汽車吊在加寬橋上吊裝T梁的穩(wěn)定性計(jì)算分析

張長青，陳 濤

(1.中交一公局北京建筑分公司，北京 100024；2.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033)

汽車吊在加寬橋上吊裝T梁的穩(wěn)定性計(jì)算分析

張長青1，陳 濤2

(1.中交一公局北京建筑分公司，北京 100024；2.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033)

為了更好地使用汽車吊進(jìn)行橋梁加寬施工，以重慶某高速公路加寬橋新房子大橋?yàn)楸尘?，?duì)在原有橋面上使用汽車起重機(jī)吊裝加寬的預(yù)制T梁的施工方法進(jìn)行了計(jì)算與分析?；谄矫鏃U系理論，通過有限元軟件對(duì)原橋的安全性和汽車起重機(jī)模擬吊裝時(shí)的工況進(jìn)行受力計(jì)算分析，結(jié)果表明：將2臺(tái)STC1250型汽車起重機(jī)置于原橋橋墩上方特定位置進(jìn)行拓寬T梁吊裝的方案可行。

汽車吊；橋梁加寬；T梁；受力計(jì)算

0 引 言

位于重慶某高速公路的新房子大橋，由于交通需求要進(jìn)行拓寬，拓寬后橋面從24.5 m寬增加到32 m。拓寬方式為：在橋梁兩側(cè)分別增設(shè)獨(dú)立墩，架設(shè)2片30 m T梁?，F(xiàn)擬在原有橋面上使用汽車起重機(jī)架設(shè)拓寬的2片T梁，本文根據(jù)平面桿系理論，運(yùn)用有限元軟件對(duì)原橋的安全性和汽車起重機(jī)模擬吊裝時(shí)的工況進(jìn)行受力計(jì)算分析，為T梁施工方案的制定提供理論依據(jù)。

1 工程概況

新房子大橋位于重慶江津市塘河鎮(zhèn)坪山村3社，距塘河鎮(zhèn)約8.00 km，是一座30 m預(yù)應(yīng)力T梁橋，橋中心樁號(hào)為LK47+002.000。原橋上部構(gòu)造采用11×30 m預(yù)應(yīng)力混凝土T梁，橋長343.00 m，全橋分三聯(lián)，采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)；下部構(gòu)造采用雙柱式墩，最大墩高35 m。新橋采用獨(dú)柱墩、樁基礎(chǔ)。本橋在兩橋臺(tái)處設(shè)置80型伸縮縫，在4號(hào)、7號(hào)橋墩頂設(shè)置160型伸縮縫，其余墩頂采用先簡(jiǎn)支后結(jié)構(gòu)連續(xù)。

橋梁拼接方法為：在原有橋一側(cè)鑿掉混凝土墻式護(hù)欄，并鑿除原橋主梁邊梁35 cm，外漏出原主梁鋼筋并與新搭接的梁翼緣板鋼筋焊接，新搭接2片1.7 m+0.35 m+1.7 m梁，并現(xiàn)澆35 cm濕接縫[1-4]。下部新橋蓋梁與原橋蓋梁采用植筋方案，鑿掉連接部分混凝土保護(hù)層，露出蓋梁主筋，現(xiàn)澆成一體，增加整體穩(wěn)定性。將原橋臺(tái)臺(tái)身鑿毛至少一個(gè)片石厚度，邊鑿毛邊砌筑，確保新舊橋臺(tái)連為一體[5-6]。

2 吊裝設(shè)備選型及計(jì)算

根據(jù)對(duì)目前常見吊裝設(shè)備的調(diào)查，擬采用安裝在橋墩(橋臺(tái))上方的汽車起重機(jī)進(jìn)行吊裝施工。

2.1 架設(shè)設(shè)備

(1)運(yùn)梁車。采用拖車運(yùn)梁，前車10 t，后車5 t，牽引車由三軸組成，后掛車由牽引車提供動(dòng)力。

(2)起重機(jī)。擬采用120 t汽車起重機(jī)進(jìn)行施工，選擇三一重工的起重機(jī)，型號(hào)為STC1250。該車行駛質(zhì)量為55 t，吊裝時(shí)配重按20 t考慮。起重機(jī)參數(shù)見表1。

表1 STC1250汽車起重機(jī)技術(shù)參數(shù)

2.2 架設(shè)流程

移動(dòng)一輛汽車起重機(jī)，跨越待吊裝橋梁，至對(duì)岸路基上停放；開動(dòng)運(yùn)梁車，運(yùn)送主梁就位待吊裝；2輛汽車起重機(jī)前后移至橋梁道路中心線一側(cè)的橋墩上方或橋臺(tái)前墻處，間距為橋梁跨徑；起重機(jī)展開支撐臂，一側(cè)支撐臂全展開抵達(dá)中間帶側(cè)欄桿，另一側(cè)支撐臂全展開抵達(dá)2號(hào)梁正上方[7-8]。

2.3 架設(shè)布置

起重機(jī)架設(shè)布置如圖1所示。

圖1 吊裝布置

2.4 起重機(jī)計(jì)算

根據(jù)汽車起重機(jī)的參數(shù)(表1)計(jì)算該型號(hào)起重機(jī)能否吊起本橋的T梁。

起重機(jī)最大起重力矩Mmax=5 100 kN·m(基本臂長13.3 m)，吊裝最遠(yuǎn)距離L=10.3 m。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，T梁體積V=29.05 m3，取容重為26 kN·m-3，預(yù)制超重系數(shù)取1.05，沖擊系數(shù)取1.1，則T梁質(zhì)量(取邊梁)G=872.4 kN。

起重機(jī)起吊荷載P=G/2=436.2 kN;荷載力矩M=PL=4 492.7 kN·m，小于Mmax=5 100 kN·m。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，該起重機(jī)能夠吊起該T梁。

3 計(jì)算分析

3.1 計(jì)算荷載和計(jì)算模型

3.1.1 荷載分析

(1)運(yùn)梁車質(zhì)量。主車重100 kN，軸重50 kN，軸距4.0 m；副車重50 kN，軸重25 kN，軸距4.0 m。

(2)T梁質(zhì)量(取最重的邊梁)。根據(jù)設(shè)計(jì)，T梁重力G=2 872.4 kN；考慮運(yùn)梁車質(zhì)量后，帶主車的集中力每個(gè)為268.1 kN，帶副車的集中力每個(gè)為243.1 kN。

(3)汽車起重機(jī)質(zhì)量和尺寸。車重550 kN，配重200 kN，則起重機(jī)總重750 kN；4個(gè)支撐臂規(guī)格(長×寬)為7.6 m×7.6 m。

3.1.2 計(jì)算力學(xué)模型

本次吊裝施工最不利情況為起吊后起重機(jī)即將向加寬側(cè)傾覆的臨界狀況，此時(shí)起重機(jī)自重和T梁質(zhì)量全部由加寬側(cè)的2個(gè)支撐臂承擔(dān)[9-11]。由于橋梁平曲線半徑較大，忽略平彎對(duì)結(jié)構(gòu)的影響，均按標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m進(jìn)行計(jì)算。結(jié)果得：起重機(jī)和T梁總重力P1= 296.6 kN；起重機(jī)一側(cè)受力時(shí)，每個(gè)支撐受力P2=2P1=593.2 kN。距離橋墩中心線3.8 m處，由于起重機(jī)作用在2號(hào)梁上方，偏于安全計(jì)算，考慮2號(hào)梁在起吊后承擔(dān)全部荷載，因此2號(hào)梁為驗(yàn)算對(duì)象。

3.2 計(jì)算工況

(1)工況一：運(yùn)梁車過橋階段。偏于安全考慮，荷載全部由1號(hào)梁承受，即268.1 kN、268.1 kN、243.1 kN、243.1 kN四個(gè)集中力，間距分別為4、26、4 m。

(2)工況二：吊裝階段。對(duì)于2號(hào)梁，每個(gè)橋墩上方有2個(gè)集中力，每個(gè)集中力為593.2 kN，間距為7.6 m，以橋墩中心線為對(duì)稱軸對(duì)稱布置。偏于安全考慮，荷載全部由2號(hào)梁承受。

起重機(jī)空載行駛過橋時(shí)，由于行駛質(zhì)量為55 t，6軸，寬3 m，荷載效應(yīng)小于工況一，可不進(jìn)行計(jì)算。

3.3 計(jì)算對(duì)象

(1)T梁。計(jì)算工況一和工況二下T梁的受力。

(2)T梁行車道板局部受力。吊裝時(shí)，吊車支撐腿支撐在2號(hào)梁腹板正上方，可不計(jì)算翼緣局部受力；T梁運(yùn)梁車過橋時(shí)，最大軸重為268.1 kN，最小間距為4 m，單軸重小于常見車輛后橋質(zhì)量(例如總重342.6 kN的單后橋車輛，前軸重62 kN，后軸重280.06 kN)，而且原橋進(jìn)行施工時(shí)，亦采用基本相同的運(yùn)梁車過橋，可不進(jìn)行計(jì)算。

圖2 工況一三跨一聯(lián)正應(yīng)力

(3)蓋梁。計(jì)算對(duì)象為1號(hào)梁和2號(hào)梁。對(duì)于工況一，1號(hào)梁最大增加豎向力為453.8 kN(以軸距4 m的運(yùn)梁車，進(jìn)行兩墩之間的分配計(jì)算得到)，與常見總重550 kN車輛雙后軸的質(zhì)量相當(dāng)(例如總重560.3 kN的單后橋車輛，前軸重108 kN，雙后軸共重450.2 kN)，而且原橋進(jìn)行施工時(shí)，亦采用基本相同的運(yùn)梁車過橋，所以可不進(jìn)行計(jì)算；對(duì)于工況二，2號(hào)梁靠近立柱正上方，略有偏心，蓋梁受彎很小，可不進(jìn)行計(jì)算。

(4)墩柱。由于荷載對(duì)稱布置，設(shè)置單支座或雙支座的墩吊裝時(shí)均為軸心受壓，沒有偏心彎矩，雙柱只考慮單核受力，偏于安全計(jì)算，一個(gè)單柱上方增加應(yīng)力為1 186.4 kN，對(duì)于樁徑為1.8 m的柱，單柱混凝土最大增加應(yīng)力為0.47 MPa。

由于連續(xù)梁的中墩設(shè)單支座，因此橋墩只受軸心壓力；對(duì)于兩聯(lián)的交界墩，由于起重機(jī)對(duì)稱布置，起吊后也只考慮橋墩軸心抗壓，計(jì)算公式為[12]

以最高的橋墩作為計(jì)算對(duì)象，最大墩高39 m，墩徑2.0 m，不考慮鋼筋參數(shù)與受力，材料為C30，根據(jù)長細(xì)比查表得穩(wěn)定系數(shù)為0.65。

故γ0Nd=5 575.2 kN，小于25 394.2 kN，結(jié)構(gòu)安全。

3.4 計(jì)算結(jié)果

工況一和工況二下三跨、四跨、五跨主梁應(yīng)力的的計(jì)算結(jié)果分別如圖2～7、表2所示。

(1)對(duì)工況一，主要分析運(yùn)梁車處于跨中時(shí)的正應(yīng)力，其主拉應(yīng)力遠(yuǎn)小于工況二。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)，預(yù)應(yīng)力構(gòu)件短暫狀況正截面壓應(yīng)力滿足[13]

圖3 工況二三跨一聯(lián)主拉應(yīng)力

圖4 工況一四跨一聯(lián)正應(yīng)力

圖5 工況二四跨一聯(lián)主拉應(yīng)力

圖6 工況一五跨一聯(lián)正應(yīng)力

圖7 工況二五跨一聯(lián)正應(yīng)力

工況一最大壓應(yīng)力為4.91 MPa，滿足要求，且沒有拉應(yīng)力。

(2)對(duì)工況二，主要分析橋墩附近的主應(yīng)力，其正應(yīng)力小于工況一。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62—2004)，預(yù)制預(yù)應(yīng)力構(gòu)件斜截面抗裂應(yīng)力滿足

σtp≤0.6ftk

式中：σtp為斜截面抗裂應(yīng)力；ftk為混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力構(gòu)件斜截面抗裂應(yīng)力滿足工況二最大主拉應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果為-0.95 MPa，位于T梁縱向接縫處，滿足要求。

σtp≤0.4ftk

注：括號(hào)外的數(shù)字為累計(jì)量，括號(hào)內(nèi)的數(shù)字為該工況的增量。

4 結(jié) 語

本文基于平面桿系理論，運(yùn)用有限元軟件對(duì)原橋的安全性和汽車起重機(jī)模擬吊裝時(shí)的工況進(jìn)行了較全面的計(jì)算分析，將2臺(tái)STC1250型汽車起重機(jī)置于原橋橋墩上方特定位置進(jìn)行拓寬T梁吊裝的方案可行，但汽車起重機(jī)在實(shí)際吊裝施工過程中應(yīng)注意以下事項(xiàng)。

(1)起重機(jī)要按照規(guī)定的位置就位，2臺(tái)起重機(jī)分別就位于橋墩中心線處，以4個(gè)支撐臂為準(zhǔn)，靠近加寬側(cè)的支撐臂作用在2號(hào)梁正上方。

(2)支撐臂下方需墊好枕木和厚鋼板，以擴(kuò)散集中力。

(3)運(yùn)梁車盡量靠近2號(hào)T梁腹板中線行駛(可使運(yùn)梁車和起重機(jī)之間的距離小于40 cm)，使1號(hào)梁和2號(hào)梁受力均勻，1號(hào)梁受力更加安全。

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AnalysisofStabilityofLiftingT-beamonWideningBridgewithTruckCrane

ZHANG Chang-qing1，CHEN Tao2

(1. Beijing Construction Company of CCCC First Highway Engineering Co., Ltd., Beijing 100024, China;2. Fourth Engineering Co., Ltd. of CCCC First Highway Engineering Co., Ltd., Nanning 530033, Guangxi, China)

In order to make better use of the truck crane in the construction of bridge widening, based on the expansion project of Xinfangzi bridge of some expressway in Chongqing, the construction method of using truck crane on the deck of the existing bridge to hoist the prefabricated T-beam was calculated and analyzed. According to the theory of plane bar system, the finite element software was applied to analyze the safety of the original bridge and the stress state of truck crane hoisting in simulation. By placing two STC1250 truck cranes at the specific position above the original bridge piers, the scheme of lifting T-beam for the bridge widening was proved to be feasible.

truck crane; bridge widening; T-beam; stress calculation

U415.4

B

1000-033X(2017)11-0109-05

2017-04-11

張長青(1970-)，男，河北永清人，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榻ㄖC(jī)械施工管理。

[責(zé)任編輯:高甜]