论文部分内容阅读
摘 要：针对架桥机作业环境复杂、安全事故时有发生、既有结构安全评定方法与现场实际结合不紧密的问题，通过对箱型结构和桁架结构两种形式的架桥机进行应力水平、静刚度、动刚度、锈蚀检测测试，结合金属结构的外观检查，总结两种结构形式架桥机的典型病害，对架桥机的结构安全状态进行综合评估。
关键词：架桥机；结构安全；结构检测；状态评估
900t级架桥机是为满足我国高速铁路和客运专线桥梁施工而专门研制的起重机械，其起吊荷载多为900t箱梁。架桥机结构复杂、施工环境恶劣，由于需要在不同标段间专长施工，架桥机一般均经过多次拆解安装作业。为保障架桥机的作业安全，《架桥机安全规程》（GB26469-2011）明确规定架桥机需要定期进行安全状态评估。
一、既有架桥机结构检测项目
架桥机的划分有多种方式，为了体现结构特点，在此以架桥机主要构件的断面形式为依据，将架桥机分为箱型结构架桥机和桁架结构架桥机。
为了能够真实反映架桥机的结构状况，对架桥机进行应力水平、静刚度、动刚度、锈蚀检测测试以及金属结构的外观检查等，如表1所示。
表1 架桥机结构安全评估测试项目
测试项目 测试部位
应力水平 主梁跨中、悬臂端根部、主梁跨内最大应力幅处，O型或Ω型支腿曲梁受力最不利位置
静刚度 主梁跨中和主梁悬臂端静挠度
动刚度 主梁跨中和主梁悬臂端动态特性
表面锈蚀 全部钢结构（尤其注意开口箱梁断面结构截面内部），检测锈蚀面积及锈蚀深度
裂纹 结构焊接及不同构件接头处板材，尤其注意栓孔消弱处断面
结构缺陷 （1）主梁跨中及悬臂端预拱度、主梁旁弯（箱型结构）；（2）主梁腹板垂直偏斜度及局部翘曲（箱型结构）；（3）杆件直线度、杆件水平板或竖板外观（桁架结构）；（4）杆件接头拼接板与杆件贴合紧密程度（桁架结构）；（5）不同截面杆件安装位置、主梁旁弯（桁架结构）；
小车轨道 （1）轨道接头间隙、高低差及水平错位；（2）两侧轨道轨距及轨道顶部平面度；（3）两侧轨道同一横截面高低差；轨道侧向直线度；
其中，应力水平测试内容应包括结构最大应力及最大应力幅，建议进行动态应力测试，以便于通过应力幅对架桥机承载能力进行评估。
二、检验试验结果分析
通过对既有架桥机检测数据统计分析，架桥机的最大应力水平、静刚度一般均符合规范要求，竖向动刚度一般也满足规范要求，个别机型低于2Hz。存在的主要问题为：结构表面锈蚀或构件破损现象普遍，严重部位甚至超过国家标准；主梁的预拱度出现不同程度的减小。
（一）锈蚀现象
锈蚀现象多存在于箱型结构架桥机，发生部位一般靠近架桥机尾部的1～3主梁阶段范围内，在箱型载面内侧下翼板及距离下翼板20cm高度范围内腹板上。其原因在于架桥机主梁尾部受力较小，考虑架桥机重量和成本因素，主梁尾部一般设计为鱼腹式结构，为避免应力集中现象的出现，主梁内部横隔板在与下翼板和腹板相交处一般设置20mm×20mm倒角，考虑设备检修需要，主梁尾端一般为开口结构，故容易导致雨水流入，且通过隔板处倒角流至主梁中部节段，由于横隔板的存在，往往形成不同区段的积水，长期浸泡导致板材锈蚀的发生，严重处锈层整体脱落，甚至个别横隔板边缘因腐蚀成缺失。
（二）破损现象
破损现象一般发生与桁架结构架桥机，发生部位多为主桁结构上弦杆和下弦杆，也有个别竖杆和斜杆出现破损。此外，节点处螺栓断裂现象时有发生。杆件破损的主要原因是架桥机在专场拆装过程中，考虑运输需要，主梁桁架需要拆解成多个节段。考虑作业快捷和作业效率，施工人员一般直接利用钢丝绳捆绑桁架节段，桁架杆件多为H型断面，竖板因受力过大导致杆件伤损严重。螺栓断裂原因在于桁架节段重新拼接时，多层拼接板孔位不能完全重合，作业过程中个别螺栓受力过大剪切破环（摩擦型高强螺栓不存在此类破坏）。
（三）主梁预拱度减小现象
主梁预拱度的减小在不同形式的架桥机上均有所体现，其原因在于：相关规范对架桥机静刚度要求较低，主梁跨中静挠度不大于S/400即满足要求（S为主梁支撑跨度）。此外，架桥机作业时其支反力不能影响已架箱梁的安全，架桥机在设计时追求轻量化，导致截面高度比较大，腹板较薄，主梁刚度较小从而过早出现下挠；主梁在拆解安装过程中，现场施工人员为了作业方便，有时对螺栓孔径进行了现场处理，也会导致主梁拱度的改变。
三、结语
通过上述分析，可得以下结论：（1）既有架桥机的安全状况不容乐观，箱型结构架桥机易发生锈蚀现象，桁架结构架桥机易出现构件损伤现象，主梁拱度的减小在两种结构形式架桥机均有体现。（2）设计制造的缺陷和现场使用管理不到位是锈蚀产生的主要原因，箱型截面内部锈蚀一般为均匀锈蚀，腹板的锈蚀率远大于下翼板，容易超出相关规范，对结构承载力影响明显；桁架结构杆件损伤多由现场野蛮作业引起，应设计专用辅助构件，由于桁架结构拆装作业时构件的防护。（3）需定期对主梁跨中和主梁悬臂端的上拱以及主梁跨中静挠度进行定期检测，将检测数据予以统计整理，判断其变化趋势，有助于架桥机的使用安全。同时，架桥机应建立翔实的设备使用档案。
参考文献
[1] 齐凯，王新华，何成忠.大型起重机械安全预警机制的研究[J].中国安全科学学报，2011（01）：136-139.
[2] 陈士通，孙质星，李向东等.基于线刚度比的提梁机结构动力特性分析[J].铁道工程学报，2011（11）：77-81，97.
关键词：架桥机；结构安全；结构检测；状态评估
900t级架桥机是为满足我国高速铁路和客运专线桥梁施工而专门研制的起重机械，其起吊荷载多为900t箱梁。架桥机结构复杂、施工环境恶劣，由于需要在不同标段间专长施工，架桥机一般均经过多次拆解安装作业。为保障架桥机的作业安全，《架桥机安全规程》（GB26469-2011）明确规定架桥机需要定期进行安全状态评估。
一、既有架桥机结构检测项目
架桥机的划分有多种方式，为了体现结构特点，在此以架桥机主要构件的断面形式为依据，将架桥机分为箱型结构架桥机和桁架结构架桥机。
为了能够真实反映架桥机的结构状况，对架桥机进行应力水平、静刚度、动刚度、锈蚀检测测试以及金属结构的外观检查等，如表1所示。
表1 架桥机结构安全评估测试项目
测试项目 测试部位
应力水平 主梁跨中、悬臂端根部、主梁跨内最大应力幅处，O型或Ω型支腿曲梁受力最不利位置
静刚度 主梁跨中和主梁悬臂端静挠度
动刚度 主梁跨中和主梁悬臂端动态特性
表面锈蚀 全部钢结构（尤其注意开口箱梁断面结构截面内部），检测锈蚀面积及锈蚀深度
裂纹 结构焊接及不同构件接头处板材，尤其注意栓孔消弱处断面
结构缺陷 （1）主梁跨中及悬臂端预拱度、主梁旁弯（箱型结构）；（2）主梁腹板垂直偏斜度及局部翘曲（箱型结构）；（3）杆件直线度、杆件水平板或竖板外观（桁架结构）；（4）杆件接头拼接板与杆件贴合紧密程度（桁架结构）；（5）不同截面杆件安装位置、主梁旁弯（桁架结构）；
小车轨道 （1）轨道接头间隙、高低差及水平错位；（2）两侧轨道轨距及轨道顶部平面度；（3）两侧轨道同一横截面高低差；轨道侧向直线度；
其中，应力水平测试内容应包括结构最大应力及最大应力幅，建议进行动态应力测试，以便于通过应力幅对架桥机承载能力进行评估。
二、检验试验结果分析
通过对既有架桥机检测数据统计分析，架桥机的最大应力水平、静刚度一般均符合规范要求，竖向动刚度一般也满足规范要求，个别机型低于2Hz。存在的主要问题为：结构表面锈蚀或构件破损现象普遍，严重部位甚至超过国家标准；主梁的预拱度出现不同程度的减小。
（一）锈蚀现象
锈蚀现象多存在于箱型结构架桥机，发生部位一般靠近架桥机尾部的1～3主梁阶段范围内，在箱型载面内侧下翼板及距离下翼板20cm高度范围内腹板上。其原因在于架桥机主梁尾部受力较小，考虑架桥机重量和成本因素，主梁尾部一般设计为鱼腹式结构，为避免应力集中现象的出现，主梁内部横隔板在与下翼板和腹板相交处一般设置20mm×20mm倒角，考虑设备检修需要，主梁尾端一般为开口结构，故容易导致雨水流入，且通过隔板处倒角流至主梁中部节段，由于横隔板的存在，往往形成不同区段的积水，长期浸泡导致板材锈蚀的发生，严重处锈层整体脱落，甚至个别横隔板边缘因腐蚀成缺失。
（二）破损现象
破损现象一般发生与桁架结构架桥机，发生部位多为主桁结构上弦杆和下弦杆，也有个别竖杆和斜杆出现破损。此外，节点处螺栓断裂现象时有发生。杆件破损的主要原因是架桥机在专场拆装过程中，考虑运输需要，主梁桁架需要拆解成多个节段。考虑作业快捷和作业效率，施工人员一般直接利用钢丝绳捆绑桁架节段，桁架杆件多为H型断面，竖板因受力过大导致杆件伤损严重。螺栓断裂原因在于桁架节段重新拼接时，多层拼接板孔位不能完全重合，作业过程中个别螺栓受力过大剪切破环（摩擦型高强螺栓不存在此类破坏）。
（三）主梁预拱度减小现象
主梁预拱度的减小在不同形式的架桥机上均有所体现，其原因在于：相关规范对架桥机静刚度要求较低，主梁跨中静挠度不大于S/400即满足要求（S为主梁支撑跨度）。此外，架桥机作业时其支反力不能影响已架箱梁的安全，架桥机在设计时追求轻量化，导致截面高度比较大，腹板较薄，主梁刚度较小从而过早出现下挠；主梁在拆解安装过程中，现场施工人员为了作业方便，有时对螺栓孔径进行了现场处理，也会导致主梁拱度的改变。
三、结语
通过上述分析，可得以下结论：（1）既有架桥机的安全状况不容乐观，箱型结构架桥机易发生锈蚀现象，桁架结构架桥机易出现构件损伤现象，主梁拱度的减小在两种结构形式架桥机均有体现。（2）设计制造的缺陷和现场使用管理不到位是锈蚀产生的主要原因，箱型截面内部锈蚀一般为均匀锈蚀，腹板的锈蚀率远大于下翼板，容易超出相关规范，对结构承载力影响明显；桁架结构杆件损伤多由现场野蛮作业引起，应设计专用辅助构件，由于桁架结构拆装作业时构件的防护。（3）需定期对主梁跨中和主梁悬臂端的上拱以及主梁跨中静挠度进行定期检测，将检测数据予以统计整理，判断其变化趋势，有助于架桥机的使用安全。同时，架桥机应建立翔实的设备使用档案。
参考文献
[1] 齐凯，王新华，何成忠.大型起重机械安全预警机制的研究[J].中国安全科学学报，2011（01）：136-139.
[2] 陈士通，孙质星，李向东等.基于线刚度比的提梁机结构动力特性分析[J].铁道工程学报，2011（11）：77-81，97.