關(guān)于在用公路架橋機(jī)使用問題的幾點(diǎn)探討

張 沖

（福建省特種設(shè)備檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350008）

隨著國家在基礎(chǔ)設(shè)施方面的建設(shè)力度不斷加大，高速公路的通車總里程在2010年已達(dá)到6.5萬公里，位居世界第二。但根據(jù)國家高速公路的發(fā)展規(guī)劃，到2020年高速公路通車總里程將達(dá)10萬公里，可見當(dāng)前仍然是高速公路蓬勃發(fā)展時期。在高速公路建設(shè)方面，橋梁的修建必不可少，隨著預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁片在橋梁中的廣泛應(yīng)用，越來越多架橋機(jī)應(yīng)用到高速公路的橋梁建設(shè)上。然而高速公路建設(shè)項(xiàng)目中由于架橋機(jī)的流動性大、作業(yè)環(huán)境差、拆裝頻繁等特殊原因，導(dǎo)致在用設(shè)備安全隱患多，人員傷亡、設(shè)備傾覆等事故時有發(fā)生[1]。文中建立在多年架橋機(jī)檢驗(yàn)工作之上，對公路架橋機(jī)使用安全中的幾點(diǎn)問題進(jìn)行深入探討。

1 基礎(chǔ)與軌道

1.1 基礎(chǔ)

架橋機(jī)及其吊重均有基礎(chǔ)來承受，一般需承受百噸或千噸的重量，總結(jié)過去的事故教訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)問題是釀成架橋機(jī)傾翻事故的重要原因之一。架橋機(jī)的基礎(chǔ)可分為兩種情況：一是第一孔或最后一孔的軟基路面；二是橋墩的橋臺。一般橋墩的橋臺不會發(fā)生沉降，應(yīng)重點(diǎn)考慮與橋相連接的軟基路面。在架橋機(jī)開始架設(shè)第一孔橋的時候應(yīng)重點(diǎn)檢查軟基路面的沉降試驗(yàn)報告，經(jīng)過檢測合格，并對架橋機(jī)支腿適當(dāng)增加承載面后才可以進(jìn)行架梁。

針對使用橋墩橋臺為基礎(chǔ)的情況，因?yàn)闃蛄憾张_形狀（平面型如圖1所示，U型如圖2所示）的不同，以及曲線橋或坡度橋使得橋臺左右兩端和前后橋臺的初始高低差，都要求架橋機(jī)需要根據(jù)現(xiàn)場的情況來調(diào)整架橋機(jī)的軌道左右兩端或前后軌道高度，使其保證水平或高度一致。然而，目前架橋機(jī)未見有軌道的高低調(diào)節(jié)功能，一般只具有支腿高度的調(diào)節(jié)功能（早期的拼裝式架橋機(jī)除外），且這種調(diào)節(jié)功能僅能適用于兩根梁同時的升高或降低，不可單邊調(diào)整高度。為了調(diào)整軌道兩端水平和前后軌道高度一致，目前國內(nèi)架橋機(jī)基本采用枕木作為軌道梁的基礎(chǔ)調(diào)節(jié)（如圖2）。然而采用此種軌道基礎(chǔ)也帶來諸如：軌道梁與枕木之間固定不可靠；基礎(chǔ)的抗壓強(qiáng)度無法保證；軌道梁傾翻的可能性增大等等問題。為此，應(yīng)盡量考慮由架橋機(jī)自身支腿來調(diào)節(jié)高度，或是經(jīng)過設(shè)計(jì)的鋼制軌道支撐來代替枕木，同時還應(yīng)考慮對軌道梁進(jìn)行固定。

圖1 平面型橋臺

圖2 U型橋臺

1.2 軌道

目前大多數(shù)的架橋機(jī)基本已采用專用大車軌道梁，一般采用工字鋼、槽鋼或鋼板焊接成箱梁，同時保留上端面的軌道開口。軌道設(shè)置在箱梁內(nèi)部，并使軌道上表面與箱梁上端面齊。另外，軌道在軌道梁內(nèi)一般不固定，留有一定的左右移動空間，這樣處理可以彌補(bǔ)大車小幅度的走偏。此外，也有采用方鋼焊接在軌道梁的上翼緣板（如圖3所示）。在日常檢查中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)存在以下問題：采用單根鐵軌作為大車軌道使用（如圖4所示），單根鐵軌不與枕木固定，易發(fā)生脫軌；軌道梁未設(shè)置軌道止擋或設(shè)置不當(dāng)；軌道梁長期受力不均，造成部分螺栓孔變形，轉(zhuǎn)場后因裝配困難而隨意連接。針對以上問題，使用時應(yīng)選配合適的大車軌道，確保大車運(yùn)行時的平穩(wěn)，同時還應(yīng)加強(qiáng)日常巡查與維護(hù)。

圖3 軌道梁

圖4 單根鋼軌

1.3 軌道梁的錨固

由于架橋機(jī)為特殊設(shè)備，自身加上梁的重量少則幾百噸、多則千噸，因此出于安全考慮，在橋墩或橋梁上設(shè)置用于提高架橋機(jī)架梁或過孔穩(wěn)定性的預(yù)埋件是必要的。例如，國外橋梁在設(shè)計(jì)時基本都考慮為支承主梁的下橫梁或軌道梁設(shè)置固定用的預(yù)埋件，從而防止下橫梁或軌道梁在架梁或是過孔時發(fā)生移動（如圖5所示）[2]。然而國內(nèi)的架橋機(jī)除用于高速鐵路的架橋機(jī)有在設(shè)計(jì)時考慮外，公路架橋機(jī)基本都未考慮為軌道梁設(shè)置錨定預(yù)埋件，容易造成架梁或過孔時架橋機(jī)意外移動，結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。因此可以采取以下措施來處理：一是在橋梁的設(shè)計(jì)階段就考慮在橋臺位置預(yù)制用于固定架橋機(jī)軌道梁的預(yù)埋件（如圖5所示）；二是在橋臺上未有預(yù)埋件時，可以采取其它變通方法（如：手拉葫蘆、膨脹螺栓）來進(jìn)行固定。

圖5 意大利COMTEC公司的架橋機(jī)

2 機(jī)構(gòu)運(yùn)行與設(shè)置

2.1 過孔

公路架橋機(jī)的過孔方式基本有：連續(xù)式、步履式和懸臂軌行式三種。前面兩種過孔時均不對裸梁帶來危害。連續(xù)式整跨梁片吊裝架橋機(jī)（如圖6所示），其主梁未攜帶任何支腿，后部喂梁時也不需要支承，過孔時只需要預(yù)先在各個橋臺上固定好支承橫梁，再由自身的卷揚(yáng)機(jī)牽引機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)縱移。此方法可避免各個支腿之間的交替變換，極大地縮短了過孔時間。步履式架橋機(jī)（如圖1和圖2所示），前端都具有輔助過孔使用的支腿，其作用主要是用于過孔后的臨時支撐。

從國內(nèi)橋梁建設(shè)中的架橋機(jī)來看，采用較多的是大懸臂軌行式。該方式還可以根據(jù)是否需要掛配重分為兩種過孔方式。考慮到不需要掛配重的架橋機(jī)需要主梁更長，一般需要過孔長度的2倍，這勢必會增加設(shè)備造價和運(yùn)輸成本，因此較多的架梁單位選擇更為簡便的掛配重懸臂過孔方式。然而，該方法在過孔時整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性低，效率不高且對裸梁也可能造成危害。

圖6 連續(xù)式過孔架橋機(jī)

2.2 T梁吊點(diǎn)設(shè)置

一般國外T梁的吊點(diǎn)設(shè)置在T梁的重心位置[3]，在制梁時就預(yù)制好吊裝用的孔洞（包括橫向和縱向孔），如圖7所示。國內(nèi)吊梁用吊具采用的平衡梁較多，也存在使用吊鉤。當(dāng)使用吊鉤吊梁時，為減少鋼絲繩的受力夾角，需要增加架橋機(jī)的起升高度，而架橋機(jī)整機(jī)越高越不利于整機(jī)的穩(wěn)定性。此外，用吊鉤吊梁，吊鉤和梁的距離較大（如圖8所示），鋼絲繩繞過T梁時將受到橫向力，當(dāng)兩邊的橫向力不一樣時，易造成梁片翻轉(zhuǎn)，給梁片及架橋機(jī)帶來傾翻危險。因此吊具應(yīng)盡量選擇平衡梁式，同時可參考國外的方式，在T梁上預(yù)制吊裝孔。

圖7 意大利COMTEC公司架橋機(jī)

圖8 國產(chǎn)架橋機(jī)

2.3 操作室設(shè)置

國外輕型架橋機(jī)的操作室一般設(shè)置在主梁之上（如圖9所示），采用電機(jī)驅(qū)動，可在主梁上自由行走。該操作室包含了所有的電氣控制裝置，為架橋機(jī)的架梁和過孔提供了方便，同時由于其高度較高，可以自由活動，操作非常方便。相比之下，國內(nèi)的架橋機(jī)除大型鐵路架橋機(jī)外，其它基本未設(shè)有固定的司機(jī)室，有的操作設(shè)置在主梁內(nèi)部，有的設(shè)置在架橋機(jī)中后部的橋面上。實(shí)際上，在國家標(biāo)準(zhǔn)GB 26469-2011《架橋機(jī)安全規(guī)程》中雖然未明確司機(jī)室的具體位置，但卻明確指出司機(jī)室應(yīng)符合的要求。從標(biāo)準(zhǔn)的要求上看，目前許多的架橋機(jī)司機(jī)室在設(shè)計(jì)階段未嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，或是未在使用說明書中予以明確。還有些存在使用單位根據(jù)自身操作習(xí)慣肆意變更司機(jī)室位置的情況。司機(jī)室設(shè)置的好壞，直接影響到操作者的視線、安全空間和操作舒適性，因此應(yīng)予以重視。

圖9 意大利COMTEC公司

3 主梁金屬結(jié)構(gòu)

架橋機(jī)的主梁結(jié)構(gòu)基本可分為格構(gòu)式和箱梁兩種，其中格構(gòu)式有專用A型三角梁，拼裝用貝雷桁架、軍用梁（六四型、八七型軍梁）和萬能桿件。箱型梁則分為無孔和有孔兩種結(jié)構(gòu)。

目前國內(nèi)外的專用輕型架橋機(jī)基本都采用A型三角梁結(jié)構(gòu)，且一般均用在公路架橋機(jī)中。部分架橋機(jī)在使用一段時間后，常對支腿處的主梁進(jìn)行加強(qiáng)，如圖10所示。然而，從架橋機(jī)的有限元分析來看（如圖11所示），中間增加副桿后，受力并不大，因此這種加強(qiáng)實(shí)際上效果有限。此外，因?yàn)槭褂玫母鞣N原因，常見對一個分段的主梁進(jìn)行隨意裁剪，然后再進(jìn)行拼接（如圖12所示）。從圖12中可以看出，在中支腿上的主梁分段被截短了，相比正常結(jié)構(gòu)多了一根豎桿。為此，利用Ansys有限元軟件對其進(jìn)行建模[4]，并分析了載荷在前、中支腿中間時，結(jié)構(gòu)變化對金屬結(jié)構(gòu)受力的影響（如圖13所示）。由圖13可知，在該工況時整機(jī)受到的應(yīng)力最大位置在中支撐點(diǎn)向前支撐方向前第二根豎桿為196MPa>[σ]=175MPa（額定載荷60t下計(jì)算），超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。此外，在圖13中箭頭標(biāo)出的地方應(yīng)力都較大，且超過了架梁施工方便，增設(shè)用于架橋機(jī)軌道梁的錨固設(shè)施，在設(shè)計(jì)T型梁時預(yù)留吊裝空等。在架橋機(jī)設(shè)計(jì)方面，應(yīng)考慮合理的過孔方式，以及操作室的設(shè)置。在架橋機(jī)的安裝方面，重點(diǎn)考慮軌道和基礎(chǔ)的處理。而在架橋機(jī)的使用中，應(yīng)確保安全保160MPa。分析其原因，主要是該處在此種工況下為主要受力點(diǎn)，再加上此處存在改造后結(jié)構(gòu)的突變，造成了此處的應(yīng)力集中。因此，隨意對主梁金屬結(jié)構(gòu)改造將造成不良影響，存在安全隱患。

圖10 架橋機(jī)的主梁加強(qiáng)與拼接

圖11 A型架橋機(jī)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)后的有限元應(yīng)力云圖

圖12 額載60t架橋機(jī)（JQJ60-20型）

圖13 JQJ60-20架橋機(jī)承載60t下的有限元分析

4 結(jié)語

架橋機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，架梁環(huán)境惡劣，且經(jīng)常拆裝，對架橋機(jī)的設(shè)計(jì)、制造、安裝和使用提出了更高的要求。國內(nèi)在公路橋梁中的制梁中應(yīng)充分考慮護(hù)裝置有效，加強(qiáng)架梁時人員間的配合。

參考文獻(xiàn)

[1]程俊,廖愛軍,李華政,王俊彤,郝文獻(xiàn).一起架橋機(jī)傾覆事故案例分析[J].建筑機(jī)械化.

[2]張沖.國外公路架橋機(jī)研究與啟示[J].起重運(yùn)輸機(jī)械.

[3]Rosignoli,M.Robustness and Stability of Launching Gantries and Movable Shuttering Systems-Lessons Learned. Structural Engineering International.

[4]陳艷艷,葉新娜，高偉.DF40/120架橋機(jī)主梁的有限元分析及其優(yōu)化[J].建筑機(jī)械.