试论六五式铁路军用桥墩模拟拼装系统研制与开

　　 论文 关键词：六五式铁路军用桥墩　桥梁　抢修　教学培训软件
　　论文摘要：为了满足六五式铁路军用桥墩拼装演练的要求，介绍了“六五式铁路军用桥墩模拟拼装系统”的研制与开发工作。该系统不仅可以解决实际拼装作业的标准化和规范化问题，探索出安全、 经济 、高效、规范的拼装技术作业程序；而且可以降低拼装演练的费用，提高拼装作业人员的拼装技术水平，减小拼装时间，提高拼装效率。对培训专业保障队伍和保障战时铁路运输的畅通，具有一定的作用。
　　1概述
　　铁路桥梁桥墩的战时抢修，主要使用拆装式抢修器材。六五式铁路军用桥墩(简称六五式桥墩)是广泛储备的桥墩拼装器材，于1965年批准定型生产、储备。该器材互换性强、装拆方便，可以根据要求组拼各种高度的桥墩，主要用于战时、平时大中跨度、中高度桥梁桥墩的应急快速抢修，在桥墩拼装抢修作业中具有重要的作用。
　　为了对被毁桥梁桥墩进行及时地抢修，战备部门不仅需要储备六五式桥墩，而且需要经常组织六五式桥墩的拼装演练，以提高拼装技术水平、训练保障队伍，但是实践工作中却很少组织实施。主要原因：一是缺少相关指导资料。《铁路桥梁抢修通用图集》仅仅介绍了杆件的名称、编号、尺寸、数量、重量和结构形式，缺乏安全、经济、高效、规范的拼装技术作业程序，拼装演练只能在反复试验和摸索中进行。二是没有拼装培训的实用教材和教具。《铁路桥梁抢修通用图集》面向专家，普通拼装技术人员很难看懂，缺乏简单化、形象化、 电子 化、虚拟化的教学与培训教具，在拼装演练过程中，即使投入大量的人力、物力、财力和较长的时间，仍然不能取得良好的实际操作效果。针对上述问题，本课题组立项研究“六五式铁路军用桥墩模拟拼装系统”，研究拼装技术作业程序，开发多媒体模拟拼装教学与培训软件。
　　2六五式铁路军用桥墩结构及拼装方法
　　六五式桥墩设计墩高10～4om，适用的顶部结构为工字钢梁、拆装式梁、六四式梁、万能杆件拼装梁等，与墩身相适应的基础可以是卧木基础、桩基础和混凝土、片石混凝土扩大基础。
　　全套器材共有杆件、配件17种，连接螺栓全部为m22粗制螺栓。器材轻便、结构简单。使用配套的安装工具，可用人力完成器材的拼装作业。使用起重机械时可以部分预装，整体安装。相同杆件连接件可以互换，不同杆件易于识别，能适应多次拆、装、运和重复使用。
　　2．1墩身结构
　　全套器材共有杆件9种，上、下垫梁及垫梁附件10种，以及螺栓和垫圈5种。墩身结构为三部分，即上垫梁、墩身和下垫梁。
　　(1)下垫梁：下垫梁一般设置2层，纵横垂直叠放，主要由c12、c13垫梁组成并可根据纵横向立柱排数用c15、c16拼接板接长使用。下层下垫梁一般两外侧宜各用两片由c18间隔撑联结成中心距300m的垫粱组，中间部分按l片设置，下层下垫梁与基础问应有足够的联结以承受拉力和剪力(如在混凝土基础内预埋u型螺栓、卧木基础间使用扒钉、桩基础间通过螺栓进行联结等)。与墩身联结的顶层下垫梁的布置应与墩身立柱相适应，即在每排立柱下各用两片由c18间隔撑联结成中心距300mm的垫梁组与立柱联结。两垫梁叠合面的交叉点也用螺栓联结。
　　(2)墩身：墩身是由立柱、节点板、拉撑组成的立体结构，立柱纵横间距均为2rn。
　　立柱有3种，主要用c1，需要的墩身高度不是3m的倍数时，可用c2和c3调整，墩身可以拼组成从上到下立柱排数相同的等截面型式，也可拼成上少下多的变截面型式。当梁部结构的跨度在12～64m范围内，常用的墩身结构有7种。
　　节点板有两种，凡设平面联结系处，应采用c9节点板，其余均用c8节点板。
　　各类拉撑有4种，即水平拉撑c4和立面拉撑c5、c6、c7，平面斜拉撑亦用c5。
　　水平拉撑的节间可以按2m、1．5m、mim三种间距设置，一般应尽可能按2m间距装设，只有在按0．5m调整墩身时，个别节间才按1．5rn或1m间距装设。
　　(3)上垫梁：上垫梁层数应根据柱顶容许压力、梁部结构的型式和支座布置、垫梁强度以及具有足够的刚度以保证活载能比较均匀地传递等因素，综合考虑决定，一般应设置3～4层，纵横向垂直叠置；对于鱼腹式梁，应特别注意避免上垫梁与梁部结构之间可能的相碰。

　　上垫梁由c10、c11、c12、c13、c14垫梁组成，可以使用c15、c16拼接板接长垫梁。最上一层垫梁一般用c10或者c11；最下一层垫梁当立柱为3排时可用c1l，当立柱为4排时可用一根最长的ci4，并以两片一组通过c18间隔撑连接成中心距300mm的垫梁组与立柱端板联结；中间各层则可根据强度和构造需要布置。上垫梁各层之问应用c19夹持器联结，垫梁组的每一个交叉点至少要用2组夹持器(共8个c19)联结。
　　2．2桥墩拼装
　　组装前，混凝土基础应预埋u型锚栓，基础顶面应力求水平，如发现不平，可在垫梁下用薄铁片垫平，垫梁顶部高低差允许值应视墩身高度而别，一般不应超过3～5mm，如高度较高时应适当减小。
　　下垫梁铺设时，一般底层应垂直线路方向，上层顺线路方向应特别注意工字钢上下翼缘上钉孔位置的不同，钉孔群距为2mm的翼缘应和柱脚相连，钉孔群距为1mill的翼缘应和另一工字钢翼缘相连。
　　立柱组装可以利用扒杆及电动卷扬机，也可以使用其它起重设备。拼装时，一般可先立中间，然后再装配四周的柱，或先连成柱排整片外贴。
　　组装第一层立柱后(连同水平斜拉撑)，即应注意矫正立柱垂直度、立柱间正方尺寸及水平差。
　　3教学与培训软件的研制
　　3．1科研调查和资料收集
　　通过联机检索课题相关的研究内容，掌握国内外最新研究动态，为课题研究做好信息储备。
　　收集铁道部和北京铁路局有关战备桥梁方面的文件、规定和通知，铁道部专业设计院的有关技术资料和设计图纸、路内刊登的有关战备桥梁拼装方面的论文和经验材料、北京铁路局人民武装部有关战备桥梁方面的存档文件和拼装演练资料，为课题的研究做好资料储备。
　　收集本课题有关研究拼装方案、模型制作和多媒体模拟拼装教学与培训软件的研究和实现等方面的技术资料，为课题的研究做好技术储备。
　　3．2提出预案，确定分工，安排进度
　　在科研调查和资料收集的基础上，根据研究内容和研究目标，提出科研预案，确定科研分工，安排科研进度。其中多媒体教学培训软件研制与开发程序如图1所示。为了缩短项目的开发时间，程序开发和杆件造型、装配以及编组同步进行。开发的程序包括“数据提取插件”、“拼装播放程序”和“运动设计程序”三部分；然后利用开发的程序和实体造型信息，设计拼装顺序、运动路线以及文字显示和配音；最后通过验收前修改与完善，验证设计的正确性。

　　3．3拼装方案的研究比选

　　课题组认真研究了六五式铁路军用桥墩技术图纸和相关资料， 总结 以往拼装演练的经验教训，在反复拼装模型的基础上，提出了分片拼装法、分段拼装法和单向拼装法三种拼装方案，对三种方案进行了对比与分析。
　　分片拼装法作业速度比较快，但需要的人力多，必须有吊车配合作业，而且两片组装时一方面需要支撑固定，另一方面还要留有一定的活动量，以确保斜拉杆件的安装，因此拼装难度较大，安全上也存在一定的隐患。

　　分段拼装法安全系数较高，但同样需要比较多的人力和吊装设备，突出的问题是如各段同时拼装，杆件种类繁多易混易乱、整体组装时作业难度大。
　　单向拼装法拼组人员少，小吨位吊车或倒链葫芦吊装即可，作业难度小，安全系数高，拼装工序连贯，培训易学易懂。
　　通过分析对比，课题组选定了单向拼装法。
　　3．4在 计算 机中对“六五式铁路军用桥墩”进行实体造型
　　根据《铁路桥梁抢修通用图集》，在计算机中对“六五式铁路军用桥墩”进行实体造型，把“六五式铁路军用桥墩”的各种杆件信息和拼装信息在计算机中表示出来。
　　经过对相关技术和软件工具的研究和比较，确定以计算机辅助设计软件solidworks作为实体造型软件。该软件完全采用windows的窗口界面，操作非常简单，功能强大、易学易用。该软件的另外一大优势是价格便宜，因此使用的单位及个人较多。
　　3．5提取“六五式铁路军用桥墩”相关的实体造型数据
　　通过对相关开发软件和开发工具的比较，确定以microsoftvisual2008为程序开发工具，利用solidworksapi开发插件，把插件嵌入到solidworks中，从中提取出“六五式铁路军用桥墩”相关的实体造型数据，为开发“多媒体模拟拼装教学与培训软件”准备好原始数据。
　　3．6开发实现多媒体模拟拼装教学与培训软件
　　按照编制的拼装技术作业程序，利用提取的实体造型数据，研究、设计和开发多媒体模拟拼装教学培训软件。经过对相关技术和软件工具的研究，确定以opengl为软件开发平台；考虑到操作系统为windows，选用microsoftvisual2008作为程序开发工具。
　　多媒体模拟拼装教学与培训软件既保证在播放拼装动画全过程和模拟拼装过程中能实现放大、缩小、局部放大、旋转、平移、杆件隐藏等功能，而且能做到对工长一级的职工通俗易学、操作简单、教学形象、实用方便(系统演示界面见图2)。

　　4结束语
　　经过近2a的研究，本文所述内容已研制成功，项目研制成果的试用表明：该成果不仅可以解决实际操作中缺乏标准化和规范化拼装的程序问题，探索出安全、 经济 、高效、规范的拼装步骤和拼装工序；而且通过多媒体虚拟拼装教学与培训软件的使用，可以降低拼装演练的费用，提高拼装作业人员的拼装技术水平，减小拼装时间，提高拼装的效率。该研究成果对培训专业保障队伍和战时保障铁路运输的畅通，具有重要作用。