架橋機架設小箱梁關鍵工序可行性論證及保證措施

黃瑞珊，韋昌翼

（廣東省建筑工程機械施工有限公司 廣州 510500）

0 引言

近十多年來我國基礎建設步伐迅猛，預制小箱梁在市政橋梁和公路橋梁中得到廣泛應用，隨著科學技術的進步和社會生產(chǎn)力的發(fā)展，運梁車與架橋機的制造都已經(jīng)很先進，起步、制動和對速度的控制比較靈便，在采用架橋機架梁中，先跨箱梁架設完成之后，在沒有施工梁間濕接縫和橋面鋪裝的情況下，為了架梁工作的連續(xù)性和加快梁進度，改變了以往傳統(tǒng)作業(yè)方法（傳統(tǒng)作業(yè)一般是從預制場或橋頭路基鋪設鋼軌至第一聯(lián)橋面架橋機腹內(nèi)［1］），一般情況下不再在已架箱梁上鋪設軌道運梁，而是在先跨箱梁架設之后，運梁車直接在箱梁上行走，將箱梁運進架橋機尾部內(nèi)［2］，為架設下一跨喂梁。那么，這種作業(yè)方法單體梁片是否能夠承載得起施工荷載？在作業(yè)中梁片是否穩(wěn)定？需要采取什么樣的加固措施？在實際施工中，大多未對其加以論證，純粹憑經(jīng)驗施工作業(yè)，存在嚴重的質(zhì)量和安全隱患。本文以某大橋箱梁的架設為研究案例（見圖1），論證關鍵工序作業(yè)的安全可行性，為架橋機架梁提供借鑒。

圖1 某大橋竣工后實況Fig.1 Completion Status of a Bridge

1 某大橋設計概況

1.1 橋型布置［3］

某大橋橋長192 m，橋?qū)拑魧?.5 m+2×0.5 m 墻式護欄，上部結構采用6 m×30 m裝配式預應力混凝土先簡支后連續(xù)小箱梁，分兩聯(lián)布置，每聯(lián)3～30 m，共18片預制梁，梁重88.4 t。下部結構橋臺采用U 型臺，橋墩采用雙柱式墩，橋墩之間設計有系梁，橋臺采用擴大基礎，橋墩采用樁基礎，最高橋墩高達48 m。橋型布置如圖2所示。

圖2 橋型布置Fig.2 Bridge Layout （m）

1.2 設計技術指標［3］

公路等級為三級公路；汽車荷載為公路-Ⅱ級；橋面凈寬為1×凈7.5 m；

預制箱梁按照A類預應力混凝土構件進行設計；

主梁共18片預制梁，預制箱梁長30.0 m，高1.6 m。

1.3 設計參數(shù)［3］

材料主要指標如表1所示。

表1 材料名稱及強度取值Tab.1 Material Name and Strength Value

2 架橋機與運梁車的選用

選用LBQJ40/140 型架橋機，此機由起重天車、主梁、前支腿、中托、后支腿、前后橫移軌道、液壓系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等部分組成，總重約100 t。主梁為三角桁架結構，橫截面高約2.6 m，底寬1.5 m，每節(jié)長12.0 m，重約7 t。

采用1 臺新東方220 t 牽引車及四軸16 輪運梁炮車運梁車一套，前后車分離，該牽引車發(fā)動機功率117 kW，設計載重量達210 t，適合運輸30～45 m 預制梁，其自重15 t。動力主車長約6.0 m，從動炮車長約3.0 m，如圖3、圖4所示。

圖3 架梁現(xiàn)場作業(yè)實況Fig.3 Site Photo of Girder Erecting Operation

圖4 運梁車運梁示意圖Fig.4 Sketch Map of Girder Transporting

3 受載箱梁結構驗算與穩(wěn)定性分析

3.1 受載箱梁結構驗算［4-8］

該橋箱梁最重一片梁重88.4 t，運梁牽引力及炮車重15.0 t，梁與車合計重103.4 t，按Q=103.4 t 計算。運梁牽引車及炮車左右車輪分跨在兩片箱梁上，當運梁車行走至跨中位置時，此時箱梁的撓度、彎矩最大，集中荷載P=Q=25.85 t。計算過程如下：

3.1.1 箱梁構造［3］

箱梁構造如圖5所示。

圖5 箱梁結構Fig.5 Structure of Box Girder （mm）

3.1.2 受力分析

根據(jù)架橋機的施工工況，對預制箱梁受力最不利工況為運梁車運輸30 m 邊梁經(jīng)過30 m 跨中梁和30 m跨邊梁階段，此時預制箱梁所受荷載為運梁車+30 m邊梁重量之和的1/4。

⑴計算荷載

①永久作用：結構重力、預加力和混凝土的收縮及徐變作用；

②可變作用：運梁車重150 kN；運梁車上運送的梁重884 kN；

③作用效應組合：

Sud=永久作用+1.15×1.2×運梁車荷載

式中：Sud為承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應設計值。

汽車荷載沖擊系數(shù)1.15，動荷載系數(shù)1.2。④計算軟件：橋梁博士3.6

⑵計算模型：每種梁劃分為35個單元、36個節(jié)點。

⑶運用計算軟件計算，30 m中梁驗算結果如圖6～圖9、表2～表3 所示。從圖6～圖7 中可得表2 數(shù)值，從圖8～圖9中可得表3數(shù)值。

表2 承載力驗算Tab.2 Checking Computation of Bearing Capacity

表3 應力驗算Tab.3 Checking Computation of Stress

圖6 彎矩包絡圖Fig.6 Bending Moment Envelope

圖7 剪力包絡圖Fig.7 Shear Force Envelope

圖8 恒載下正應力Fig.8 Normal Stress under Permanent Load

圖9 恒載+運梁車+1/2梁重下正應力Fig.9 Normal Stress under Permanent Load + Girder Transporter + 1/2 Girder Weight

通過對箱梁的內(nèi)力計算，說明箱梁架設過程中，在施工荷載的作用下，箱梁是安全的。

3.2 箱梁受縱向水平力的計算

運梁車縱向運梁，行駛速度控制在0.5 m/s（在2 km/t內(nèi)），運梁牽引車及炮車在第一跨兩片箱梁上起步或制動，靠車輪與箱梁之間的摩擦力，起步作用時間2 s，使運梁車達到0.5 m/s行駛速度或從0.5 m/s 減至0，根據(jù)動量定理：

FT=△MVF=△MV/T=103 400×0.5/2=25 850 N=25.85 t

每片箱梁受到縱向的水平作用力：F=25.85/2=13.0 t

所以箱梁縱向之間要將鋼筋捍接，間隙要用圓木或鋼管支撐牢固，以抵抗運梁車縱向水平力作用力，防止臨時支座——砂筒的縱向傾覆。

3.3 箱梁橫向抗傾覆驗算［8-9］

受載箱梁受力分析如圖10、圖11 所示，由于箱梁頂面偏心受壓，考慮到偏心距和底板寬度的1/2 相差不大，因此要考慮箱梁的失穩(wěn)問題。假定雙支座中一個支座剛要脫離受壓狀態(tài)的工況，在此工況下比較箱梁穩(wěn)定效應Sb和失穩(wěn)效應SS的大小，從而判斷箱梁的穩(wěn)定性，在作用標準值組合下，簡支梁的作用效應符合下列要求：

圖10 簡支梁計算模型（x>0.5L，e>0.5d）Fig.10 Culation Model of Simply Supported Beam（x>0.5L，e>0.5d）

圖11 箱梁橫向簡化模型Fig.11 Simplified Transverse Model of Box Girder

當e≤0.34 m，即當外力作用中心線距離梁體中心線的距離≤0.34 m 時，箱梁不會傾覆。在施工過程中運梁車的輪胎外側緣不超過箱梁腹板位置，即可滿足要求。

4 箱梁架設保證措施

架橋機過孔后運梁車在已架設的箱梁上運梁喂梁從理論上論證是可行的，但為了確保箱梁架設的安全，有必要采取一些必要的保證措施。

鋼筋混凝土的工作特性是由鋼筋承擔結構物中的拉力，混凝土承擔壓應力部分，模擬其特性，對已架設的箱梁進行必要的臨時加固。運梁車在已架箱梁橋面上行走，要把已架設箱梁之間的預埋鋼筋及時捍接，箱梁間濕接縫未澆混凝土部分用圓硬木支撐牢固，使箱梁之間形成臨時整體，同時用砂袋或2 cm 厚鋼板覆蓋橋面預留孔洞。由于運梁車重量大，運梁車的輪胎行走軌跡應在箱梁腹板位置，其輪胎外側緣不超過箱梁腹板位置，在架設過程中做好運行限位標記。具體保證措施如下：

⑴箱梁的橫向加固，防止在施工荷載作用下箱梁搖晃不穩(wěn)或發(fā)生傾覆。第一跨0 號橋臺是永久支座，在箱梁吊裝就位時，對臺帽處箱梁的端橫梁用硬木支墊，以防箱梁橫向傾覆，如圖12所示。

圖12 箱梁端橫梁的支墊Fig.12 Cross Girder Pad of Box Girder

⑵相鄰箱梁的橫梁和翼緣預留鋼筋焊接牢固，橫梁之間加設直徑為10 cm的圓硬木并支撐緊密。如圖13所示。

圖13 橫梁和翼緣鋼筋焊接Fig.13 Reinforcing Bar Welding between Cross Girder Flange

⑶第一跨與第二跨之間是先簡支后連續(xù)，中間先將箱梁置于臨時支座上成為簡支狀態(tài)，沒有端橫梁，在砂筒外側緣處加塞方形硬木，并用直徑12 cm的圓硬木將箱梁的翼緣支撐在墩柱蓋梁上，以防砂筒橫向傾覆或箱梁橫向傾覆。

⑷箱梁的縱向加固，防止運梁車在縱向運梁過程中箱梁發(fā)生縱向位移，0 號橋臺伸縮縫處用木楔子楔堅固，兩跨箱梁交接處鋼筋焊接牢固，間隙用直徑10 cm的圓或方硬木支撐，以防砂筒縱向傾覆。

⑸箱梁頂板清理干凈，在濕接縫或預留孔洞位置用2 cm 厚鋼板覆蓋，使運梁車行駛平穩(wěn)；必要時在箱梁頂板上鋪鋼板，相當于臨時橋面，使得箱梁頂板均布受載。

5 橋梁完工后的檢測

橋梁施工完成后通過了具有橋梁檢測資質(zhì)的檢測單位的檢測，測試內(nèi)容包括［10］：

⑴對橋梁進行模態(tài)分析；

⑵全橋承載力檢測（包括靜載、動載和脈動試驗）；

⑶結合檢測結果，對橋梁進行安全性能評估。

試驗檢測結論如下［7］：

⑴試驗前未發(fā)現(xiàn)梁體有明顯結構裂縫，試驗過程中及試驗后，結構測試截面以及附近區(qū)域未出現(xiàn)新增可見裂縫，結構抗裂性能滿足設計活載要求；

⑵在試驗活載作用下，各控制截面實測應受值均在正常范圍內(nèi)，各控制截面在試驗活載作用下最大相對殘余應變均小于20%，其應變校驗系數(shù)在0.12～0.54 范圍內(nèi)，應變校驗系數(shù)均小于1，結構強度滿足設計活載要求；

⑶橋梁試驗結果顯示在試驗最大荷載下，截面結構撓度校驗系數(shù)在0.25～0.50 之間，應變校驗系數(shù)均小于1，橋梁試驗荷載卸載后殘余較小，測量的相對殘余應變值均滿足小于20%的要求，表明橋梁處于良好的彈性工作狀態(tài)；

⑷從脈動試驗結果看，實測基頻略大于理論計算值，表明橋梁的振動特性能良好，實測剛度較理論分析剛度大，評定標度為1。

綜上所述，測試結果表明，橋梁試驗跨的強調(diào)剛度均較大，橋梁整體承載力滿足設計荷載要求，同時也說明，架橋機在架設過程中，施工荷載對箱梁的結構質(zhì)量沒有產(chǎn)生不良影響，架梁的施工工藝和在已架箱梁上運梁是可行的。

6 結語

在某大橋架梁過程中，架橋機架設完成先跨箱梁后，在未施工箱梁間濕接縫和橋面鋪裝的情況下，運梁車在已架箱梁上行走，為下一跨的架設運梁、喂梁，這一過程非常關鍵，存在較大的不安全因素，是關鍵工序，只有這一關鍵工序的施工得到保證，其他各工序只要按部就班、細心操作，整個架設過程就會順利。通過對架橋機過孔后的關鍵工序——運梁和喂梁的可行性論證，結果表明架橋機過孔后運梁車在已架設的箱梁上運梁喂梁是安全可行的，通過臨時的加固保證措施，架梁施工安全更有保障。

這種架設方式的特點是：架橋機移動過孔輕便快捷，操作簡便，架設施工速度快，不需要大型機械配合，適用于跨徑L≤40 m的箱梁或T梁架設。