JQ140型架桥机技术改造结构分析
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铁道建筑 Railway Engineering
文章编号:1003—1995(2013)01-0024—03
JQ140型架桥机技术改造结构分析
任继红
(中铁十一局集团第三工程有限公司,湖北十堰442012)
摘要:采用数字仿真技术,对JQ140型架桥机原结构进行分析计算,经过多次比选校核,提出了合理的技 术改造方案。技术改造实施后,架桥机主要结构承载能力得到提高,经实际架桥检测,主要结构应力、应
变均在允许范围内,达到了提高架桥机起重能力的目的。
关键词:架桥机技术改造 结构分析 中图分类号:u445.36文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1003—1995.2013.01.08
近年来,国内铁路建设快速发展,新建铁路多为时
速200 km客货共线铁路,铁路桥梁多采用2201型混 凝土梁,架设质量为165 t,运用TJ165型架桥机架设。 考虑建设工期要求和设备经济型问题,我集团欲将一
台JQ140型架桥机改造成能架设2201型混凝土梁的
架桥机,起重能力由140 t提高至165 t。由于起重载 荷的变化,需要检算原JQ140型架桥机的主要承载结
构,并根据计算结果制定改造方案。 1 架桥机的结构和工况分析
1.1 总体结构 JQ140型架桥机的总体结构见图1,它主要由车
体、机臂、0号柱、1号柱、2号柱、3号柱,以及悬挂在机 臂上并沿机臂运行的两台吊梁小车和两台铺轨小车
组成。
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图1 JQ140型架桥机总体结构
1.2工况分析 此类架桥机的危险工况有机臂全悬、中点吊梁和
吊梁横移三种。
1)机臂全悬工况:此工况为架桥机桥头对位过孔 作业,架桥机的机臂向前伸出至最大位置时,0号柱已
到达前方墩上方,但尚未支承于墩顶上,称为机臂全悬 工况。本工况下并未开始吊梁作业,即受力情况与原
设计相比没有变化,因此本工况不必检算。
2)中点吊梁工况:中点吊梁工况是指梁片的前端 被前吊梁小车吊起,并运行至桥跨中,梁后端仍在车体
上还未吊起的状态(如图2)。该状态下0号柱、1号
收稿日期:2012—08-24;修回日期:2012.10—08 作者简介:任继红(1968~),男,湖北荆门人,高级工程师。 柱和2号柱共同支承机臂,前吊点在0号柱与1号柱 的中间。此时属于危险工况,需计算架桥机主结构的 变形与强度。
3)双点吊梁及横移工况:此工况是混凝土梁已经 纵移到桥跨上方,吊梁小车再将混凝土梁横移1 150 mm,梁片对准墩台支座位置落下的状态(如图3)。在
此工况下,架桥机总体结构处于偏心受力状态,此时属 于最危险工况,需计算架桥机主结构的变形与强度。
2 架桥机结构有限元分析
限于篇幅仅介绍架桥机机臂和1号柱的结构分析 和改造方案。 2.1有限元模型
本文采用ANSYS单元库中的SHELL63板单元建 2013年第1期 任继红:JQ140型架桥机技术改造结构分析
图2 jQ14O型架桥机中点吊梁工况
fa1立面
(b)横断面(放大)
图3 jQ14O型架桥机吊梁横移工况
立架桥机模型,对结构的连接、约束与载荷进行合理的
处理,计算出各工况下结构的应力和变形。为保证体
系满足仿真要求,需注意以下两点: 1)载荷,计算载荷取额定载荷的1.1倍(1 650×
1.1=1 815 kN),结构自重由程序自动计人。 2)约束处理,架桥机机臂承载模型如图4所示,
为一次超静定结构。
图4 JQ140架桥机承载模型 柱
2.2原机臂的计算
机臂为变截面钢箱梁,是架桥机的主要承载构件, 总长47.31 m,最大断面尺寸为1.36 m×1.22 m(高×
宽),设有上下耳梁和行车轨道,自重466.2 kN。上耳 梁为1号龙门柱对机臂的支托点兼轨道,下耳梁为吊
梁小车对机臂的悬挂点兼轨道。机臂全部采用板单元
建模,共划分53 604个单元。
中点吊梁工况计算最大应力为205.9 MPa,位于 跨中吊点处;最大垂向挠度为151.905 mm。 吊梁横移工况是机臂最危险的工况,在此工况下
计算结果显示,最大应力发生在靠近0号柱的前吊点 处,即吊梁小车与下耳梁接触的地方,最大应力为234
MPa,最大垂向挠度为141 mm。显然,最大应力超过 了许用应力值230 MPa,需要对其结构进行补强。
2.3原1号柱的计算 1号柱为套筒式钢架结构,通过套筒的伸缩可使
机臂上升下降。1号柱位于主机车前转向架中心断面 处,它不仅作为机臂的一个竖向支托点,允许机臂在此
沿纵向前后伸缩移动,也是机臂的一个水平和竖向的
转动点,以实现机臂的摆头和翘头动作。1号柱全部 采用板单元建模,由于结构对称,受力对称,本文只建
立了1号龙门柱的1/2模型(图5)。
图5一号龙门柱
中点吊梁工况下,1号柱的最大应力为442.222
MPa,最大位移为56 mm,远超过其许用应力230 MPa。 而吊梁横移工况比中点吊梁工况更为不利,因此必需
要对其结构进行补强。
3结构补强方案
3.1机臂的结构补强方案
从前面的计算中得知原机臂在吊梁横移工况下,
应力水平总体上比较平缓,但在前后吊点处吊梁小车 走行轮与下耳梁接触的地方,最大应力达到233.694
MPa。因此需要在这两处局部补强。
由于是既有设备改造,机臂的截面形状和外形尺 26 铁道建筑
寸不能改变,只能在机臂内部结构上进行补强。考虑
到施工方便,采用的最终补强方式为将前后吊点区域 的下耳梁隔板加密一倍,并增加一纵向隔板,以改善局
部应力。
3.2 1号柱的结构补强方案 从1号龙门柱的应力图可知,在吊梁工况下,结构
的应力水平在以下几个地方比较大:①柱顶与平联杆
连接处;②柱顶与支承粱相接处;③支承梁与支承梁拉 杆相接处;④柱顶转角处;⑤平连杆。
针对以上出现局部应力集中的情况,经过多次的 补强调整及优化,选定最终的补强方案如下(参考
图6):
图6 1号柱补强方案(仅列出1/4结构) ①在平连杆内部补强一块10 mm隔板A;
②在柱顶与平连杆构成的直角处补一块16 mm 三角肘板B;
③在吊杆与支承梁上加一块16 mm盖板C; ④在吊杆与柱顶相接触的地方,贴一块16 mm厚
的板D; ⑤柱身与支承梁相交的转角处补三块16 mm衬
板构成立体结构E; ⑥在吊杆两侧加补强板,并弧形过渡F。 3.3机臂和1号柱补强后的再校核
机臂和1号柱在采取上述的补强方案后,检算结
果如图7和表1所示。
表1机臂及1号桩补强前后的应力与变形 图7 l号柱补强后应力
从表1中的数据可以看出,补强后结构的应力和 应变水平普遍下降,表明补强方案是有效果的。
4 结论
JQ140型架桥机技术改造后,经实际架桥检测,其
主要结构应力均<230 MPa的许用值,变形量也在允
许范围内。2010年,改造后的JQ140型架桥机投入包
西铁路架梁施工,安全架桥600孑L,最高单日架桥数达 1 1孔,各项技术指标均达到改造设计要求,说明JQ140
型架桥机技术改造是成功的。 参 考 文 献
[1]中华人民共和国铁道部.铁建设[2006]181号 铁路架桥 机架梁暂行规定[s].北京:中国铁道出版社,2005. [2]国家质量监督检验检疫总局.GB 381 1—2()09起重机设计 规范[s].北京:中国标准出版社,2009. [3]万恒国.TJ165型架桥机机臂优化设计与检测分析[J].现 代商贸工业,2011(7):28l一282. [4]陈杰.JQ165型架桥机架设2010 T型防风梁施工技术[J]. 铁道建筑,2011(10):10—13.
(责任审编孟庆伶)