既有橋梁工程運(yùn)架梁施工中荷載檢算與分析

張敏（莆田市公路局涵江分局，莆田351115）

既有橋梁工程運(yùn)架梁施工中荷載檢算與分析

張敏
（莆田市公路局涵江分局，莆田351115）

本文結(jié)合工程施工實(shí)踐，總結(jié)和分析了高速公路運(yùn)架梁工程中的各種荷載工況，得到最不利荷載組合工況——運(yùn)架梁荷載組合工況。采用有限元數(shù)值分析方法，以M i d as C ivil為計(jì)算工具，對(duì)簡(jiǎn)支T梁在架橋荷載組合作用下的承載能力進(jìn)行了檢算，分析施工荷載對(duì)既有橋梁工程的影響。

橋梁工程運(yùn)架梁施工有限元承載力檢算與分析

1 引言

近20年，隨著我國(guó)交通建設(shè)的高速發(fā)展，橋梁結(jié)構(gòu)形式的規(guī)范化和施工技術(shù)水平的不斷提高，我國(guó)高速公路架橋機(jī)的研究與應(yīng)用相應(yīng)得到了發(fā)展。技術(shù)的提升，提高了高速公路建設(shè)的速度和修筑質(zhì)量，節(jié)約了施工成本，降低了能源的損耗[1]。貝雷架主梁雙導(dǎo)梁架橋機(jī)采用貝雷主梁構(gòu)件拼裝導(dǎo)梁，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng)、組合結(jié)構(gòu)系統(tǒng)性好、不附設(shè)橋下支架和架設(shè)跨徑大等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于預(yù)制梁的起吊、縱移、橫移和就位等橋梁施工[2]。

高速公路T梁結(jié)構(gòu)是根據(jù)公路-I級(jí)荷載等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算?！豆窐蚝O(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2015）規(guī)定橋梁公路-I級(jí)荷載等級(jí)整體設(shè)計(jì)以車道荷載，即全橋均布荷載外加一個(gè)集中荷載進(jìn)行模擬，模糊了對(duì)車隊(duì)荷載產(chǎn)生的效應(yīng)[3]。而運(yùn)架梁施工過(guò)程荷載是以類似車隊(duì)荷載的形式作用在梁片上。因此，需要對(duì)既有橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)架梁荷載工況進(jìn)行承載能力檢算。運(yùn)架梁荷載工況檢算能夠確保運(yùn)架梁設(shè)備作業(yè)方法的合理性和安全可靠性。

圖1 運(yùn)梁炮車縱向布置圖（單位：m）

2 工程概況

某高速公路建設(shè)中，采用架橋機(jī)設(shè)備鋪設(shè)預(yù)制T型梁。主梁為40mT梁，采用C50混凝土；預(yù)應(yīng)力鋼絞線為符合標(biāo)準(zhǔn)的高強(qiáng)度低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，每根直徑為15.2mm，抗拉強(qiáng)度f(wàn)pk=1860MPa，彈性模量為1.95×105MPa。施工采用的大型運(yùn)架梁設(shè)備有：40m雙導(dǎo)梁公路架橋機(jī)一臺(tái)，某型號(hào)的160t級(jí)三軸運(yùn)梁炮車兩臺(tái)（見(jiàn)圖1～2）。

圖2 運(yùn)梁炮車橫截面輪位布置圖

3 運(yùn)架梁施工過(guò)程受力分析

本文不對(duì)運(yùn)架梁設(shè)備本身進(jìn)行的研究，只對(duì)其在運(yùn)架梁過(guò)程中施工荷載對(duì)既有工程的影響作分析，即運(yùn)架梁荷載工況的檢算與分析。

3.1 運(yùn)架梁施工流程

運(yùn)架梁施工過(guò)程主要包括：運(yùn)梁車運(yùn)梁/架橋機(jī)空載→架橋機(jī)配重過(guò)孔→喂梁→吊梁→移、落梁等5個(gè)階段，本文對(duì)這5個(gè)階段分別進(jìn)行受力分析。

3.2 荷載作用布置

檢算內(nèi)容是在荷載組合作用下進(jìn)行的，該工程涉及的主要獨(dú)立荷載有：

（1）單片T梁自重，T梁自重G=129t，長(zhǎng)度L=40m；

（2）運(yùn)梁車自重，單車自重T1=T2=11.50t，輪距2.50m，軸距1.30m+1.30m；

（3）架橋機(jī)：上部結(jié)構(gòu)自重，主梁長(zhǎng)60m，重q=0.416t/ m；下部結(jié)構(gòu)0#支腿重F0=5.450t，1#支腿重F1=12.650t，2#支腿重F2=5.450t；天車每臺(tái)重F3=F4=6.150t。

由于運(yùn)輸時(shí)速度控制在5～10km/h，所以不考慮運(yùn)梁車的沖擊系數(shù)。檢算分析過(guò)程不考慮系統(tǒng)溫度變化、混凝土的收縮徐變以及支座變形。

3.3 運(yùn)架梁各施工工況

（1）工況一：運(yùn)梁車運(yùn)梁/架橋機(jī)空載

施工狀態(tài)：待安裝的T梁由運(yùn)梁車從梁場(chǎng)經(jīng)既有結(jié)構(gòu)運(yùn)輸?shù)綐蛎嫔?，架橋機(jī)剛放置好前一跨的梁片，既有結(jié)構(gòu)T梁結(jié)構(gòu)處于簡(jiǎn)支自由狀態(tài)，現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)如圖3所示。

荷載工況：梁片的自重+預(yù)應(yīng)力+運(yùn)梁車自重+梁片自重+架橋機(jī)整體作用。

受力分析：既有結(jié)構(gòu)受力最大情況如圖4所示。

圖3 工況一：施工狀態(tài)圖

圖4 工況一：梁片受力分析示意圖

（2）工況二：架橋機(jī)配重過(guò)孔

施工狀態(tài)：待安裝的T梁此時(shí)作為配重，由天車吊起。架橋機(jī)0#支腿往前縱向移動(dòng)，1#支腿不動(dòng)，2#支腿持T梁一起前移，待0#支腿移動(dòng)至下一個(gè)橋墩上方，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)如圖5所示。

圖5 工況二：施工狀態(tài)圖

荷載工況：梁片的自重+預(yù)應(yīng)力+運(yùn)梁車自重+梁片自重+架橋機(jī)整體作用（上提作用）。

受力分析：既有結(jié)構(gòu)T梁受力最大情況如圖6所示。

圖6 工況二：梁片受力分析示意圖

（3）工況三：喂梁

施工狀態(tài)：0#支腿安放在蓋梁上。待安裝的T梁由1#天車吊起前移，2#天車待命，運(yùn)梁車也相應(yīng)前移至到達(dá)2#支腿位置，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)如圖7所示。

荷載工況：梁片的自重+預(yù)應(yīng)力+運(yùn)梁車自重+梁片自重+架橋機(jī)整體作用。

受力分析：既有結(jié)構(gòu)T梁受力最大情況如圖8所示。

圖7 工況三：施工狀態(tài)圖

圖8 工況三：梁片受力分析示意圖

（4）工況四：吊梁

施工狀態(tài)：待安裝的T梁被整體吊起，準(zhǔn)備前移，運(yùn)梁車也停放在2#支腿位置，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)如圖9所示。

荷載工況：梁片的自重+預(yù)應(yīng)力+運(yùn)梁車自重+梁片自重+架橋機(jī)整體作用。

受力分析：既有結(jié)構(gòu)T梁受力最大情況如圖10所示。

圖9 工況四：施工狀態(tài)圖

圖10 工況四：梁片受力分析示意圖

（5）工況五：移、落梁

施工狀態(tài)：待安裝的T梁前移至安裝位置，準(zhǔn)備下放至指定位置，運(yùn)梁車也回到梁場(chǎng)，之后1#支腿前移，此時(shí)現(xiàn)場(chǎng)施工狀態(tài)如圖11所示。

荷載工況：梁片的自重+預(yù)應(yīng)力+架橋機(jī)自重作用。

受力分析：既有結(jié)構(gòu)T梁受力最大情況如圖12所示。

圖11 工況五：施工狀態(tài)圖

圖12 工況五：梁片受力分析示意圖

4 有限元模型檢算與分析

本文根據(jù)架橋機(jī)和運(yùn)梁車的技術(shù)性能和運(yùn)架梁工程的特點(diǎn)，主要檢算內(nèi)容是運(yùn)架梁在五個(gè)施工階段的荷載組合作用下，既有簡(jiǎn)支梁的承載能力檢算。檢算采用大型有限元通用軟件Midas Civil，分別建立不同工況作用下的空間有限元模型，如圖13所示，工況一荷載組合下T梁的抗彎承載力彎矩包絡(luò)圖如圖14所示。各荷載工況下檢算結(jié)果見(jiàn)表1。

圖13 既有簡(jiǎn)支T梁有限元模型及預(yù)應(yīng)力鋼束圖

圖14 工況一荷載組合下T梁的抗彎承載力彎矩包絡(luò)圖

表1 各荷載工況下檢算結(jié)果表

由表1可知，既有T梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)架梁各施工過(guò)程中均能夠滿足正截面抗彎承載力要求。

5 結(jié)論

本文總結(jié)和分析了高速公路運(yùn)架梁施工過(guò)程中的五種主要施工狀態(tài)，根據(jù)各施工狀態(tài)的荷載工況對(duì)既有T梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。采用有限元數(shù)值分析方法，以Midas Civil為計(jì)算工具，對(duì)簡(jiǎn)支T梁在架橋荷載組合作用下的承載能力進(jìn)行了檢算。通過(guò)檢算分析，表明既有T梁結(jié)構(gòu)在運(yùn)架梁各施工過(guò)程中均能夠滿足正截面抗彎承載力要求。本文結(jié)合工程施工實(shí)踐，認(rèn)真分析每一種荷載工況對(duì)工程建設(shè)的影響，希望分析結(jié)果可為以后類似工程的實(shí)施提供有價(jià)值的參考，進(jìn)而提高運(yùn)架梁過(guò)程的施工安全、施工效率和施工質(zhì)量。

[1]張勇.高速鐵路客運(yùn)專線運(yùn)架梁荷載工況檢算與分析[D].成都：西南交通大學(xué)橋梁與隧道工程系，2008.

[2]李綱，稅清彬，龍飛，李會(huì)賓.山區(qū)橋隧相接條件下架梁施工快速安全方案[J].公路交通科技.應(yīng)用技術(shù)版，2012（11）.

[3]張龍龍.常規(guī)橋梁大件運(yùn)輸控制荷載研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)橋梁與隧道工程系，2014.