焦 仁 釗

(中鐵十八局集團第三工程有限公司, 河北　涿州　072750)

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復雜工況下拆解450t提梁機的穩(wěn)定性分析與計算*

焦 仁 釗

(中鐵十八局集團第三工程有限公司, 河北涿州072750)

津秦鐵路客運專線新立梁場位于天津市東麗區(qū)新立鎮(zhèn)東大橋村，提梁站緊鄰既有津山鐵路，提梁機安裝高度35m，提梁機支腿高29m，距離既有鐵路護欄21.4m，并且地質(zhì)條件差，地基承載力低。為防止450t提梁機在安裝拆解過程中傾覆，造成鐵路安全事故，通過主要機具選擇、場地地基承載力檢算，大型主吊機起重能力計算，支腿纜風繩受力，地錨技術(shù)要求、墊塊計算等方面來闡述在復雜工況下拆解450t提梁機時施工機具的穩(wěn)定性分析與計算。

復雜工況；450t提梁機；穩(wěn)定性

近年來，隨著國內(nèi)高速鐵路客運專線大規(guī)模的建設(shè)和發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)在線路中占據(jù)的比例越來越大，并且線路走向基本上與既有鐵路相平行。為節(jié)約施工成本，減少施工難度，保證建設(shè)質(zhì)量，900t預制箱梁結(jié)構(gòu)在橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前在高速鐵路客運專線建設(shè)中，臨近平行既有鐵路線的橋梁越來越多，受場地狹小限制，地質(zhì)條件差等影響，900t預制箱梁提架設(shè)備在拼裝拆解過程中，為防止吊裝設(shè)備時傾覆而發(fā)生安事故，在拆解450t提梁機時，確保設(shè)備機具的穩(wěn)定性顯得尤為重要。

一、工程概況

中鐵十八局集團新立制梁場負責津秦鐵路客運專線塘沽西跨京津塘高速公路特大橋共計268榀的箱梁預制，新立梁場位于天津市東麗區(qū)新立鎮(zhèn)東大橋村，提梁站位于既有津山鐵路北側(cè)，并且平行于津山鐵路，津秦客專里程為DK22+92.22-DK22+283.22，津山鐵路里程為K167+884-K167+697。該梁場450t提梁機由鄭州大方設(shè)計制造，結(jié)構(gòu)由主梁、剛性支腿、柔性支腿、端橫梁、起重小車、大車行車機構(gòu)、控制系統(tǒng)等組成。主梁為雙箱梁結(jié)構(gòu)，小車機構(gòu)在主梁軌道上運行。安裝高度35m。主梁長度為41m，提梁機跨距為36m，結(jié)構(gòu)總重約為273t，整機重量420t。提梁機支腿高29m，寬17.1m，距離既有線護欄21.4m，運行長度187m。為保證既有津山鐵路的運營安全，因此提梁機安裝拆解需在長187m，寬60m的施工場地區(qū)域內(nèi)進行，并需要做好防傾覆措施。其中各部位重量為：單根主梁總重75t，剛性支腿65t，柔性支腿45t，起重小車68t。

二、拆解工藝及防傾覆措施

拆解工藝：拆鋼絲繩鎖繩機構(gòu)及吊具→拆電氣及供電設(shè)備起吊小車拆解→主梁及端橫梁拆解→剛性支腿拆解→柔性支腿拆解→主梁、支腿框架地面拆解[1](P34-35)。

拆解過程中，支腿每側(cè)采用兩根纜風繩固定，纜風繩采用2.5×2.5×2m混凝土埋入式地錨固定，靠既有線側(cè)柔性支腿采用2.5×2.5×2m混凝土立方體活動地錨，活動地錨外側(cè)距離既有線路堤坡腳線最小距離6m。另一側(cè)采用固定地錨，固定地錨提前埋設(shè)到位，活動地錨提前吊裝到位。地錨吊裝時，離地約10cm低位運行至設(shè)定點，提梁機拆解時派專人對地錨進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)地錨位移時，立即停止施工[2](P28-29)。

三、拆解過程中的穩(wěn)定性分析與計算

(一)主要吊裝機具選擇

450t提梁機具有跨距大，設(shè)備高，重量大等特點，根據(jù)現(xiàn)場狀況和類似工程經(jīng)驗，主要吊裝機具選擇如下：200t和300t汽吊各一臺為主吊裝機具，一臺80t汽吊配合吊裝。為確保吊裝安全，汽車吊車地腳采用鋪設(shè)鋼板的方式，增大承載力，鋼板尺寸為2.5×2.5m汽車吊專用支墊，支墊由20mm厚上鋼板、雙向16號槽鋼滿覆、20mm厚下鋼板組成，支墊自重10t。300t汽吊自重167.5t，極限情況下，單支點最大壓力83.75t。

(二)場地基礎(chǔ)承載力檢算

根據(jù)新立梁場工程地質(zhì)勘察報告，原土層由上至下分別為黏土，淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土。其淤泥質(zhì)粘土的地基承載力為100kPa，無法滿足實際施工要求，為此，提梁站場地已經(jīng)進行過換填加固處理，厚度為1m級配碎石進行換填，并澆注0.3m的C40混凝土基礎(chǔ)，澆筑寬度為11m。

支墊承受荷載，應(yīng)力擴散至粘土層，計算擴散范圍a值為：

a=2.5+0.2×tan45°×2+0.6×tan30°×2=3.59m

本地段是施工地段便道，根據(jù)建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范(GB50007-2002)第5.2.8條，對于沉降已經(jīng)穩(wěn)定或經(jīng)過預壓的地基，可適當提高承載力。粉質(zhì)黏土部的地基承載力為100kPa，按1.3倍系數(shù)計取該段地基承重： P=3.59×3.59×1.3×100=1675.5kN﹥837.5kN，因此地基承載力滿足要求。

(三)選用200t、300t主吊機起重能力計算

選用兩臺吊機抬吊箱型梁和剛性支腿。主梁的安裝高度為35m，選用的200t汽車吊回轉(zhuǎn)半徑8m，臂長調(diào)整為39.1m，根據(jù)吊機的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下單臺最大起重量為45t。選用的300t汽車吊回轉(zhuǎn)半徑8m，臂長調(diào)整為40.9m，根據(jù)吊機的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下其單臺最大起重量為57t。

兩機起重量為45+57=102t，兩臺抬吊折合系數(shù)取為：0.8，兩機起重量：102×0.8=81.6t，兩機安全起重量：81.6t>主梁75t，可以安全滿足主梁的吊裝需要。

剛性支腿安裝高度為32m，吊裝時，調(diào)整200t吊機回轉(zhuǎn)半徑為10m，臂長為39.1m，根據(jù)吊機的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下吊機的起重量為40.5t。調(diào)整300t吊機回轉(zhuǎn)半徑為10m，臂長為40.9m，根據(jù)吊機的回轉(zhuǎn)半徑圖表，該狀態(tài)下吊機的起重量為54t，兩機起重量為40.5+54=94.5t。兩臺抬吊折合系數(shù)取為：0.8，兩機起重量：94.5×0.8=75.6t，兩機安全起重量：75.6t>剛性支腿重量65t?？梢詽M足剛性支腿的安全吊裝。柔性支腿重量為45t，遠小于剛性支腿重量，滿足安全吊裝要求，不再另行計算。

(四)支腿纜風繩受力估算及選型

剛性支腿重量：G剛=65t，高32m；柔性支腿重量：G柔=45t，高32m；單根主梁重G梁=75t。

風載荷力：因安裝要求規(guī)定6級以上大風禁止安裝，按10年一遇，查天津地區(qū)風壓值W0=0.3kN/m2， FWH=K0×K1×K3×WdAWh，Wd= (K2×K5)2W0，F(xiàn)Wh-橫橋向風荷載標準值/kN，Wd-設(shè)計基準風壓/kN/m2， K0-設(shè)計風速重現(xiàn)期換算系數(shù)，K1- 風載阻力系數(shù)，K3-地形、地理條件系數(shù)，K2-為考慮地面粗糙度類別和梯度風的風速高度變化修正系數(shù)；K5-為陣風風速系數(shù)，AWh為剛性支腿最大迎風面積，根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，AWh=90m2，由公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范(JTGD60-2004)可知，K0取1.0，K1取1.5，K3取1.0， K2取1.2，K5取1.38，故：

FWH=K0×K1×K3×WdAWh=K0×K1×K3×(K2×K5)2W0AWh=1.0×1.5×1.0×(1.2×1.38)2×0.3×90=1.5×2.74×27=111kN

根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，攬風繩與水平面成41°角斜拉，考慮重心水平偏移量為0.63m，再考慮吊裝主梁時對支腿的垂直碰撞，計算時加上主梁重量。風力作用重心的取值，因支腿為上小下大的梯形狀，為保證安全，取支腿的高度31m的3/4處為風力作用重心。則纜風繩內(nèi)側(cè)拉力F總拉 可由正式計算：

F總拉=[(G剛+G/2)×0.63+ FWH×31×3/4]/ 25.85×cos41，代入相應(yīng)數(shù)據(jù)可得：

F總拉=[(851+355)× 0.63+111×23.25]/(25.85×cos41) =(759.8+2580.8)/(25.85×0.755)=156kN

兩條纜風繩平面夾角28°，故單根纜風繩的拉力：F拉= F總拉/2cos14=156/(2×0.97)=80.5kN。

根據(jù)受力分析，以纜風繩所受拉力為依據(jù)選擇鋼絲繩，按4倍安全系數(shù)計算：F拉繩≈80.5×4=322kN，纜繩選用φ28-6×37的鋼絲繩。查建筑設(shè)計施工計算手冊可得鋼絲繩的最小破斷拉力為412kN，大于了322kN，故滿足使用要求。

柔性支腿重量約為剛性支腿的一半，以上結(jié)論同樣可以滿足柔性支腿安裝需要，不另做計算。

(五)地錨技術(shù)要求

剛性支腿吊裝中采用埋設(shè)重力式錨碇，規(guī)格為2.5×2.5×2m，拉索與錨的夾角為41°。

傾覆穩(wěn)定驗算可根據(jù)路橋施工計算手冊第473頁的重力式穩(wěn)定性驗算公式進行：

KM=M穩(wěn)/M傾=(G×L/2)/[(Fy拉×L/2)+ F拉×h]=2.5×2.5×2×25×1.25/(88.2×1.25×sin41°+88.2×2sos41)=390.6/(72.3+133.1)=1.9>1.4，滿足要求；

上拔力安全系數(shù)：KV=G/ Fy拉=2.5×2.5×2×25/(88.2×sin41°) =5.4>2，滿足要求；

活動摩擦系數(shù)取f=0.4，進行抗滑穩(wěn)定性驗算：Kh=Hf/HT=(G-Fy)f/ Fx拉

=(2.5×2.5×2×25-88.2×sin41)×0.4/(88.2×cos41)=1.53>1.4，滿足要求。

柔性支腿吊裝中靠既有線一側(cè)采用重力式錨碇，其規(guī)格與上同為2.5×2.5×2m，柔性支腿重量約為剛性支腿的一半，F(xiàn)柔拉

(六)墊塊計算

采用200t、300t汽吊支腿專用墊塊，由于300t承載能力大，因此只計算300t汽吊的情況。墊塊承受載荷為83.75t，上下蓋板厚20mm，兩蓋板凈間距為160mm，中間夾16號槽鋼，槽鋼間距為250mm。

此處主要驗算槽鋼受壓強度：F=837.5/2.5=335kN/m，彎矩驗算為懸臂狀態(tài)，則：M=1/2×F×l2=0.5×355×2502=11 093 750N/m，查16號槽鋼的截面矩Wx=116 800mm3，則：σ=M/W=11093750/116800=95MPa<205MPa，滿足要求。

四、結(jié)　語

津秦鐵路客運專線新立梁場450t提梁機在拆解過程中，通過各種施工機具在不同的狀態(tài)下的受力計算，穩(wěn)定性均能夠滿足抗傾覆能力的要求，能夠保證在拆解過程中不侵入既有鐵路線內(nèi)。此外，由于提梁機拆解施工屬于臨近營業(yè)線施工，施工前所有施工人員應(yīng)對拆解方案及工藝進行了解，熟悉操作過程和具體步驟。在施工過程中，任何人不得隨意改變施工方案的作業(yè)要求，如有特殊情況進行調(diào)整，必須通過一定的程序以保證整個施工過程安全，并制定相應(yīng)的應(yīng)急救援預案，以確保營業(yè)線的運營安全。

[1] 徐光興,李朝紅,崔巍.MT450/38型輪軌式提梁機[J].工程機械,2009(5).

[2] 王斌華,邵雨虹,呂彭民.基于ANSYS的450t提梁機結(jié)構(gòu)有限元分析[J].筑路機械與施工機械化,2011(6).

StabilityAnalysisandCalculationonDisassemblingMachine450tGirderUnderComplicatedWorkingCondition

JIAORen-zhao

(The3rdEngineeringCo.,Ltd,the18thBureauofChinaRailwayEngineeringCorporation,Zhuozhou072750,China)

JinqinpassengerrailwayinXinligirderplantislocatedinDongdaqiaoVillage,XinliTown,DongliDistrict,Tianjin,whichisnexttoJinshanRailway.Thegirdermachineis35metershighwith29metershighofsupportinglegs.Itisonly21.4metersawayfrombothrailfences,andhasthedisadvantagesofpoorgeologicalconditions,andlowbearingcapacity.Inordertopreventthe450tonsgirderfromcapsizingintheprocessofinstallationanddismantlingwhichcausestherailsafetyaccident,wemakethestabilityanalysisandcalculationondisassemblingmachine450Tgirderundercomplicatedworkingconditionthroughselectingmainequipment,checkingthefoundationbearingcapacity,calculatingtheliftingcapacityoflargemaincrane,thewindropestressoflegcable,thetechnicalrequirementsofanchoring,andtheblock.

complicatedworking; 450tgirdermachine;stability

2015-08-18

焦仁釗 (1981-)，男，山東曹縣人，工程師，主要從事公路與鐵路施工技術(shù)研究。

U455.3

A

1672-2388(2016)01-0017-03