孔长度的2倍，这势必会增加设备造价和运输成本，因此较多的架梁单位选择更为简便的挂配重悬臂过孔方式。然而，该方法在过孔时整个结构的稳定性低，效率不高且对裸梁也可能造成危害。

图6 连续式过孔架桥机

2.2 T梁吊点设置

一般国外T梁的吊点设置在T梁的重心位置[3]，在制梁时就预制好吊装用的孔洞（包括横向和纵向孔），如图7所示。国内吊梁用吊具采用的平衡梁较多，也存在使用吊钩。当使用吊钩吊梁时，为减少钢丝绳的受力夹角，需要增加架桥机的起升高度，而架桥机整机越高越不利于整机的稳定性。此外，用吊钩吊梁，吊钩和梁的距离较大（如图8所示），钢丝绳绕过T梁时将受到横向力，当两边的横向力不一样时，易造成梁片翻转，给梁片及架桥机带来倾翻危险。因此吊具应尽量选择平衡梁式，同时可参考国外的方式，在T梁上预制吊装孔。

图7 意大利COMTEC公司架桥机

图8 国产架桥机

2.3 操作室设置

国外轻型架桥机的操作室一般设置在主梁之上（如图9所示），采用电机驱动，可在主梁上自由行走。该操作室包含了所有的电气控制装置，为架桥机的架梁和过孔提供了方便，同时由于其高度较高，可以自由活动，操作非常方便。相比之下，国内的架桥机除大型铁路架桥机外，其它基本未设有固定的司机室，有的操作设置在主梁内部，有的设置在架桥机中后部的桥面上。实际上，在国家标准GB 26469-2011《架桥机安全规程》中虽然未明确司机室的具体位置，但却明确指出司机室应符合的要求。从标准的要求上看，目前许多的架桥机司机室在设计阶段未严格按照标准要求进行设计，或是未在使用说明书中予以明确。还有些存在使用单位根据自身操作习惯肆意变更司机室位置的情况。司机室设置的好坏，直接影响到操作者的视线、安全空间和操作舒适性，因此应予以重视。

图9 意大利COMTEC公司

3 主梁金属结构

架桥机的主梁结构基本可分为格构式和箱梁两种，其中格构式有专用A型三角梁，拼装用贝雷桁架、军用梁（六四型、八七型军梁）和万能杆件。箱型梁则分为无孔和有孔两种结构。

目前国内外的专用轻型架桥机基本都采用A型三角梁结构，且一般均用在公路架桥机中。部分架桥机在使用一段时间后，常对支腿处的主梁进行加强，如图10所示。然而，从架桥机的有限元分析来看（如图11所示），中间增加副杆后，受力并不大，因此这种加强实际上效果有限。此外，因为使用的各种原因，常见对一个分段的主梁进行随意裁剪，然后再进行拼接（如图12所示）。从图12中可以看出，在中支腿上的主梁分段被截短了，相比正常结构多了一根竖杆。为此，利用Ansys有限元软件对其进行建模[4]，并分析了载荷在前、中支腿中间时，结构变化对金属结构受力的影响（如图13所示）。由图13可知，在该工况时整机受到的应力最大位置在中支撑点向前支撑方向前第二根竖杆为196MPa>[σ]=175MPa（额定载荷60t下计算），超过标准规定值。此外，在图13中箭头标出的地方应力都较大，且超过了架梁施工方便，增设用于架桥机轨道梁的锚固设施，在设计T型梁时预留吊装空等。在架桥机设计方面，应考虑合理的过孔方式，以及操作室的设置。在架桥机的安装方面，重点考虑轨道和基础的处理。而在架桥机的使用中，应确保安全保160MPa。分析其原因，主要是该处在此种工况下为主要受力点，再加上此处存在改造后结构的突变，造成了此处的应力集中。因此，随意对主梁金属结构改造将造成不良影响，存在安全隐患。