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【摘要】针对HZQY900型运架一体机主梁重载时下挠度过大导致无法满足整机过孔性能所采取的技术方法进行了研究并提出了可行性措施。
【关键词】一体机；下挠度；过孔；措施
中铁二十四局集团鹰潭设备安装工程有限公司于2013年10月份购买了某公司生产的HZQY900型双梁式运架一体机，用于中铁二十四局集团白云至龙里北铁路工程二标段的双线箱梁架设，笔者作为该架梁分部的项目经理，全程参与了该设备的拼装、重载试验、桥梁架设等过程，对该设备在重载吊梁过孔过程中出现的多种问题进行了梳理和总结，特整理成文，以供探讨。
一、背景
1、中铁二十四局白云至龙里北铁路工程2标段共有102孔双线箱梁需要架设，需通过5座隧道，隧道断面为设计时速250km/h双线隧道，断面半径为6.41米，隧道填充面至隧道衬砌顶部尺寸为9.2米，隧道最小曲线半径为2100M，有较多桥隧相连工况。
2、我公司现有6台套双线箱梁运架设备，但所有设备都无法满足现场的施工条件，经过市场调查和比选，选择了某公司对我们现有的一台运架分离式设备进行改造，以生产出能满足施工现场的双梁式运架一体机。
二、存在问题
该设备于2014年4月中旬拼装调试完成，在随后的重载试验和架设桥梁的过程中，出现了严重的问题：
当一体机重载运梁到所需架设梁的桥头，前支腿支撑到桥墩，前走行台车悬挂油缸收起，此时为重载过孔状态，主梁跨度为81米（行走状态跨度为45米），按照设计要求，此时，为整机最不利状态，设计允许跨中下挠度为380mm，但实际测量下挠度为660mm，导致桥机前台车悬挂轮组（共9组轮组）无法全部悬空，只有靠近前支腿的可以脱空，而后面4组轮组均无法脱空，这直接导致一体机无法跨孔作业，针对所出现的情况，我们和相关技术人员进行了仔细检查和分析，发现存在以下问题：
1、整机单侧 有七节主梁（双侧共有14节主梁），共六个接头（双侧共有12个接头），主梁上下连接板按设计要求是采用30mm厚的Q550的整块钢板，但由于制造方原因，他们采用了两层14mm和16mm厚的钢板叠加，钢板四周采取间断焊接方式固定，然后配钻螺栓孔（如图所示）。
2、每个主梁竖向接头连接之间的缝隙明显存在喇叭口，都是上小下大，拆开之后检查发现有部分螺栓眼已经发生塑性变形。
3、主梁上下连接板螺栓孔直径为32mm，采用M30的10.9级的高强度螺栓。
4、螺栓在紧固过程中，发现有很多的螺栓无法施加到额定预紧力，经常是一排螺栓紧固后另一排却又松弛的情况，出现“弹簧”现象。
5、螺栓连接方式，按设计要求是采取摩擦型连接方式。
该连接方式特点：通过紧固螺栓，使连接板层夹紧，利用由此产生于连接板之间接触面之间的摩擦力来传递外载荷，高强度螺栓在连接中不承受剪力，只受拉并由此给连接件之间施加了接触压力，其极限破坏状态是连接板之间发生滑移。
三、问题分析
1、问题发生后，我们拆卸了几组螺栓连接板，并将两块叠加在一起的连接板焊缝切割开，发现所叠加的两层板之间没有摩擦的痕迹，中间基本上都有间隙，钢板中间表面还有焊接飞溅物以及油污，四周被焊接固定住，形成了一个空腔体，这也就是为什么紧固螺栓时会发生“弹簧”现象。
2、按照摩擦型连接方式的技术要求，只有当高强度螺栓施加到额定预紧力的时候，才能具备一定的摩擦承载能力，当连接板之间由于空隙的存在而使螺栓紧固无法达到要求，在重载时，必然会使连接板之间发生相对滑移，达到了破坏状态，从而使螺栓连接失效，无法满足设备使用功能。
3、由于设计主梁上下连接板螺栓孔直径为32mm，采用M30的 10.9级的高强度螺栓，一旦发生滑移后，由于螺孔之间间隙配合较大，导致了主梁下挠度的进一步加大。
四、处理措施
一体机单侧有7片大梁，共6个接头，按照主梁结构受力的有限元分析，第一、第六个接头承受的弯矩值相对较小，第二、第五个接头承受弯矩值较大，第三个和第四个接头所承受的弯矩值最大，依据现场实际情况，由此我们分别采取了如下措施进行处理：
（一）第一、第六个接头还是采取原来的连接板和原来的螺栓，但是在施工工艺上进行了处理
1、对于摩擦型连接方式，连接板接触面的抗滑移系数是影响连接承载力的重要因素之一，对某一个特定的连接点，当其连接螺栓和数量确定之后，摩擦面的处理方法和抗滑移系数值成為摩擦型连接承载力的主要参数。
2、对钢板表面进行喷丸处理，使钢板表面达到一定的粗糙度，增加摩擦面的抗滑移系数，特别是原来所叠加的连接板，把焊接处切割开，清除油污和焊渣，喷丸处理后两块钢板之间不能再像原来一样焊接固定，以免引起焊接变形，避免“弹簧”现象。
3、原来使用过的高强度螺栓，拆下来后不能再使用到主梁连接部位，必须使用未紧固过的，因为高强度螺栓强度高，韧性差，在第一次使用过程中，所施加预应力拧紧后，螺栓中的应力已经接近材料的屈服极限，使用过后还有一定的残余应力，重复使用不但达不到额定预紧力，而且容易产生疲劳破坏。
4、安装螺栓的方法和顺序，这点非常重要，施工工艺的错误将直接导致螺栓安装的施工质量，高强度螺栓应能自由穿入螺栓孔，不能气割扩孔，遇到必须扩孔时，应使用铰刀进行，最大扩孔量不能超过1.2d（d为螺栓公称直径）；
紧固螺栓顺序，应从螺栓群中间顺序向外侧进行紧固或从接头刚度大的地方向不受约束的自由端进行；紧固必须分两次进行，采用扭矩扳手，第一次初拧，紧固到螺栓设计预拉力的60%--80%，初拧扭矩值不得小于终扭矩值的30%，第二次紧固为终拧，螺栓连接副在终拧完毕48h内应进行终拧扭矩的检验。
（二）第二、三、四、五个接头所承受的弯矩值较大，在这个方面，我们从螺栓的连接方式和板材上进行了处理：
1、摩擦型和承压型连接方式的区别与选择：作为一体机主梁，在跨孔作业时的跨度达到82米，在设计上应该是允许变形的结构杆件，也就是说可以允许连接接头发生一定的相对滑移。如果选择摩擦型连接方式，螺栓不承受剪力，即所有接头不允许有任何滑移，一旦滑移，设计就认为达到了破坏状态，所以这种连接方式不适应于一体机主梁连接。承压型连接方式，螺栓按抗剪设计，高强度螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这是被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁破坏作为连接受剪的极限状态，所以，这种连接方式可以适应于一体机主梁连接。
2、根据现场实际情况，我们将将原设计所有接头采用摩擦型连接方式改为第一、第六个接头采用原来的摩擦型连接，其它接头全部采用承压型连接方式，原来M30的10.9级高强度螺栓改为特制的M31.5的10.9级高强度铰制孔螺栓；
铰制孔螺栓能同时承受横向和轴向载荷，螺杆部分直径和螺孔直径的配合采取过渡配合形式（本方案是考虑现场实际情况难以施工，所以直径32mm的螺孔配合特制的M31.5的螺栓），螺杆直径的加大，直接加大了螺杆的抗剪切力。
3、原来的双层叠加连接板不能继续使用（第一和第六接头不换），更换为厚度为30mm的整块连接钢板，并在现场进行配对钻孔，采取整块连接板后，按照前面所述的螺栓拧紧方式和拧紧顺序，可以达到设计所需要的额定预紧力。
经过上述处理措施后，我们对一体机重载状态的主梁下挠度重新进行了检测，发现主梁接头之间的竖向缝隙基本没有变化，测量下挠度为500mm（原来下挠度为660mm），有效地改善了主梁的下挠度，事实证明这种方法是行之有效的，可以很好地解决现场出现的类似问题。
后记
按设计要求，该工况下的主梁下挠度为380mm，从测量的数据来看，主梁处理后的下挠度依然没有达到技术要求，后经过有限元计算分析，发现主梁钢结构的刚度计算存在错误，该问题已经作为后续问题需要另行处理。
参考文献
[1]中国建筑工业出版社《钢结构设计手册》.
[2]人民交通出版社《钢结构连接与节点（上）》.
【关键词】一体机；下挠度；过孔；措施
中铁二十四局集团鹰潭设备安装工程有限公司于2013年10月份购买了某公司生产的HZQY900型双梁式运架一体机，用于中铁二十四局集团白云至龙里北铁路工程二标段的双线箱梁架设，笔者作为该架梁分部的项目经理，全程参与了该设备的拼装、重载试验、桥梁架设等过程，对该设备在重载吊梁过孔过程中出现的多种问题进行了梳理和总结，特整理成文，以供探讨。
一、背景
1、中铁二十四局白云至龙里北铁路工程2标段共有102孔双线箱梁需要架设，需通过5座隧道，隧道断面为设计时速250km/h双线隧道，断面半径为6.41米，隧道填充面至隧道衬砌顶部尺寸为9.2米，隧道最小曲线半径为2100M，有较多桥隧相连工况。
2、我公司现有6台套双线箱梁运架设备，但所有设备都无法满足现场的施工条件，经过市场调查和比选，选择了某公司对我们现有的一台运架分离式设备进行改造，以生产出能满足施工现场的双梁式运架一体机。
二、存在问题
该设备于2014年4月中旬拼装调试完成，在随后的重载试验和架设桥梁的过程中，出现了严重的问题：
当一体机重载运梁到所需架设梁的桥头，前支腿支撑到桥墩，前走行台车悬挂油缸收起，此时为重载过孔状态，主梁跨度为81米（行走状态跨度为45米），按照设计要求，此时，为整机最不利状态，设计允许跨中下挠度为380mm，但实际测量下挠度为660mm，导致桥机前台车悬挂轮组（共9组轮组）无法全部悬空，只有靠近前支腿的可以脱空，而后面4组轮组均无法脱空，这直接导致一体机无法跨孔作业，针对所出现的情况，我们和相关技术人员进行了仔细检查和分析，发现存在以下问题：
1、整机单侧 有七节主梁（双侧共有14节主梁），共六个接头（双侧共有12个接头），主梁上下连接板按设计要求是采用30mm厚的Q550的整块钢板，但由于制造方原因，他们采用了两层14mm和16mm厚的钢板叠加，钢板四周采取间断焊接方式固定，然后配钻螺栓孔（如图所示）。
2、每个主梁竖向接头连接之间的缝隙明显存在喇叭口，都是上小下大，拆开之后检查发现有部分螺栓眼已经发生塑性变形。
3、主梁上下连接板螺栓孔直径为32mm，采用M30的10.9级的高强度螺栓。
4、螺栓在紧固过程中，发现有很多的螺栓无法施加到额定预紧力，经常是一排螺栓紧固后另一排却又松弛的情况，出现“弹簧”现象。
5、螺栓连接方式，按设计要求是采取摩擦型连接方式。
该连接方式特点：通过紧固螺栓，使连接板层夹紧，利用由此产生于连接板之间接触面之间的摩擦力来传递外载荷，高强度螺栓在连接中不承受剪力，只受拉并由此给连接件之间施加了接触压力，其极限破坏状态是连接板之间发生滑移。
三、问题分析
1、问题发生后，我们拆卸了几组螺栓连接板，并将两块叠加在一起的连接板焊缝切割开，发现所叠加的两层板之间没有摩擦的痕迹，中间基本上都有间隙，钢板中间表面还有焊接飞溅物以及油污，四周被焊接固定住，形成了一个空腔体，这也就是为什么紧固螺栓时会发生“弹簧”现象。
2、按照摩擦型连接方式的技术要求，只有当高强度螺栓施加到额定预紧力的时候，才能具备一定的摩擦承载能力，当连接板之间由于空隙的存在而使螺栓紧固无法达到要求，在重载时，必然会使连接板之间发生相对滑移，达到了破坏状态，从而使螺栓连接失效，无法满足设备使用功能。
3、由于设计主梁上下连接板螺栓孔直径为32mm，采用M30的 10.9级的高强度螺栓，一旦发生滑移后，由于螺孔之间间隙配合较大，导致了主梁下挠度的进一步加大。
四、处理措施
一体机单侧有7片大梁，共6个接头，按照主梁结构受力的有限元分析，第一、第六个接头承受的弯矩值相对较小，第二、第五个接头承受弯矩值较大，第三个和第四个接头所承受的弯矩值最大，依据现场实际情况，由此我们分别采取了如下措施进行处理：
（一）第一、第六个接头还是采取原来的连接板和原来的螺栓，但是在施工工艺上进行了处理
1、对于摩擦型连接方式，连接板接触面的抗滑移系数是影响连接承载力的重要因素之一，对某一个特定的连接点，当其连接螺栓和数量确定之后，摩擦面的处理方法和抗滑移系数值成為摩擦型连接承载力的主要参数。
2、对钢板表面进行喷丸处理，使钢板表面达到一定的粗糙度，增加摩擦面的抗滑移系数，特别是原来所叠加的连接板，把焊接处切割开，清除油污和焊渣，喷丸处理后两块钢板之间不能再像原来一样焊接固定，以免引起焊接变形，避免“弹簧”现象。
3、原来使用过的高强度螺栓，拆下来后不能再使用到主梁连接部位，必须使用未紧固过的，因为高强度螺栓强度高，韧性差，在第一次使用过程中，所施加预应力拧紧后，螺栓中的应力已经接近材料的屈服极限，使用过后还有一定的残余应力，重复使用不但达不到额定预紧力，而且容易产生疲劳破坏。
4、安装螺栓的方法和顺序，这点非常重要，施工工艺的错误将直接导致螺栓安装的施工质量，高强度螺栓应能自由穿入螺栓孔，不能气割扩孔，遇到必须扩孔时，应使用铰刀进行，最大扩孔量不能超过1.2d（d为螺栓公称直径）；
紧固螺栓顺序，应从螺栓群中间顺序向外侧进行紧固或从接头刚度大的地方向不受约束的自由端进行；紧固必须分两次进行，采用扭矩扳手，第一次初拧，紧固到螺栓设计预拉力的60%--80%，初拧扭矩值不得小于终扭矩值的30%，第二次紧固为终拧，螺栓连接副在终拧完毕48h内应进行终拧扭矩的检验。
（二）第二、三、四、五个接头所承受的弯矩值较大，在这个方面，我们从螺栓的连接方式和板材上进行了处理：
1、摩擦型和承压型连接方式的区别与选择：作为一体机主梁，在跨孔作业时的跨度达到82米，在设计上应该是允许变形的结构杆件，也就是说可以允许连接接头发生一定的相对滑移。如果选择摩擦型连接方式，螺栓不承受剪力，即所有接头不允许有任何滑移，一旦滑移，设计就认为达到了破坏状态，所以这种连接方式不适应于一体机主梁连接。承压型连接方式，螺栓按抗剪设计，高强度螺栓承压型连接中允许外剪力超过最大摩擦力，这是被连接板件之间发生相对滑移变形，直到螺栓杆与孔壁接触，此后连接就靠螺栓杆身剪切和孔壁承压以及板件接触面间的摩擦力共同传力，最后以杆身剪切或孔壁破坏作为连接受剪的极限状态，所以，这种连接方式可以适应于一体机主梁连接。
2、根据现场实际情况，我们将将原设计所有接头采用摩擦型连接方式改为第一、第六个接头采用原来的摩擦型连接，其它接头全部采用承压型连接方式，原来M30的10.9级高强度螺栓改为特制的M31.5的10.9级高强度铰制孔螺栓；
铰制孔螺栓能同时承受横向和轴向载荷，螺杆部分直径和螺孔直径的配合采取过渡配合形式（本方案是考虑现场实际情况难以施工，所以直径32mm的螺孔配合特制的M31.5的螺栓），螺杆直径的加大，直接加大了螺杆的抗剪切力。
3、原来的双层叠加连接板不能继续使用（第一和第六接头不换），更换为厚度为30mm的整块连接钢板，并在现场进行配对钻孔，采取整块连接板后，按照前面所述的螺栓拧紧方式和拧紧顺序，可以达到设计所需要的额定预紧力。
经过上述处理措施后，我们对一体机重载状态的主梁下挠度重新进行了检测，发现主梁接头之间的竖向缝隙基本没有变化，测量下挠度为500mm（原来下挠度为660mm），有效地改善了主梁的下挠度，事实证明这种方法是行之有效的，可以很好地解决现场出现的类似问题。
后记
按设计要求，该工况下的主梁下挠度为380mm，从测量的数据来看，主梁处理后的下挠度依然没有达到技术要求，后经过有限元计算分析，发现主梁钢结构的刚度计算存在错误，该问题已经作为后续问题需要另行处理。
参考文献
[1]中国建筑工业出版社《钢结构设计手册》.
[2]人民交通出版社《钢结构连接与节点（上）》.