变跨度架桥机主梁纵向连接螺栓群的力学分析

2019-05-10惠记庄王斌华张红俊

筑路机械与施工机械化 2019年4期

李梦，惠记庄,2，王斌华,3，张红俊，史合

(1.长安大学工程机械学院，陕西西安 710064； 2.长安大学公路养护装备国家工程实验室，陕西西安 710064；3.长安大学道路施工技术与装备教育部重点实验室，陕西西安 710064)

0 引言

随着中国桥梁设计技术的快速发展，桥梁结构变得多样化，需要架设不同跨度的桥梁，而拼装式架桥机可以实现快速高效架梁，便于调用拼组，提高对现场作业环境的适应性[1-2]。由于可以随梁片宽度或桥跨变化进行架设，拼装式架桥机为变跨架桥机关键技术的研究奠定了基础。

架桥机主梁一般多采用桁架式，例如文献[3]介绍了一种桁架双梁式侧位提梁架梁一体架桥机；文献[4]研究了大荷载下采用架桥机三角桁架作为主梁的大跨径施工便桥；文献[5]采用步履式三角桁架双导梁架桥机架设大跨径箱梁；文献[6]介绍了用于大跨径架梁的贝雷桁架双导梁架桥机；文献[7]研究了采用三弦杆桁架主梁结构的大跨度大吨位架桥机；文献[8]采用的贝雷式桁架梁组装式架桥机，适用于单次架设数量不多的桥梁；文献[9]提出具有变跨与拼装功能的双梁三角桁架式架桥机。由上述文献可知，现有的架桥机设备通常是对单片梁或整垮梁片进行架设，而拼装式架桥机可以根据作业需求适用于梁片宽度或桥跨跨度发生较大变化的情况。

本文通过摩擦型高强度螺栓拼接腹板实现架桥机主梁刚度和强度调节，适应不同跨度桥梁的架设。通过ANSYS有限元分析软件模拟螺栓群的受力情况[10-12]，对架20 m与30 m跨时架桥机主梁上下对接后主梁腹板区螺栓群进行仿真计算，验证螺栓的受力情况是否满足要求，并找出受力不合理的螺栓。

1 变跨度架桥机有限元分析

1.1 变跨度架桥机箱型主梁结构

本文设计的架桥机主梁采用双主梁箱型结构，如图1所示。

图1 主梁简图

变跨前，架桥机主梁如图1(a)所示，横截面如图1(b)所示，主梁上部与下部由钢板焊接形成，并通过螺栓进行连接，采用法兰连接的横梁用螺栓连接在主梁上，方便拆卸。变跨后，架桥机横截面如图1(c)所示，架桥机主梁上部与下部之间通过纵向螺栓群拼接增强腹板段，从而使架桥机主梁高度增加，以提高主梁的刚度和强度。

1.2 架桥机工况

根据架桥机的作业步骤，选择对主梁最不利的3个承载工况进行分析[13]，以架20 m跨为例进行说明。

(1)工况1：纵移悬臂过孔工况，见图2。

图2 架桥机悬臂过孔工况

(2)工况2：前天车走到前、中支腿中间位置，后天车吊起梁片时的工况，见图3。

图3 后天车开始吊起梁片工况

(3)工况3：架边梁工况，见图4。

图4 架边梁工况

1.3 有限元模型建立

架桥机箱型主梁为钢板焊接结构，采用ANSYS的板壳单元Shell181进行模拟。为了计算螺栓受力，在ANSYS中需要在每个螺栓位置产生结点，利用结点耦合技术模拟螺栓连接。在架20 m跨时共划分板壳单元17 147个，结点16 873个；架30 m跨时共划分板壳单元30 223个，结点29 895个，有限元模型如图5所示。