摘要：采用數(shù)字仿真技術(shù)，對JQ140型架橋機原有主要鋼結(jié)構(gòu)進行分析計算。在分析計算的基礎(chǔ)上，提出了JQ140型架橋機技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)補強方案。經(jīng)對原來結(jié)構(gòu)補強后的JQ140型架橋機主要結(jié)構(gòu)承載能力得到提高，承載能力由140噸躍升到165噸，達到了由JQ140型架橋機架設(shè)165噸T型梁的目的。

關(guān)鍵詞：架橋機；技術(shù)改造；結(jié)構(gòu)分析

中圖分類號：TB

文獻標識碼：A

文章編號：16723198（2015）12018302

1 JQ140型架橋機改造目的

當前國內(nèi)新建鐵路多為時速200公里客貨共線鐵路，40米標準T型梁均采用2201型預(yù)制梁，架設(shè)重量為165噸，所以必須采用TJ165型架橋機架設(shè)。各施工單位TJ165型架橋機數(shù)量有限，難于滿足工程進程的要求，而JQ140型架橋機數(shù)量較多，任務(wù)也不是很飽滿，如果能將JQ140型架橋機改造成能架設(shè)2201型預(yù)制梁的架橋機，即架橋機的起重能力由140噸提高至165噸，這將會大大緩解各施工單位165噸架橋機數(shù)量不足的困境，并節(jié)省大量設(shè)備的購置費用。

2 JQ140型架橋機結(jié)構(gòu)改造方法

JQ140型架橋機起重量提升的改造，主要是承載結(jié)構(gòu)的改造。由于原JQ140型架橋機的主要承載結(jié)構(gòu)截面形狀、尺寸在改造過程中基本都不能變化，架橋機最大起重量由140噸變成了165噸，原JQ140型架橋機的主要承載結(jié)構(gòu)能否滿足強度、剛度和穩(wěn)定性要求，這要通過有限元分析來判定，如果起重量由140噸增加到165噸，有限元分析的結(jié)果與許用應(yīng)力和許用變形相差不是很大，我們就可在原JQ140型架橋機的主要承載結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上進行必要的補強來提高結(jié)構(gòu)的承載能力。補強方案制定后，我們再根據(jù)補強方案作有限元分析，如果分析計算結(jié)果能夠滿足強度和剛度的要求，我們就可對原JQ140型架橋機的主要承載結(jié)構(gòu)進行補強施工。施工完成之后，我們再進行主要承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形測試，測試結(jié)果必須符合強度和剛度要求。

3 JQ140型架橋機的結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)改造主要工況分析

3.1 總體結(jié)構(gòu)

JQ140型架橋機是可架設(shè)16M、24M、32M和40M等型號T型梁的單臂式鐵路架橋機，其總體結(jié)構(gòu)由車體、機臂、0號柱、一號柱、二號柱、三號柱，以及懸掛在機臂上并沿機臂運行的兩臺吊梁小車和兩臺吊軌小車組成，詳見圖1所示。主要的承載結(jié)構(gòu)是機臂、0號柱、一號柱、二號柱、三號柱。0號柱、二號柱、三號柱受力單一，強度和剛度容易滿足要求。機臂和一號柱受力復(fù)雜，是整個架橋機結(jié)構(gòu)的重點部分，本文所提用的結(jié)構(gòu)技術(shù)改造主要指的是這兩個部分。

3.2 結(jié)構(gòu)改造的主要工況分析

單臂式鐵路架橋機的危險工況有機臂全懸、中點吊梁和吊梁橫移三種。機臂全懸工況不涉及起重量的變化，作業(yè)時，情況與起重量為140噸時完全相同，所以這種工況在結(jié)構(gòu)改造時可以不考慮。結(jié)構(gòu)改造要重點考慮的兩個工況是中點吊梁和雙點吊梁及橫移工況。

中點吊梁工況是指T型梁的前端被前吊梁小車吊起，并運行至橋跨中，梁后端仍在車體上還未吊起的狀態(tài)。這種工況下，機臂支承在0號柱與一號柱上，前吊梁小車在0號與一號柱的中間。這種工況屬危險工況之一，如果起重量由140噸變成了165噸，主要承載結(jié)構(gòu)的強度和變形都會隨之發(fā)生變化，所以在進行技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)分析與計算時，這種工況是必須考慮的主要工況之一。

雙點吊梁及橫移工況是指T型預(yù)制梁由前后兩臺吊梁小車吊起并縱移到橋跨上方，吊梁小車再將T型預(yù)制梁橫移1150mm，梁片對準墩臺支座位置落下的狀態(tài)。在此工況下，架橋機總體結(jié)構(gòu)處于偏心受力狀態(tài)，此時屬于最危險工況。因為起重量由140噸變成了165噸，主要承載結(jié)構(gòu)的強度和變形都會隨之發(fā)生較大的變化，所以在進行技術(shù)改造的結(jié)構(gòu)分析與計算時，這種工況是必須考慮。

4 JQ140型架橋機主要結(jié)構(gòu)有限元分析

4.1 JQ140型架橋機機臂和一號柱的建模

（1）JQ140型架橋機機臂和一號柱采用ANSYS有限元分析軟件進行分析計算。

（2）架橋機機臂承載模型如圖2所示，為一次超靜定結(jié)構(gòu)。

（3）載荷：計算載荷取改造后JQ140型架橋機額定載荷的1.1倍（165×1.1=181.5噸），相應(yīng)鋼結(jié)構(gòu)的自重由程序自動計入。

4.2 改造前的JQ140型架橋機機臂計算

JQ140型架橋機機臂為變截面鋼箱梁，是架橋機最主要承載構(gòu)件。機臂上設(shè)有上耳梁和下耳梁，上耳梁的作用為1號龍門柱提供對機臂的支承點并兼作機臂相對于一號柱的移動軌道，因此局部受力較為復(fù)雜。下耳梁的作用是作為吊梁小車懸掛點并兼作吊梁小車的移動軌道，局部受力也較為復(fù)雜。機臂在進行有限元分析計算時，全部采用板單元建模。

計算結(jié)果顯示，改造前的JQ140型架橋機的起重量由140噸變成165噸后，中點吊梁工況下，最大應(yīng)力為205.9MPa，位于跨中吊點處；最大垂向撓度為151.905mm。吊梁橫移工況下，最大應(yīng)力為234MPa，最大應(yīng)力發(fā)生在靠近0號柱的前吊點處，即吊梁小車與下耳梁接觸的地方。最大垂向撓度為141mm。顯然，吊梁橫移工況下最大應(yīng)力超過了許用應(yīng)力值230MPa，改造時需要對機臂進行適當?shù)难a強。

4.3 改造前的JQ140型架橋機一號柱的計算

一號柱為套筒式鋼架結(jié)構(gòu)，通過套筒的伸縮可使機臂上升下降。一號柱位于主機車前轉(zhuǎn)向架中心斷面處，它不僅作為機臂的一個豎向支承點，機臂在此可以沿縱向前后伸縮移動，同時也是機臂的一個水平和豎向的轉(zhuǎn)動點，以實現(xiàn)機臂的擺頭和翹頭動作。一號柱在進行有限元分析計算時，也是全部采用板單元建模。

計算結(jié)果顯示，改造前的JQ140型架橋機的起重量由140噸變成165噸后，一號柱的最大應(yīng)力達到442.222MPa，最大位移為56mm，最大應(yīng)力發(fā)生在吊梁橫移工況時，這時的最大應(yīng)力遠遠超過許用應(yīng)力230MPa。因此改造時對一號柱的補強方案應(yīng)重點考慮。

5 結(jié)構(gòu)補強方案

5.1 機臂的結(jié)構(gòu)補強方案

從前面的計算中得知原機臂在吊梁橫移工況下，應(yīng)力水平總體上比較好，但在前后吊點處吊梁小車行輪與下耳梁接觸的地方，最大應(yīng)力達到233.694MPa。因此需要在這兩個地方局部補強。根據(jù)下耳梁的實際構(gòu)造，我們采用將前后吊點區(qū)域的下耳梁隔板加密一倍補強增加一縱向隔板方式，這一方式可有效的降低局部應(yīng)力。

5.2 一號柱的結(jié)構(gòu)補強方案

從1號龍門柱有限元分析計算的應(yīng)力云圖可以看到，在架橋機中點吊梁和吊梁橫移工況下，結(jié)構(gòu)的應(yīng)力水平在以下5處比較大而且均超過了230MPa的許用應(yīng)力。如圖3（a）所示，第一處是柱頂與平聯(lián)桿連接處；第2處是柱頂與支承梁相接處；第3處是支承梁與支承梁拉桿相接處；第4處是柱頂轉(zhuǎn)角處；第5處是平連桿本身。

根據(jù)1號龍門柱有限元分析計算的應(yīng)力云圖和一號柱結(jié)構(gòu)形狀和尺寸實際情況，我們在反復(fù)比選和分析計算的基礎(chǔ)上制定了分別在圖3（b）所示的a、b、c、d、e、f共6處進行補強的方案。其中在a處增加一塊10mm的隔板、在b處增加一塊16mm三角肘板、在c處增加一塊16mm蓋板、在d處增加一塊弧形板、在e處增加三塊16mm肘板構(gòu)成立體結(jié)構(gòu)、在f處增加16mm弧形板。各補強板在焊接條件許可的情況下盡可以實施滿焊。

5.3 機臂和一號柱補強后的再校核

機臂和一號柱在采取上述的補強方案后，檢算結(jié)果如表1所示。

從表中的數(shù)據(jù)可以看出補強后結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變水平普遍下降，強度和剛度均能滿足要求，因此補強方案是合理有效的，可以照此補強方案對JQ140型架橋機的機臂和一號柱進行技術(shù)改造。

6 結(jié)論

我們在對JQ140型架橋機原有承載結(jié)構(gòu)進行了大量分析和計算的基礎(chǔ)上，綜合考慮各種最危險的工況和原有結(jié)構(gòu)的實際形狀和尺寸，提出了合理的技術(shù)改造方案，并對這些方案進行仿真分析，經(jīng)過反復(fù)調(diào)整方案和反復(fù)分析計算，最終得到了可以滿足強度和剛度要求的補強方案。我們根據(jù)這一方案對JQ140型架橋機主要承載結(jié)構(gòu)進行了技術(shù)改造。改造后的JQ140型架橋機經(jīng)實際架橋檢測，其主要結(jié)構(gòu)應(yīng)力均小于230Mpa的許用值，變形量也在允許范圍內(nèi)。改造后的JQ140型架橋機已經(jīng)安全架橋數(shù)上千孔165噸40米的T形梁，最高日架橋數(shù)達八孔，各項技術(shù)指標完全達到改造設(shè)計要求，說明JQ140G型架橋機技術(shù)改造是成功的。

參考文獻

[1]鐵路架橋機架梁暫行規(guī)定（鐵建設(shè)[2006]181號）[M].北京：中國鐵道出版社，2005.

[2]起重機設(shè)計規(guī)范（GB/T3811-2009）[M].北京：中國標準出版社.

[3]樊友洪，鄒建華.TJ165鐵路架橋機機臂的有限元分析[J].中國水運，2007，（5）.