钢箱梁拖拉施工专用设备及其控制技术

摘 要：钢箱梁拖拉设备包括液压连续千斤顶、滚轮小车支承系统，纠偏系统控制系统等组成，各设备通过PLC电控柜控制实现同步牵引，保证钢箱梁拖拉过程的平稳。

关键词：钢箱梁；拖拉设备；控制

一、钢梁拖拉施工概述

目前国内在建跨度较大的桥梁大多采用钢结构桥梁，对上跨高速公路、高速铁路、普通铁路既有线施工的钢结构桥梁，普通安装方法会影响行车安全，一般采用顶推或者拖拉工法进行安装。钢梁在高速公路（铁路）两侧原位安装完成，通过顶推或拖拉方式跨越高速公路（铁路）。

1、钢箱梁拖拉工作程序

钢箱梁拼装焊接完成后，安装拖拉支架系统及拖拉设备，然后进行钢箱梁试拖拉工作，钢箱梁经过试拖拉后，依据试拖拉过程采集的相关数据，分若干次将钢箱梁拖拉过公路或铁路既有线，调整位置，落梁至设计标高，拆除拖拉支架系统。

2、钢箱梁拖拉准备工作

1）.试拖拉前再次检查支架系统，看有无漏焊虚焊，如有，马上安排焊工加固。

2）.提前委托成都铁路局大修段安排实施铁路施工监管计划。

3）.检查拖拉系统是否正常。

4）.安排巡查人员检查每个滚轮小车是否与钢梁密贴。

5）.施工机具、材料到位，根据现场变压器位置布置好主电源线和标准配电柜并接好电源。

6）.夜间施工时布置好现场照明。现场照明需配备22V/30kW的用电，施工需配380V/140KW的用电。

7）、对安装的临时墩和临时支撑，在吊装前进行复测，确保高程、里程及支墩状态满足吊装要求。

8）.现场监管人员到位。

二、钢箱梁拖拉专用设备

钢箱梁拖拉施工所需设备主要有：200吨滚轮小车支承系统、液压连续千斤顶、纠偏系统、控制系统组成。钢箱梁在临时墩位置原位拼装焊接完成后进行落梁至滚轮小车上，具备拖拉条件和准备工作完成后，分若干次拖拉过跨。

（一）拖拉所需设备

1、千斤顶、泵站

千斤顶采用KTTL200-200型自动连续顶推千斤顶，配用液压泵站和PLC主控制系统。

2、拉锚器钢铰线及反力架装置

锚具与钢箱梁连接要保证强度，锚具采用夹片式锚盘，锚具是钢绞线束的固定装置，錨具采用KT15-7型锚具，钢绞线采用抗拉强度为1860Mpa的7φ15.2钢绞线，一端同顶推千斤顶连接，另一端固定在锚具上。锚具和钢绞线安装好后，要用中空千斤顶进行预紧，以保证顶推过程中钢绞线受力均匀。

反力架设置在主墩上。反力架与主墩侧面预埋件及顶部预埋件焊接牢固

2.1反力架验算

1）每组反力架上的荷载值

滚轮车摩租系数理论应该为0.06，取0.1进行计算

钢梁整重850吨（含导梁）即 8500000N

整体摩擦力F=8500000*0.1=85000N

共设置两组反力架，每组反力架的荷载应为85000N/2=425000N

2）反力架结构形式为组合结构，连续顶反力座为箱形结构，反力架竖杆为HM390X300型钢。

采用迈达斯civel建模，计算结果如下

应力及变形验算

经验算，反力架最大组合应力为102.4MPa，发生在预埋钢筋处。Q235钢材应力设计值为215MPa，满足要求。

经验算，最大组合变形为1.34mm，刚度满足要求。

综上，反力架应力及变形满足规范要求。

3、滚轮小车支承系统装置

在主墩、临时墩和辅助墩顶布置拖拉用的滚轮支撑装置，滚轮支撑由滚轮小车和小箱体刚性连接组合，滚轮支撑装置与分配梁采用焊接连接。横向每片主钢箱体下布置一台滚轮支撑装置，纵向按每个支撑点布置。

4、限位纠偏装置

在拖拉过程中为防止箱梁在顶推过程中横向出现较大的偏位，在各临时墩上布置8个限位纠偏装置。纠偏装置为导向滚轮式。限位纠偏工作均在箱梁顶进过程中进行。

在拖拉过程中，每个墩派一名施工人员进行观察，如出现横向偏移，在导向装置与钢梁之间塞进楔形钢垫片、钢板进行横向纠偏。偏位过大时设置侧向千斤顶进行纠偏。

（二）拖拉施工过程控制

1、拖拉速度控制在8～12m/h。

2、拖拉作业时对钢箱梁、临时墩、导梁、桥墩实施监控，确保结构安全。

3、拖拉过程中，如出现横向偏移，在导向装置与钢梁之间塞进钢楔、钢板进行横向限位或者设置侧向千斤顶进行纠偏。

4、拖拉箱梁中线精度控制

在每段钢箱梁的顶板和底板上各做3个中线标记点，拖拉时，观测点上架设全站仪对梁体中线进行观测，当出现较大偏斜时，进行纠偏。阶段拖拉箱梁差2m就要就位时，开始不间断地观测和精确地纠偏，使箱梁首尾中线偏差控制在4mm范围内。最后就位时箱梁首尾中线偏差控制在10mm之内。每次拖拉结束时，画出箱梁的中线状态图，将箱梁的实际中线与箱梁的设计中线相比较，分析钢箱梁中线的偏差情况，确定下一步施工箱梁中线的控制方案，使箱梁的实际中线绕设计中线左右摆动，避免出现大弧形，以免影响拖拉施工的正常进行。

5、箱梁截面位置的控制

阶段拖拉就位前，在箱梁的顶板上作明显标记，并设专人观察。

每拼三段梁，测量一次横向、纵向位置，偏差过大时进行调整，以保证箱梁截面位置正确和梁底支座预埋件位置正确。

6、保证走行顺畅，防局部失稳和控制梁体竖向线形措施

a、提高滚轮小车的制作精度，严格控制滚轮小车标高，每次拖拉施工前，均检查各墩顶滚轮小车标高。

b、以高标准严格控制钢箱梁梁段拼装质量，确保提高钢箱梁梁底平整度。新拼装钢箱梁段顶离拼装平台后，设专人负责检查梁底，若发现梁底面不平度大于5mm，应及时采取措施处理修整、打平钢箱梁底面；

c、监控测量，严格控制梁体的挠度，每一梁段完工后及时修正拼装台座标高。

三、拖拉专用设备同步控制技术

同步控制以位移控制为主，压力控制为辅。连续千斤顶上安装有位移传感器，压力传感器，用于设备监测。

连续千斤顶将梁拖拉前移，此过程需进行位移同步控制、压力均衡控制。主控台除了控制所有千斤顶的统一动作之外，还必须保证所有顶推千斤顶每行程的同步。其控制策略为：同一桥墩上的连续顶以1#顶为主动点，以一定速度伸缸，其余连续顶为随动点并与1#顶比较，每台顶与1#顶的位移量差控制在设定值以内，若哪台顶伸缸较快，则减小相应的比例阀的流量，反之，则增大相应比例阀的流量。

1、本系统采用智能数字步进控制方式。

2、系统最大误差不会超过步长+力均载偏移值。

3、网络间采用回访应答机制。断网、网络通信受到干扰这些情况都不会使同步精度超过允许误差，网络中任何一台泵站或者千斤顶出现故障，整个系统的工作都会在步进下一步前暂停工作，直到故障排除。

4、每臺连续千斤顶上均有安装用于监视载荷变化压力变送器，通过现场控制器或主控台上的面板可设定每台连续顶的最高压力及同一桥墩上几台顶的最大压差，计算机通过监测每台顶的载荷变化情况，准确地协调整个系统的载荷分配。如果某台顶的载荷达到设定的最高压力或同一桥墩上几台顶的最大压差大于设定值时，系统会自动停机，并报警示意。

四、钢箱梁拖拉监控措施

拖拉过程的施工监控，将采取理论计算模拟与现场实时数据监测相结合的控制方法。根据以往监控经验，以下几点为本次监控的重点：

1、监控拖拉过程两个千斤顶同步性。千斤顶不同步可引起梁在平面扭转与倾斜，导致支架受力不均匀，锚具受弯，钢绞线断裂等安全隐患。

2、监控拖拉过程中钢箱梁纵向轴线是否偏位。

3、监测导梁变形，防止出现异常状态，造成导梁与支架碰撞引起桥梁整体振动。

4、监测拖拉过程中钢箱梁的竖向挠度及应力值。

5、监测永久桥墩墩顶水平位移与倾斜，桥墩水平位移监测采取分级预警机制，确保桥墩处于弹性变形范围，防止其混凝土开裂。

五、结束语

通过该套拖拉专用设备可将钢箱梁拖拉并落梁至设计位置，本套装置已成功应用于镇江五凤口大桥钢箱梁及遵义凤新快线跨川黔铁路钢箱梁的拖拉施工工作。

参考文献

[1]《钢结构设计规范》（GB50017-2014）

[2]《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）

[3]《公路桥涵施工技术规范》（JGJ/T F50-2011）

作者简介

郜周东，1981-现在，供职于武桥重工集团股份有限公司，从事桥梁机械及钢结构安装工作。

（作者单位：武桥重工集团股份有限公司）