韓永康

（鄭州新大方重工科技有限公司，鄭州 450064）

0 引言

某導(dǎo)梁應(yīng)用于印度某地鐵線路中的雙層U型梁部分，該段線路設(shè)計為雙層雙幅U型梁。上下層U型梁均采用提梁站提梁，梁上運輸方案，架橋機架設(shè)[1-3]。架橋機站在上層梁的墩頂和梁面上，先架設(shè)下層U型梁，再架設(shè)上層U型梁，逐跨架設(shè)。導(dǎo)梁則需要配合軌道式運梁車完成下層U型梁的喂梁工作。下層U型梁最大跨度為25 m，單片U型梁最大質(zhì)量為150 t。該段線路的斷面如圖1所示。

圖1 線路斷面圖

1 導(dǎo)梁簡介

1.1 結(jié)構(gòu)組成

該導(dǎo)梁由主梁、前支腿、后支腿和錨固橫梁組成。導(dǎo)梁總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 導(dǎo)梁總體結(jié)構(gòu)（單位：mm）

主梁。主梁為一條全長25.8 m、高1.05 m的箱型梁，頂部設(shè)置有軌道，可用于運梁車的走行。

前支腿。前支腿作為承重腿支撐于墩頂，通過螺栓連接在主梁的下方；同時側(cè)方通過耳板與主梁連接，可借助手動倒鏈來實現(xiàn)前支腿的翻轉(zhuǎn)；支腿底部設(shè)置有螺桿，用于支腿高度的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的縱向坡度。

后支腿。后支腿作為承重腿支撐于梁面，通過銷軸連接于主梁的下方。

錨固橫梁。錨固橫梁設(shè)置在主梁的側(cè)面，施工時其一端與主梁連接，另一端與U型梁的吊裝孔連接，以保證運梁車走行至導(dǎo)梁懸臂段時導(dǎo)梁的縱向傾覆穩(wěn)定性。

1.2 施工流程

1.2.1 喂梁

導(dǎo)梁需要與軌道式運梁車配合共同完成下層U型梁的喂梁工作。運梁車分為前運梁車和后運梁車，兩車均設(shè)置有在梁面走行的輪組（下走行輪組）和在導(dǎo)梁頂部軌道上走行的輪組（上走行輪組），并能夠通過液壓系統(tǒng)實現(xiàn)自身高度的調(diào)節(jié)。下面以25 m跨U型梁為例介紹施工流程。

步驟一。前運梁車馱U型梁走行至導(dǎo)梁的尾部，前運梁車升高，保證其能夠通過導(dǎo)梁，如圖3所示。

圖3 喂梁步驟一（單位：mm）

步驟二。運梁車繼續(xù)向前運行，前運梁車上走行輪組到達導(dǎo)梁頂部軌道的上方。前運梁車下降使上走行輪組支撐于導(dǎo)梁的頂部軌道，同時下走行輪組脫離U型梁梁面的軌道，其脫離的高度能夠滿足運梁車通過導(dǎo)梁的錨固橫梁，如圖4所示。

步驟三。前運梁車走行在導(dǎo)梁頂部軌道上，后運梁車走行在U型梁梁面軌道上，兩車同步向前運行，直至前運梁車到達架橋機前天車的提梁位置，架橋機前天車提起U型梁的前端，如圖5所示。

圖5 喂梁步驟三（單位：mm）

步驟四。前運梁車處于空載狀態(tài)，繼續(xù)向前走行，為后運梁車留出足夠的喂梁空間，如圖6所示。

圖6 喂梁步驟四（單位：mm）

步驟五。后運梁車與架橋機天車同步向前運行，當后運梁車到達導(dǎo)梁尾部時進行和前運梁車相同的操作，直至后運梁車到達架橋機后天車的提梁位置，架橋機后天車提起U型梁的后端。如圖7所示，喂梁工作完成。

圖7 喂梁步驟五（單位：mm）

1.2.2 過孔

導(dǎo)梁過孔需要借助運梁車，導(dǎo)梁的上蓋板設(shè)置有吊孔，通過螺紋鋼筋與運梁車連接，運梁車攜導(dǎo)梁走行至下一跨相應(yīng)位置。

步驟一。運梁車喂梁完成后，后運梁車先行后退至導(dǎo)梁頂部軌道尾部，運梁車的油缸頂升使其下走行輪組支撐于U型梁梁面軌道上，同時上走行輪組脫離導(dǎo)梁頂部軌道，如圖8所示。

圖8 過孔步驟一（單位：mm）

步驟二。后運梁車走行在U型梁梁面軌道上，后退至導(dǎo)梁后方吊孔附近。前運梁車與后運梁車進行相同操作，使前運梁車下走行輪組支撐于U型梁梁面軌道上，同時上走行輪組脫離導(dǎo)梁頂部軌道，如圖9所示。

圖9 過孔步驟二（單位：mm）

步驟三。導(dǎo)梁的錨固橫梁與U型梁吊孔解除連接，錨固橫梁向內(nèi)旋轉(zhuǎn)為前運梁車讓出走行空間。在U型梁梁面鋪設(shè)運梁車走行軌道，前運梁車走行至導(dǎo)梁前方吊孔附近，如圖10所示。

圖10 過孔步驟三（單位：mm）

步驟四。前后運梁車與導(dǎo)梁連接，運梁車升高使導(dǎo)梁前支腿脫離橋墩，后支腿脫離梁面；導(dǎo)梁前支腿向上翻轉(zhuǎn)，前后運梁車提導(dǎo)梁后退為架橋機讓出落梁空間，架橋機落梁，如圖11所示。

圖11 過孔步驟四（單位：mm）

步驟五。在已架設(shè)U型梁梁面鋪設(shè)運梁車走行軌道，運梁車提導(dǎo)梁走行至下一跨相應(yīng)位置，如圖12所示，導(dǎo)梁過孔完成。

圖12 過孔步驟五（單位：mm）

2 有限元分析

2.1 工況介紹

根據(jù)該導(dǎo)梁的施工流程，主要計算工況如表1所示。

表1 計算工況

2.2 計算荷載

導(dǎo)梁的材質(zhì)為Q355B，屈服強度為355 MPa，許用應(yīng)力為265 MPa，強度安全系數(shù)取1.34[4]。計算荷載如下：

導(dǎo)梁自重為16 t，根據(jù)設(shè)置的重力加速度自動加載；

單臺運梁車自重為15 t，按集中荷載施加在主梁上；

單片U型梁自重為150t，按集中荷載施加在主梁上。

2.3 模型建立

導(dǎo)梁的有限元模型如圖13所示。本文主要研究導(dǎo)梁的整體受力情況，且主梁中的隔板對結(jié)構(gòu)的剛度影響較小[5]，因此主梁、前支腿、后支腿和錨固橫梁全部采用梁單元進行模擬，沒有考慮隔板對導(dǎo)梁結(jié)構(gòu)的影響。前支腿、錨固橫梁與主梁連接的位置采用創(chuàng)建剛性單元的方式。后支腿與主梁采用銷軸連接，此位置通過創(chuàng)建一個模擬的梁單元，并釋放梁單元端部的轉(zhuǎn)動自由度（Ry）來實現(xiàn)鉸接。

圖13 導(dǎo)梁有限元模型

2.4 計算分析

2.4.1 工況一計算分析

工況一狀態(tài)下，導(dǎo)梁的前后支腿支撐，整體為簡支梁+懸臂梁。約束方式為：后支腿4個支點約束Ty和Tz兩個自由度，前支腿兩個支點約束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五個自由度，計算簡圖和計算結(jié)果如圖14所示。導(dǎo)梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)在主梁跨中位置，最大應(yīng)力為185.3 MPa，滿足強度要求。導(dǎo)梁跨中最大撓度為53 mm。

圖14 工況一計算分析

2.4.2 工況二計算分析

工況二狀態(tài)下，導(dǎo)梁的前支腿支撐，錨固橫梁與U型梁采用吊裝孔連接，此位置僅受拉力。約束方式為：錨固橫梁端部兩個點約束Tz一個自由度，前支腿兩個支點約束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五個自由度，計算簡圖和計算結(jié)果如圖15所示。導(dǎo)梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)在錨固橫梁位置，最大應(yīng)力為215.3 MPa，滿足強度要求。導(dǎo)梁懸臂段最大撓度為40 mm。

圖15 工況二計算分析

2.4.3 工況三計算分析

工況三狀態(tài)下，導(dǎo)梁的支撐方式和工況一相同。計算簡圖和計算結(jié)果如圖16所示。導(dǎo)梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)在主梁跨中位置，最大應(yīng)力為159.3 MPa，滿足強度要求。導(dǎo)梁跨中最大撓度為44.6 mm。

圖16 工況三計算分析

2.4.4 工況四計算分析

工況四狀態(tài)下，導(dǎo)梁的前后支腿支撐，約束方式為：后支腿4個支點約束Ty和Tz兩個自由度，前支腿兩個支點約束Tx、Ty、Tz、Rx、Rz五個自由度。計算簡圖和計算結(jié)果如圖17所示。從導(dǎo)梁整體位移云圖中發(fā)現(xiàn)，錨固橫梁位置出現(xiàn)了上拱，施工過程中錨固橫梁端部與U型梁吊裝孔連接，因此增加錨固橫梁端部Tz一個約束后重新計算工況四，改變約束后的計算簡圖和計算結(jié)果如圖18所示。導(dǎo)梁的最大應(yīng)力出現(xiàn)在主梁前支點附近，最大應(yīng)力為78.8 MPa，滿足強度要求。導(dǎo)梁懸臂段最大撓度為16.1 mm。

3 結(jié)語

該導(dǎo)梁的研發(fā)解決了采用架橋機架設(shè)雙層預(yù)制 U型梁時下層梁喂梁工作的施工難題，為后續(xù)類似項目提供了經(jīng)驗支持。同時通過有限元軟件Midas NFX對導(dǎo)梁進行了強度和剛度分析，充分體現(xiàn)了Midas NFX軟件在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的作用，其對結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計具有一定的指導(dǎo)意義。