一种配合轨道式运梁车进行喂梁工作的导梁的研究与应用

2024-01-20韩永康

机械工程师 2024年1期

韩永康

（郑州新大方重工科技有限公司，郑州 450064）

0 引言

某导梁应用于印度某地铁线路中的双层U型梁部分，该段线路设计为双层双幅U型梁。上下层U型梁均采用提梁站提梁，梁上运输方案，架桥机架设[1-3]。架桥机站在上层梁的墩顶和梁面上，先架设下层U型梁，再架设上层U型梁，逐跨架设。导梁则需要配合轨道式运梁车完成下层U型梁的喂梁工作。下层U型梁最大跨度为25 m，单片U型梁最大质量为150 t。该段线路的断面如图1所示。

图1 线路断面图

1 导梁简介

1.1 结构组成

该导梁由主梁、前支腿、后支腿和锚固横梁组成。导梁总体结构如图2所示。

图2 导梁总体结构（单位：mm）

主梁。主梁为一条全长25.8 m、高1.05 m的箱型梁，顶部设置有轨道，可用于运梁车的走行。

前支腿。前支腿作为承重腿支撑于墩顶，通过螺栓连接在主梁的下方；同时侧方通过耳板与主梁连接，可借助手动倒链来实现前支腿的翻转；支腿底部设置有螺杆，用于支腿高度的调节，以适应不同的纵向坡度。

后支腿。后支腿作为承重腿支撑于梁面，通过销轴连接于主梁的下方。

锚固横梁。锚固横梁设置在主梁的侧面，施工时其一端与主梁连接，另一端与U型梁的吊装孔连接，以保证运梁车走行至导梁悬臂段时导梁的纵向倾覆稳定性。

1.2 施工流程

1.2.1 喂梁

导梁需要与轨道式运梁车配合共同完成下层U型梁的喂梁工作。运梁车分为前运梁车和后运梁车，两车均设置有在梁面走行的轮组（下走行轮组）和在导梁顶部轨道上走行的轮组（上走行轮组），并能够通过液压系统实现自身高度的调节。下面以25 m跨U型梁为例介绍施工流程。

步骤一。前运梁车驮U型梁走行至导梁的尾部，前运梁车升高，保证其能够通过导梁，如图3所示。

图3 喂梁步骤一（单位：mm）

步骤二。运梁车继续向前运行，前运梁车上走行轮组到达导梁顶部轨道的上方。前运梁车下降使上走行轮组支撑于导梁的顶部轨道，同时下走行轮组脱离U型梁梁面的轨道，其脱离的高度能够满足运梁车通过导梁的锚固横梁，如图4所示。

步骤三。前运梁车走行在导梁顶部轨道上，后运梁车走行在U型梁梁面轨道上，两车同步向前运行，直至前运梁车到达架桥机前天车的提梁位置，架桥机前天车提起U型梁的前端，如图5所示。

图5 喂梁步骤三（单位：mm）

步骤四。前运梁车处于空载状态，继续向前走行，为后运梁车留出足够的喂梁空间，如图6所示。

图6 喂梁步骤四（单位：mm）

步骤五。后运梁车与架桥机天车同步向前运行，当后运梁车到达导梁尾部时进行和前运梁车相同的操作，直至后运梁车到达架桥机后天车的提梁位置，架桥机后天车提起U型梁的后端。如图7所示，喂梁工作完成。

图7 喂梁步骤五（单位：mm）

1.2.2 过孔

导梁过孔需要借助运梁车，导梁的上盖板设置有吊孔，通过螺纹钢筋与运梁车连接，运梁车携导梁走行至下一跨相应位置。

步骤一。运梁车喂梁完成后，后运梁车先行后退至导梁顶部轨道尾部，运梁车的油缸顶升使其下走行轮组支撑于U型梁梁面轨道上，同时上走行轮组脱离导梁顶部轨道，如图8所示。

图8 过孔步骤一（单位：mm）

步骤二。后运梁车走行在U型梁梁面轨道上，后退至导梁后方吊孔附近。前运梁车与后运梁车进行相同操作，使前运梁车下走行轮组支撑于U型梁梁面轨道上，同时上走行轮组脱离导梁顶部轨道，如图9所示。

图9 过孔步骤二（单位：mm）

步骤三。导梁的锚固横梁与U型梁吊孔解除连接，锚固横梁向内旋转为前运梁车让出走行空间。在U型梁梁面铺设运梁车走行轨道，前运梁车走行至导梁前方吊孔附近，如图10所示。

图10 过孔步骤三（单位：mm）

步骤四。前后运梁车与导梁连接，运梁车升高使导梁前支腿脱离桥墩，后支腿脱离梁面；导梁前支腿向上翻转，前后运梁车提导梁后退为架桥机让出落梁空间，架桥机落梁，如图11所示。

图11 过孔步骤四（单位：mm）

步骤五。在已架设U型梁梁面铺设运梁车走行轨道，运梁车提导梁走行至下一跨相应位置，如图12所示，导梁过孔完成。

图12 过孔步骤五（单位：mm）

2 有限元分析

2.1 工况介绍

根据该导梁的施工流程，主要计算工况如表1所示。

表1 计算工况

2.2 计算荷载

导梁的材质为Q355B，屈服强度为355 MPa，许用应力为265 MPa，强度安全系数取1.34[4]。计算荷载如下：

导梁自重为16 t，根据设置的重力加速度自动加载；

单台运梁车自重为15 t，按集中荷载施加在主梁上；

单片U型梁自重为150t，按集中荷载施加在主梁上。

2.3 模型建立

导梁的有限元模型如图13所示。本文主要研究导梁的整体受力情况，且主梁中的隔板对结构的刚度影响较小[5]，因此主梁、前支腿、后支腿和锚固横梁全部采用梁单元进行模拟，没有考虑隔板对导梁结构的影响。前支腿、锚固横梁与主梁连接的位置采用创建刚性单元的方式。后支腿与主梁采用销轴连接，此位置通过创建一个模拟的梁单元，并释放梁单元端部的转动自由度（Ry）来实现铰接。

图13 导梁有限元模型

2.4 计算分析

2.4.1 工况一计算分析

工况一状态下，导梁的前后支腿支撑，整体为简支梁+悬臂梁。约束方式为：后支腿4个支点约束Ty和Tz两个自由度，前支腿两个支点约束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五个自由度，计算简图和计算结果如图14所示。导梁的最大应力出现在主梁跨中位置，最大应力为185.3 MPa，满足强度要求。导梁跨中最大挠度为53 mm。

图14 工况一计算分析

2.4.2 工况二计算分析

工况二状态下，导梁的前支腿支撑，锚固横梁与U型梁采用吊装孔连接，此位置仅受拉力。约束方式为：锚固横梁端部两个点约束Tz一个自由度，前支腿两个支点约束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五个自由度，计算简图和计算结果如图15所示。导梁的最大应力出现在锚固横梁位置，最大应力为215.3 MPa，满足强度要求。导梁悬臂段最大挠度为40 mm。

图15 工况二计算分析

2.4.3 工况三计算分析

工况三状态下，导梁的支撑方式和工况一相同。计算简图和计算结果如图16所示。导梁的最大应力出现在主梁跨中位置，最大应力为159.3 MPa，满足强度要求。导梁跨中最大挠度为44.6 mm。

图16 工况三计算分析

2.4.4 工况四计算分析

工况四状态下，导梁的前后支腿支撑，约束方式为：后支腿4个支点约束Ty和Tz两个自由度，前支腿两个支点约束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五个自由度。计算简图和计算结果如图17所示。从导梁整体位移云图中发现，锚固横梁位置出现了上拱，施工过程中锚固横梁端部与U型梁吊装孔连接，因此增加锚固横梁端部Tz一个约束后重新计算工况四，改变约束后的计算简图和计算结果如图18所示。导梁的最大应力出现在主梁前支点附近，最大应力为78.8 MPa，满足强度要求。导梁悬臂段最大挠度为16.1 mm。