山嶺重丘區(qū)50米T梁安裝過程承載力分析

賀偉

【摘要】預(yù)應(yīng)力T梁的安裝在橋梁施工過程中是一項(xiàng)重要的施工工序，本文針對(duì)項(xiàng)目在50米T梁安裝過程中遇到的已安裝的30米T梁上運(yùn)輸通過50米T梁的例子進(jìn)行簡要受力分析，論證30米T梁簡支狀態(tài)下能否允許50米T梁通過。

【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力T梁；安裝；受力分析；簡支；

保阜高速公路穿越太行山中麓和河北平原，區(qū)內(nèi)山勢(shì)陡峻，溝壑縱橫，地形復(fù)雜，地貌單元多，橋孔布置主要從墩高、橋長、水流方向及工程地質(zhì)及線位平縱曲線等方面綜合考慮，在橋孔布置時(shí)，考慮橋墩高度與梁跨的協(xié)調(diào)，盡量避免讓山谷底，導(dǎo)致項(xiàng)目4座大橋?yàn)?0米跨徑與50米跨徑組合橋。山區(qū)梁場(chǎng)設(shè)置受地形限制均設(shè)置在已經(jīng)施工完成的路基上，梁場(chǎng)設(shè)置在大橋之間。

1、工程概述

保定至阜平（冀晉界）高速公路（以下簡稱保阜高速公路）既是河北省“五縱六橫七條線” 高速公路網(wǎng)中“第三橫” 的重要組成部分，又是河北省確定“6+3”高速公路建設(shè)計(jì)劃的一段，也是保定市“三縱三橫”高速公路網(wǎng)布局中的重要一橫。

保阜高速公路路基、橋涵第十四合同段里程樁號(hào)為K108+200～K119+000，路線全長10.8Km。全線共設(shè)大橋14座，本合同段橋梁全長3591.5m；大橋均采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，下部采用柱式墩、空心薄壁墩，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)制T梁，為25米、30米、40米、50米 T梁，25米預(yù)制T梁120片、30米預(yù)制T梁744片，40米預(yù)制T梁192片，50米預(yù)制T梁180片。預(yù)制T梁共1236片。共設(shè)三個(gè)T梁預(yù)制場(chǎng)。本文以道有溝梁場(chǎng)為例，道有溝梁場(chǎng)設(shè)置在道有溝大橋與圣水村大橋之間，負(fù)責(zé)預(yù)制凹峪溝1號(hào)大橋、凹峪溝2號(hào)大橋、鷂溝大橋、圣水村大橋、道有溝大橋、龍?zhí)脺洗髽?、黃土嶺1號(hào)大橋共7座大橋的T梁預(yù)制任務(wù)。

2、道有溝T梁預(yù)制場(chǎng)在T梁安裝過程中存在問題

道有溝T梁預(yù)制場(chǎng)負(fù)責(zé)預(yù)制的7座大橋從小樁號(hào)至大樁號(hào)順序?yàn)椋喊加鴾?號(hào)大橋→凹峪溝2號(hào)大橋→鷂溝大橋→圣水村大橋→道有溝大橋→龍?zhí)脺洗髽颉S土嶺1號(hào)大橋，道有溝梁場(chǎng)位于道有溝大橋與圣水村大橋之間，T梁安裝順序?yàn)椋菏ニ宕髽颉_溝大橋→凹峪溝2號(hào)大橋→凹峪溝1號(hào)大橋→道有溝大橋→龍?zhí)脺洗髽颉S土嶺1號(hào)大橋，凹峪溝1號(hào)大橋、凹峪溝2號(hào)大橋、鷂溝大橋、圣水村大橋均為30米跨徑與50米跨徑組合橋梁。存在50米T梁運(yùn)輸通過已經(jīng)安裝完成的30米T梁上，而30米跨徑T梁濕接頭、濕接縫、負(fù)彎矩未完成施工，為確保T梁安裝施工安全，要求對(duì)30米T梁進(jìn)行受力分析。

3、30米T梁在恒載及活載作用下跨中下緣混凝土應(yīng)力計(jì)算

3.1、30米T梁截面重心軸確定

本項(xiàng)目30米T梁為變截面梁，中支點(diǎn)位置梁肋等寬，跨中15米范圍梁肋下部為馬蹄形，T梁中支點(diǎn)與跨中有5.3米的過渡段，以偏安全考慮，斷面按照跨中斷面進(jìn)行分析，斷面尺寸如下：

T梁跨中截面面積為：

S=1.5×0.2+0.5×0.45×0.15×2+1.5×0.2+2×0.5×0.14×0.2+0.48×0.2

S=0.7915m2

根據(jù)劉慶潭主編《材料力學(xué)》附錄A 截面的幾何特性，截面中心公式：

+ =1.205

由此可知，截面重心軸距離馬蹄底部距離為1.205米。

3.2、30米T梁斷面對(duì)重心軸慣性矩計(jì)算

根據(jù)劉慶潭主編的《材料力學(xué)》教材附錄A截面的幾何性質(zhì)可知：30米T梁斷面慣性矩分成5部分計(jì)算，再由第三節(jié)的平行移軸公式計(jì)算30米T梁斷面相對(duì)于重心軸的慣性矩。

（1）、翼緣板的慣性矩：

（2）、翼緣板根部加強(qiáng)部分的慣性矩：

（3）、梁肋斷面慣性矩：

（4）、馬蹄上部三角截面的慣性矩：

（5）、馬蹄截面慣性矩：

由慣性矩平行移動(dòng)公式計(jì)算相對(duì)重心軸的慣性矩：

（1）、翼緣板相對(duì)重心軸的慣性矩：

（2）、翼緣板根部加強(qiáng)部分相對(duì)重心軸的慣性矩：

（3）、梁肋斷面相對(duì)重心軸的慣性矩：

（4）、馬蹄上部三角截面相對(duì)重心軸的慣性矩：

（5）、馬蹄截面相對(duì)重心軸的慣性矩：

綜上， =0.3498m43.3、30米T梁鋼絞線跨中有效預(yù)應(yīng)力計(jì)算查閱30米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁上部構(gòu)造圖紙可知，預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用低松弛高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力鋼絞線，標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度，彈性模量，松弛率為3.5%，公稱直徑15.20mm，鋼絞線參考面積A=140mm，管道摩擦系數(shù)，管道偏差系數(shù)k=0.0015，鋼絞線回縮及錨固變形為6mm。30米中跨中梁N1、N2、N3鋼絞線股數(shù)分別為7股、8股、8股，錨下控制應(yīng)力，只考慮預(yù)應(yīng)力鋼絞線在管道彎曲部分的摩擦力影響，由葉見曙主編的《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》第十三章預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算中13-12式，可求的因摩擦力所引起的預(yù)應(yīng)力損失值為：其中：—錨下張拉控制應(yīng)力，，為鋼絞線錨下張拉控制拉力；

—從張拉端至計(jì)算截面間，平面曲線管道部分夾角之和，稱為曲線包角，按絕對(duì)值相加，單位以弧度計(jì)；—管道摩擦系數(shù)，此處取值為0.25；k—管道偏差系數(shù)，此處取值為0.0015；

—從張拉端至計(jì)算截面的管道長度在構(gòu)件縱軸上的投影長度；或?yàn)槿S空間曲線管道的長度，以m計(jì)；

查閱30米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁上部構(gòu)造圖紙可知，鋼絞線曲線包角為0.1396，則可以分別求得N1鋼束（7股鋼絞線）、N2鋼束（8股鋼絞線）、N3（8股鋼絞線）因摩擦力所引起的預(yù)應(yīng)力損失值見下表：

N1鋼束：

鋼束分段 鋼束長度（） k

AB 8.1675 0 0.0015 0.25 15.85

BC 3.4906 0.139626 0.0015 0.25 50.61

CD 3.0570 0 0.0015 0.25 5.65

合計(jì) 72.11

N2鋼束：

鋼束分段 鋼束長度（） k

AB 4.9635 0 0.0015 0.25 9.66

BC 5.5850 0.139626 0.0015 0.25 54.74

CD 4.1990 0 0.0015 0.25 7.77

合計(jì) 72.17

N3鋼束：

鋼束分段 鋼束長度（） k

AB 2.0696 0 0.0015 0.25 4.04

BC 4.1888 0.139626 0.0015 0.25 52.38

CD 8.5260 0 0.0015 0.25 15.83

合計(jì) 72.24

由上表可知，N1鋼束在跨中位置有效應(yīng)力為：1302-72.11=1229.89Mpa；N2鋼束在跨中位置有效應(yīng)力為：1302-72.17=1229.83Mpa；N3鋼束在跨中位置有效應(yīng)力為：1302-72.24=1229.76Mpa。則N1鋼束在跨中位置有效張拉力為：1229.89×7×140/1000=1205.29KN；N2鋼束在跨中位置有效張拉力為：1229.83×8×140/1000=1377.41 KN；；N3鋼束在跨中位置有效張拉力為：1229.76×8×140/1000=1377.33 KN。

由葉見曙主編的《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》第十三章 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算13-46式算得30米T梁，且30米T梁張拉、壓漿已經(jīng)完成，鋼筋與混凝土已成為整體，能有效共同工作，計(jì)算時(shí)，取跨中為最不利控制截面。

3.4、30米T梁鋼絞線張拉完成后不考慮自重影響30米T梁下緣壓應(yīng)力則30米T梁跨中下緣混凝土應(yīng)力為： =14.39Mpa

3.5、30米T梁簡支狀態(tài)下只考慮自重時(shí)跨中彎矩

30米T梁在自重作用下視為處于簡支狀態(tài)下受到均布荷載作用，查閱 30米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁上部構(gòu)造圖紙可知，30米T梁（中跨中梁）砼數(shù)量28.07m，鋼筋混凝土比重按照25KN/m，則30米T梁均布荷載為25×28.07/30=23.39KN/m，根據(jù)簡支梁受均布荷載跨中彎矩計(jì)算公式。

3.6、在運(yùn)輸50米T梁經(jīng)過30米T梁時(shí)30米T梁跨中彎矩

查閱50米預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁上部構(gòu)造圖紙可知，50米T梁吊裝重量最重181.3t，考慮50米運(yùn)輸屬動(dòng)荷載，偏安全考慮荷載取1.2的系數(shù)。則荷載有效值按照：1.2×181.3×10=2176KN控制。單軸一面荷載大小為2176/4=544KN。為簡化計(jì)算，將輪子視為集中荷載作用在30米T梁最不利位置（跨中位置）。運(yùn)輸50米T梁運(yùn)梁平車采用LYC200t四軸輪胎式運(yùn)梁車，本車具有載重量大、自行式、運(yùn)輸不受距離限制。工作可靠，安全設(shè)施齊全，整機(jī)結(jié)構(gòu)合理，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，操作舒適，抗傾覆穩(wěn)定性好，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。

LYC200t四軸輪胎式運(yùn)梁車縱向軸距1.4米，四軸中心以30米T梁最不利位置（跨中）計(jì)算（具體位置見下圖）：

P1=P2=P3=P4=544/4=136KN，則30米T梁在136KN荷載（間距1.4米集中荷載）作用下跨中產(chǎn)生的彎矩為：

由葉見曙主編的《結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理》 第十三章 預(yù)應(yīng)力混凝土受彎構(gòu)件的設(shè)計(jì)與計(jì)算中式13-46可以算出30米T梁跨中下緣混凝土應(yīng)力為：（3-6-1）式中：—永存預(yù)加力；

—構(gòu)件混凝土凈截面對(duì)下緣的抵抗矩； —預(yù)應(yīng)力鋼筋合力作用點(diǎn)至構(gòu)件凈截重心軸的距離； —構(gòu)件在自重作用下產(chǎn)生的彎矩；—由活荷載引起的截面最不利彎矩；抵抗矩3.7、30米T梁在恒載及活載作用下跨中下緣混凝土應(yīng)力計(jì)算將5.1、5.2計(jì)算得出的結(jié)果代入（3-6-1）式得出30米預(yù)應(yīng)力T梁在自重、運(yùn)輸50米T梁荷載作用下跨中截面下緣混凝土應(yīng)力為： =-2.43Mpa（拉應(yīng)力）

由計(jì)算結(jié)果可知，30米T梁在自重、運(yùn)輸50米T梁荷載作用下跨中截面下緣混凝土產(chǎn)生2.43Mpa的拉應(yīng)力，而混凝土抗拉強(qiáng)度比抗壓強(qiáng)度低得多，因此，在沒有完成30米跨徑T梁橫隔梁、濕接頭、濕接縫、負(fù)彎矩張拉壓漿時(shí)。不允許在30米跨徑簡支T梁上運(yùn)輸50米T梁。

4、結(jié)束語

保阜14標(biāo)全線T梁預(yù)制1236片，施工壓力很大，項(xiàng)目50米T梁安裝成為制約梁場(chǎng)施工進(jìn)展的關(guān)鍵因素，為此，施工方案的確定至關(guān)重要。通過計(jì)算論證，為施工提供了技術(shù)保證，確保了T梁安裝施工安全，為今后50米T梁安裝施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

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