预制梁整体双轨自行式钢台座设计

孙亚奇

中铁二十三局集团第一工程有限公司 山东日照 276826

摘 要 通过双轨自行式钢台座的承重结构设计、行走轨道设计、动力系统设计，代替传统固定台座方案，将“施工区域固定，施工工序循环”改进为“施工工序固定，施工区域循环”的全新模式，实现工厂化流水作业，提高生产效率，减少资源浪费。

关键词 预制梁 双轨 自行 钢台座

1  概述

随着经济社会的高速发展，交通基础建设作为改善民生、促进经济的重要载体，行业发展迅速。预制梁作为桥梁上部结构设计主要的的承重结构，市场发展前景广阔。以往预制梁厂台座施工以钢筋混凝土固定台座为主，占地大，工序穿插，不同梁长的台座受预制梁尺寸限制，无法共用，台座改造费用大、工期长。通过预制梁台座的承重系统、轨道行走系统、动力系统设计施工，可实现预制梁生产的工厂化作业，在有效降低预制梁厂占地面积的同时，可显著缩短台座施工周期，减少混凝土的使用，保护环境，提高预制梁的生产效率。

2  预制梁台座承重结构设计

2.1  钢台座设计图

以30m预制T梁台座承重设计为例，所有钢材采用Q235碳素钢，焊接成型，台座顶面钢板尺寸500mm×31000mm×6mm，纵向分配梁为3根10#槽钢@166mm，横梁为22b工字钢@600mm，主梁为36b工字钢@1000mm，为实现台座自行移动及受力有效传递，30m预制T梁台座安装8个驱动轮，12个被动轮，左右对称安装，前后最大轮距4.5m，详见图1，图2。

图1 移动钢台座剖面图

图2 移动钢台座立面图1/2

2.2 钢台座受力计算依据

2.2.1 钢材计算的性能指标

物理指标：钢材的弹性模量E=2.1× N/mm²；

质量密度ρ=7850kg/m³；

钢材的强度设计值：扛拉、抗压、抗弯f=175N/mm²；

抗剪力[τ]=106N/mm²^[1]

2.2.2 受力分析

30mT梁自重90t，G1=90×9.8=882kn

模板重量（含操作平台）28.7t，G2=281.3kn

砼施工时人力荷载，按8人计，G3=0.075×8×9.8=5.88kn

振捣混凝土产生的荷载G4=31×0.5×2=31kn

混凝土厚度超过1m，倾倒混凝土时的冲击荷载不计

台座钢底模自重31×0.5×0.006×7850=731kg，G4=0.731×9.8=7.16kn

22b工字钢52×0.85×36.4=1609kg，G5=1.609×9.8=15.8kn

36b工字钢2×31×65.6=4067kg，G6=4.067×9.8=39.9kn

混凝土浇筑完成未拆模时的最大荷载G=（G1+G2）×1.2+（G3+G4）×1.4=1447.6kn

2.3 钢台座受力计算

以36b承重工字钢计算为例，最不利受力部位在轮组间距4.5m跨径位置，最大受力为30mT梁自重线荷载q1=G1÷2÷30=14.7kn/m，模板线荷载q2=G2÷2÷30=4.7kn/m，施工荷载（按集中荷载计算）q3=G3=5.88kn，底板、10#槽钢、22b工字钢自重q4=0.5×0.006×7850×9.8÷1000+G5÷30=0.54kn/m。

弯矩M= 57.53kn.m

弯曲强度σmax=M/Wx=62.6Mpa<[σ]=175Mpa,弯曲强度满足要求。

剪力V= =14.16kn^[2]

工字钢在受剪力时，大部分由腹板承受，且腹板中的剪力较均匀，因此剪力可近似按T=V/（Ix/Sx*d）计算,T=38.94Mpa<[τ]=106Mpa，抗剪强度满足要求。

36b工字钢挠度计算

ωmax= + =4.5mm<4500>，挠度满足要求。

钢台座主要由型钢加工制作而成，根据预制T梁浇筑过程中、张拉前后三种受力状态，以等跨连续梁分别对底板、10#槽钢、22b工字钢进行受力计算，同时通过Midas受力软件进行有限元分析，预制梁钢台座的弯曲强度、剪切强度以及挠度，均满足《钢结构设计规范》、《路桥施工计算手册》等的要求，此文不再赘述计算过程。

3 钢台座行走系统设计

行走系统通过车轮组系统进行移动，车轮组系统单独设计分为主动车轮组、被动车轮组，车轮组与钢台座之间采用两块500×350×20mm钢板，通过8个M20×90高强螺栓进行连接，车轮组统一采用R160×119钢轮，翼缘厚14.5mm，驱动系统主要由电机及变速箱组成，电机采用软启动三相异步电动机，单个功率1.5kw，电机转速1200r/min，通过变速箱调节，最终实现钢台座移动速度6m/min，详细设计见图3、图4、图5。

车轮组以平行双排钢轨作为行走轨道，钢轨采用标准的43钢轨，每米重量44.7kg，轨道中心间距1000mm，为减少对初期浇筑预制T梁的扰动，保证混凝土施工质量，轨道纵坡调整为0。主动车轮组作为移动钢台座的动力系统，实现台座的整体移动，采用行走系统的车轮组及驱动系统经电气工程师验算，符合相关专业规范要求，在此不再细述。

图3 主动车轮组侧面图 图4 被动车轮组侧面图

图5 车轮组断面图

4 经济对比

以500片30m预制T梁中型梁厂进行数据分析，预制梁移动生产台座共需9个，传统混凝土预制台座需36个台座，移动台座折旧率50%，混凝土台座需全部凿除并弃运。详细经济对比见表1。

表1 移动钢台座与传统台座造价对比表

由以上数据对比可知，移动钢台座一次投入较大，可循环利用率高，小型预制梁厂不建议采用移动钢台座，中大型预制梁厂适合采用移动钢台座进行预制梁生产，总体经济效益较高，梁厂占地面积较小，因为工序固定，施工人员无需穿插作业，可显著提高生产效率，另外对场地建设的混凝土等资源使用较少，避免了资源浪费，保护了自然环境。

5 结论

为满足经济社会的发展，基础建设持续发展脚步，进入新时代，预制梁传统生产工艺已无法满足时代要求。通过整体双轨自行式钢台座的设计，将传统的“施工区域固定、施工工序循环”工艺改进为“施工工序固定，施工区域循环”的全新模式，实现了工厂化流水线式的作业，在显著提高生产效率、保证施工质量的同时，减少了土地资源的使用面积、减少了混凝土等基础建设的投资，符合新时代“既要绿水青山，又要金山银山”的发展理念，真正意义上实现了节约资源，保护环境的目标。

参考文献

[1] 周水兴 何兆益等，《路桥施工计算手册》，1版，北京：人民交通出版社发行:2013:177

[2] 汪正荣 朱国梁等，《简明施工计算手册》，4版，北京：中国建筑工业出版社发行：2016:53