横移梁装置在预制箱梁吊装中的应用研究

横移梁装置在预制箱梁吊装中的应用研究摘要：龙门吊因结构简单、运输方便等一系列优点,被广泛应用于桥梁施工、预制场起吊移运预制构件、桥墩旁运装大梁等现场施工作业。结合津宁高速公路工程第五合同段的施工,对跨墩龙门吊的使用进行了简单介绍，重点介绍少了横移梁装置在预制箱梁跨墩吊装中的开发与应用。关键词：跨墩龙门吊；横移梁装置；应用研究1工程概况津宁高速公路工程第五标段，位于津芦南线永定新河大桥下游2公里处，坐落于宁河县造甲镇。该标段路线总长2167.665m，桥梁总面积为69055.3m2，道路总面积约45538.26m2。其中主线桥梁布置形式为：0#-17#为现浇箱梁，17#-22#为预制小箱梁，22#-25#为现浇箱梁，25#-39#为预制小箱梁，39#-50#为现浇箱梁。该工程的难点是：预制箱梁两侧均有较长距离的现浇箱梁，而且距离预制小箱梁最近的大桩号一侧引道属于下一标段，因此无法在桥台后引道上布置梁场；另外由于40m预制小箱梁最重可达160t，运输相当不便，因此不能考虑在外地加工运至现场上梁的方案。经过多方对比和研究，最终决定将梁场设在桥梁侧面B匝道位置，并利用龙门吊进行跨墩上梁。经过实地测量：20#-21#墩正对B匝道位置预制梁场地，该跨预制梁可利用龙门吊直接进行跨墩上梁，21#-22#墩位置预制梁需要利用架桥机进行架设。而待预制梁利用龙门吊跨墩上梁运至梁顶后，如何将梁横移至纵向轨道并给架桥机进行喂梁是实现跨墩上梁的关键因素。2横移装置方案比选2.1方案一采用四台运梁平车，其中两台运梁平车放置在横移轨道上，另外两台运梁平车放置在纵移轨道上，横移轨道应比纵移轨道高出一定距离。龙门吊进行跨墩上梁后，将梁直接吊放在横移轨道的运梁平车上，然后运梁平车移至纵移轨道处。由于纵移轨道比横移轨道低，因此纵移轨道上的运梁平车便在梁底下方并距梁底一定高度处。然后在纵移轨道运梁平车上用千斤顶将梁顶起，而后撤回横移轨道上的运梁平车，再在纵移轨道的运梁平车上加垫方木，垫至梁顶升的高度后，缓慢给千斤顶泄压，并撤出千斤顶，最后拆去与纵向轨道交叉的部分横向轨道，使纵移轨道上的运梁平车能够沿纵向轨道前进，并给架桥机喂梁。参见图2.1。图2.1采用四台运梁平车横移梁2.2方案二将运梁平车进行改进，去掉横移轨道运梁平车的顶托，在上面焊接纵移轨道，然后在该纵移轨道上安置运梁平车，然后加垫纵移轨道，使其高度与运梁平车下面纵移轨道的高度相同。这样运梁平车便能先沿横移轨道行进，当与纵移轨道对接后再拆下与纵向轨道交叉的横移轨道，运梁平车便能沿纵移轨道行进，并给架桥机喂梁。参见图2.2。.图2.2采用两台运梁平车横移梁2.3方案三先铺设横移轨道，然后在横移轨道上安装一个能够沿轨道滑动的横移梁装置，并在该装置端部安装千斤顶，横移梁侧面及轨道腹部均留有穿销孔，作为横移梁的制动装置；千斤顶系统位置也留有穿销孔，作为千斤顶的固定装置。横移梁顶面按纵向轨道间距焊接一对纵向轨道，并让运梁平车停留此纵向轨道上。待龙门吊将梁吊放在运梁平车上后，先开动千斤顶使顶后移，然后固定千斤顶，在收回千斤顶的过程中带动钢槽及梁横移，千斤顶收放几次后，使梁移到纵移轨道附近，并使横移梁上焊接的纵移轨道与给架桥机喂梁的纵移轨道重合，然后利用轨道小节进行填补，并用夹轨器夹紧，解除运梁片平车束缚，平车即可沿纵移轨道前进，给架桥机喂梁。参见图2.3。图2.3采用横移梁装置横移梁2.4方案比选结果分析2.4.1第一种方案采用四个运梁平车，第二种方案和第三种方案只需两个运梁平车。2.4.2第二种方案是在第一种方案的基础上对运梁平车进行改进，从而使一台运梁平车既能沿横移轨道行进又能沿纵移轨道行进，从而节省了单独设置在横移轨道上的运梁平车。2.4.3第三种方案与第二种方案形式类似，只是将横移轨道上的钢轮改成了横移梁装置，通过该装置在横移轨道上滑动实现横移的目的。横移梁装置的高度只有5cm，若用第三种方案，需加垫纵移轨道的高度为30cm；若用第二种方案，则加垫纵移轨道的高度为横移轨道的高度与运梁平车的轮箱高度之和，即为65cm。由此可见采用第二种方案需要使用大量的周转材料。2.4.4经过比较，第三种方案比第一种方案节省了两台运梁平车；比第二种方案节省了大量周转材料；而且不用二次顶升梁，同时降低了运梁平车的运行高度，因此安全系数更高，安装更便捷。因此本工程横移系统采用第三种方案。3力学计算3.1横移梁装置结构设计3.1.1结构组成：横移梁装置由轨道基础、横移轨道、横移梁、纵移轨道、轨道压板、千斤顶油缸、油缸座、销轴、开口销、铁鞋组成。参见图3.1.1。1横移轨道；2横移梁；3纵移轨道；4轨道压板；5千斤顶油缸；6油缸座；7销轴；8开口销；9铁鞋。图3.1.1横移梁装置结构图3.1.2材料说明：轨道基础采用C40混凝土；横移轨道、横移梁及销轴均采用16Mn钢；纵移轨道采用符合要求的火车铁轨。千斤顶油缸的型号根据计算确定。3.1.3荷载情况：本标段需要进行吊装的预制小箱梁统计如下：40m跨113.5°预制小箱梁桩号为17#-22#，总计55片梁；40m跨120°预制小箱梁桩号为25#-36#，总计121片梁；30m跨130°预制小箱梁桩号为36#-39#，总计33片梁。其中30m跨、40m跨预制小箱梁重量统计如表3.1.3所示：表3.1.3预制小箱梁重量统计表跨径边跨边梁边跨中梁中跨边梁中跨中梁30m104t96t95.5t90t40m160t154t150t149t另外，运梁平车自重为5t。3.2牵引力计算横移梁装置运梁的牵引力取决于横移轨道与横移梁之间的摩擦力大小。按最大承重计算，横移轨道承受的重力如下：预应力小箱梁作用在一端横移轨道上的自重力：N1=1600KN/2=800KN；运梁平车自重力：N2=50KN；横移梁及横移梁上纵移轨道自重力：5KN。故：横移轨道承受的重力为：N=N1+N2+N3=855KN。Mn钢在无润滑时二者之间的滑动摩擦系数为：μ=0.15故横移梁与横移轨道之间的摩擦力为：f=μN=0.15×855KN=128.3KN。一端横移梁装置运梁的牵引力为：F=128.3KN，由于一端横移梁装置又由两个横移轨道组成，故坐落在横移轨道上的每个横移梁的牵引力为F1=128.3KN/2=64.2KN。需要选择千斤顶的大小为:10t需要选择油泵的大小为：5.5KW3.3横移梁抗压强度验算和销轴抗剪力验算3.3.1横移梁抗压强度验算横移梁及销钉均由16Mn钢构成，横移梁抗压截面积为A1=0.08m×1m×2=0.16m2,横移轨道抗压截面积为：A2=0.05×1.8m×2=0.18m2，所以主梁承受的最大正应力为：σ1max=（N1+N2）max/A1=850KN×10-3/0.16m2=5.3MPa；横移轨道承受的最大正应力为：σ2max=Nmax/A2=855KN×10-3/0.18m2=4.8MPa；查资料得:16Mn钢的屈服极限应力为274MPa~343MPa,取安全系数为1.2,则允许应力[σ]=274MPa/1.2=228MPa。故横移梁所受的最大正应力σmax=σ1max=5.3MPa[σ]=228MPa。3.3.2销轴抗剪力验算销钉直径为：0.032m,销钉受力时为半截面受力，其半截面弧长为：S=π×r=3.14×0.016=0.05m，截面面积为：A=S×0.05=0.05×0.05=0.0025m2，销钉所受的剪力为：F=64.2KN，故销钉承受的最大剪应力为：Qmax=F/a=64.2KN×10-3/0.0025=25.7MPa[σ]=228MPa。3.4横移梁基础抗压强度验算横移轨道长度为16m，作用长度按最不利状态1.8m计算，底面宽度为0.08m，故横移轨道作用在基础上的底面面积为A=1.8m×0.08m=0.144m2,横移轨道自重为：1t，故横移轨道作用在基础上的压应力为：σ=（855KN+10KN）×10-3/0.144m2=6MPa[σ]=40MPa。4横移梁装置在施工中的应用4.1应用原理横移轨道与横移梁侧面槽板上均留有穿销孔，跨墩上梁前，先将油泵滑动梁下部的穿销孔与横移轨道的穿销孔穿好销轴，这样便对横移梁进行了制动；当跨墩上梁后，预制小箱梁直接吊放在横移梁上纵移轨道的运梁平车上，放置平稳后，撤掉龙门吊的钢丝绳，然后拔下油泵滑动梁下部穿销孔处的销轴并开动油泵，使千斤顶推动油泵向后移动，此装置千斤顶最大行程为1m，油泵最大可向后移动1m距离；再次将油泵与横移轨道用销轴固定，开动油泵，使千斤顶回缩，进而带动横移梁行进，行进1m距离后拔下油泵滑动梁下部的销轴，开动油泵继续使千斤顶伸出，进而推动油泵向后移动…如此循环，直到横移梁移至纵移轨道位置，然后利用轨道小节将空缺的纵移轨道补齐，并上好鱼尾板螺栓，横移梁上的运梁平车便可沿纵移轨道运梁，从而实现了一次横移轨道向纵移轨道的过渡。4.2应用说明4.2.1横移轨道铺设不设纵坡,在10m长度内,两根钢轨任意两点高差不大于10mm,轨距1mm,误差≤±3mm；保证纵移轨道两根钢轨其接头应在同一断面,接头应平顺,无错牙,按规定上好鱼尾板螺栓。钢轨与枕木间放置铁垫板,每根轨枕两端应钉紧两个道钉。在横移梁装置使用过程中,轨道应经常进行检查、维修及调整,以保证上述基本要求。4.2.2在施工斜桥时，若架桥机组装成带角度施工，则横移轨道必须顺应纵移轨道及架桥机角度而做成带角度情况。4.2.3利用横移梁装置移梁时，两端横移梁装置必须同步行进。必须安排专人进行指挥和操作，当发现不同步时，及时停车，对不同步一侧横移轨道进行微量调整，确保同步后再同时开动油泵行进。4.2.4风力超过5级时应停止使用,并在横移梁及油泵滑动梁部位分别穿好销钉。雷雨、暴雨恶劣天气严禁施工作业,防止雷电击伤。4.2.5暂时不横移梁时也要在横移梁及油泵滑动梁部位分别穿好销钉。横移前要先检查横移梁上的销钉是否拔下，并密切注意千斤顶是否超出行程。4.2.6经常检查横移梁装置的磨损情况及各部位的运行情况，定期维修保养。5推广应用价值此项横移梁装置的开发及应用解决了龙门吊跨墩上梁中关于梁横移的关键技术难题，同时能够节省较多的人力物力，更能提高横移效率。比如，在津宁高速第五合同段施工中，通过使用横移梁装置，比传统使用四台运梁平车完成176片40m预制梁横移过程节省的费用如表5：表5横移梁装置节省费用表横移梁装置2台横移梁装置费用5000元人员9人/日100元有效工期180天人工费162000元共计167000元传统四台平车2台运梁平车费用20000元人员13人/日100元有效工期180天人工费234000元共计254000元节省费用87000元6结束语随着市政、公路工程的迅猛发展，先简支后连续结构的预制小箱梁（一般长为20～40米，重60～160吨）在中跨度桥梁中的应用越来越广泛。预制小箱梁实现了与下部结构的平行作业施工，能够极大地缩短工期，因此备受施工单位的欢迎。然而小箱梁预制完成后离不开吊装工作，要想保持预制小箱梁的长久生命力就必须不断研究吊装设备和吊装方法。本课题结合津宁高速公路工程第五标段预制小箱梁的形式和特点，通过横移梁装置在大型箱梁吊装中的开发应用情况，证明研究吊装方法的重要性，敦促人们将精力更多地投入到吊装设备和吊装方法的研究上来，从而突破更多的预制小箱梁吊装的瓶颈。参考文献：[1]机械设计手册.化学工业出版社.2008[2]龙门吊使用说明书