淺談架橋機(jī)桁架式主梁的技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

摘 要：經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶動(dòng)橋梁技術(shù)的不斷創(chuàng)新，架橋設(shè)備的完善和革新成為重點(diǎn)。本文通過實(shí)際案例對(duì)桁架式架橋機(jī)主梁的整體結(jié)構(gòu)特性和結(jié)構(gòu)材料的選擇進(jìn)行分析，并對(duì)于桁架式主梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行計(jì)算對(duì)比，最后根據(jù)桁架式主梁的特點(diǎn)確定應(yīng)用及前景。

關(guān)鍵詞：桁架式主梁；風(fēng)載荷；上弦梁；下弦梁

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，動(dòng)車、高鐵的新興，橋梁的寬度、承載力也在不斷的擴(kuò)大，隨之而來的是橋梁架設(shè)設(shè)備在體積上的不斷增大和起吊重量的不斷提高，預(yù)制梁小則十幾噸大則幾百噸甚至上千噸[1]。對(duì)于架設(shè)設(shè)備本身，機(jī)構(gòu)的可靠性和自身的重量是提高架橋起吊重量的先決條件，而占架橋機(jī)主要重量的主梁是重中之“重”。本文以港珠澳大橋120噸桁架式架橋機(jī)主梁為例進(jìn)行說明。

對(duì)于架橋機(jī)主梁形式不外乎三種，型鋼梁式、箱形梁式、桁架式。對(duì)于型鋼梁式主梁一般用在起重量小的小型架設(shè)施工中。箱形結(jié)構(gòu)主梁是廣泛應(yīng)用的一種結(jié)構(gòu)形式，其具有制造工藝簡單、組裝方便、通用性強(qiáng)、便于自動(dòng)焊接、抗扭剛度好等優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是自重很大，跨距很大時(shí)，主梁易下?lián)?，架橋機(jī)整體水平剛度較差，而且箱形內(nèi)部進(jìn)行焊接時(shí)，施焊的條件很差，上翼緣板與腹板之間的連接焊縫壽命低，上翼緣板與橫向勁肋之間的焊縫容易開裂。而對(duì)于桁架式主梁的架橋機(jī)來說，桁架式的自重較箱形結(jié)構(gòu)輕，結(jié)構(gòu)形式緊湊、焊接條件良好、維修和維護(hù)方便。通過對(duì)比分析，桁架式架橋機(jī)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)上都具有一定的優(yōu)越性[2]。

本文舉例的架橋機(jī)用于香港TMCK（西北新區(qū)與香港珠海—澳門之間的直接線路）連接線南連接橋架設(shè)中。兩個(gè)架設(shè)跨度——80m和50m，橋梁的架設(shè)方式為兩端對(duì)稱式節(jié)段拼。在主梁的后端加了一延長段——尾梁，尾梁桁架較窄且高度也較低，與橋面的距離較大，可通過較高的節(jié)段梁，達(dá)到兩個(gè)吊梁小車的起吊點(diǎn)。特別是架設(shè)曲線時(shí)，主梁相對(duì)于卡車供貨方向的角度位置時(shí)，尾梁是必須的。為適應(yīng)兩端架設(shè)要求，主梁兩端均安裝尾梁。圖1所示為此桁架式主梁的外形。

主梁總長200.76m，下弦長度166.7m，由兩個(gè)相同的三角形桁架組成，總高度為7.23m，桁架下弦中心距離為2.2m。此項(xiàng)目大部分時(shí)間是在海上作業(yè)，受風(fēng)載荷PW嚴(yán)重。風(fēng)載值按不同的類型起重機(jī)及其工作地區(qū)選取。計(jì)算風(fēng)載分為工作狀態(tài)風(fēng)載和非工作狀態(tài)風(fēng)載。

①對(duì)于箱型梁側(cè)面的受風(fēng)面積A等于主梁腹板的高度H和長度L的積；而桁架式主梁在占同樣體積下受風(fēng)面積A卻非常小。

②對(duì)于箱形主梁和桁架式主梁風(fēng)力系數(shù)C值的選取也不同。本設(shè)計(jì)主梁采取箱形C=1.55結(jié)構(gòu)，采用桁架結(jié)構(gòu)C=0.80（參考起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)風(fēng)力系數(shù)取值）。

根據(jù)上式和本項(xiàng)目主梁尺寸計(jì)算桁架主梁工作狀態(tài)最大風(fēng)載和非工作狀態(tài)的風(fēng)載分別為：

通過φ值可以明顯看出，桁架主梁受風(fēng)面積僅占箱形主梁面積的五分之一。大大提高了架橋機(jī)的整體穩(wěn)定性和安全性。

上弦梁由上下蓋板和左右腹板焊接成“A”形，形成小的箱形結(jié)構(gòu)，且上弦左右的兩腹板與下蓋板下端焊接的耳板對(duì)齊，這種結(jié)構(gòu)形式能夠較好的將力進(jìn)行傳遞（如圖3）。腹桿采用耳板和圓管焊接而成，腹桿不論是在主梁的縱向和橫向都存在一定的角度，這樣連接上下弦的連接桿就要求在任何方向上都有非常好的截面屬性以保證主梁上下弦的連接和各方向的力的傳遞。本項(xiàng)目采用空心圓管作為主梁上下弦連接，空心圓管在各個(gè)方向都有很好的截面慣性矩且各個(gè)方向都相等，適合不確定方向的受力。腹桿在與上下弦梁連接時(shí)采用銷軸連接，當(dāng)腹桿受到與耳板平行方向的力或彎矩時(shí)，能夠減少腹桿自身的彎曲變形，增強(qiáng)主梁的安全性，采用銷軸連接也提高了腹桿的安裝位置，增加主梁結(jié)構(gòu)連接的穩(wěn)定性。

下弦梁由兩端焊接成“工”字形，中間用工字鋼間隔連接，根據(jù)受力分析，主梁的下弦梁受彎矩最大且僅在豎直向下的方向，這就要求下弦梁在豎直方向有好的抗彎能力，對(duì)于截面的選擇要從多方面因素進(jìn)行考慮，普遍的截面有圓形、方形、“工”字形、“C”形等?？紤]下弦梁實(shí)際受力情況，分析各個(gè)型材截面的截面慣性矩、重量、尺寸等，“工”字形截面既能保證要求的豎直方向的抗彎強(qiáng)度，又能夠保證上端面與腹桿、下端面與支腿軌道的連接，還有較好的經(jīng)濟(jì)性。如表1所示型材基本屬性。

尾梁亦采用與基本主梁相同的結(jié)構(gòu)形式。上弦梁焊接成”A”形，中間直接使用圓管開槽焊接到上弦梁下端耳板上，由于尾梁的下弦梁寬度較其余梁下弦寬度窄，即尾梁受力方向與豎直方向成一定的角度，所以下弦采用圓管連接，中間使用工字鋼間隔連接。如圖4所示尾梁截面及截面屬性。

對(duì)于雙主梁之間的連接，本主梁在端頭位置將兩個(gè)桁架主梁連接。連接采用圓管如圖5。對(duì)接采用法蘭、螺栓，便于拆卸、運(yùn)輸，圓管形成的每個(gè)截面都是穩(wěn)定的三角形，保證兩根主梁之間的連接穩(wěn)定性。

根據(jù)分析此桁架式主梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，其形式可以提高架橋機(jī)整體的架設(shè)要求。滿足大跨度、大起重量和大坡度的實(shí)際應(yīng)用，提高架橋機(jī)整體的工作能力。

桁架式架橋機(jī)主梁由于其結(jié)構(gòu)緊湊性好、重量輕、受風(fēng)面積小等優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用越來越廣，雖然結(jié)構(gòu)和工藝等要求比較嚴(yán)格，但隨著經(jīng)濟(jì)及技術(shù)的不斷完善和創(chuàng)新，這些問題會(huì)迎刃而解[4]。筆者認(rèn)為桁架式架橋機(jī)在今后的架橋設(shè)備的發(fā)展中必將成為每個(gè)設(shè)計(jì)者和使用者的首選，桁架式架橋機(jī)也會(huì)在將來展示出更多的優(yōu)點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉亞濱.BRUNO MOGNON大型混凝土預(yù)制梁橋機(jī)械化施工新技術(shù)[J].中國公路建設(shè)指南，2002：178-185.

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[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京；化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[4]李安寧.目前大型混凝土預(yù)制梁架橋機(jī)設(shè)計(jì)制造若干問題初探[J].中國公路建設(shè)指南，2005（4）.

作者簡介：谷紀(jì)魁（1986-），男，遼寧葫蘆島人，漢，機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)員，助理工程師，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化。