預(yù)制T梁移動臺車關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要 文章圍繞高速公路預(yù)制梁移動臺座的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)展開研究，旨在探討新型環(huán)形梁場的應(yīng)用。首先分析了相關(guān)文獻(xiàn)和工程實(shí)例，總結(jié)了當(dāng)前施工存在的問題和挑戰(zhàn)；然后設(shè)計(jì)了可移動的臺車作為制梁臺座，并應(yīng)用于工程實(shí)踐中；最后，對移動臺座的施工技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)和展望，以期為相似施工提供可行性和參考。

關(guān)鍵詞 預(yù)制T梁；移動臺車；施工技術(shù)

中圖分類號 U445 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0132-03

0 前言

在高速公路建設(shè)中，預(yù)制梁場的施工與建設(shè)，不僅與建安成本有關(guān)，更與工期息息相關(guān)。預(yù)制梁規(guī)劃得是否合理直接影響整個(gè)項(xiàng)目建設(shè)期的各項(xiàng)指標(biāo)能否按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)。以往傳統(tǒng)的制梁工藝，大多采用在固定底模臺座上完成鋼筋安裝、側(cè)模安裝與拆除、混凝土澆筑、張拉壓漿、移梁等一系列工作。因此，在項(xiàng)目梁板工程量較大的情況下，該工藝需要配置大量的底模臺座及場站面積以滿足工期要求，且龍門吊設(shè)備及模板周轉(zhuǎn)均較為頻繁、周轉(zhuǎn)距離遠(yuǎn)，無法集中利用以提高效率，導(dǎo)致高速公路建設(shè)投入費(fèi)用增加，安全、質(zhì)量管理難度大，無法適應(yīng)現(xiàn)代高速公路建設(shè)所提倡的智能、綠色的理念[1]。

采用環(huán)形生產(chǎn)線施工工藝進(jìn)行T梁預(yù)制，可以有效避免上述問題。環(huán)形生產(chǎn)線采用固定式側(cè)模，按比例配置多個(gè)可移動式的滑移臺座，臺座帶鋼筋骨架及已澆筑好的T梁依次進(jìn)入不同工序所對應(yīng)的分區(qū)，進(jìn)行獨(dú)立作業(yè)。

1 工程概況

在北京新機(jī)場至德州高速公路京冀界至津石高速施工過程中，京德高速ZT9標(biāo)文安洼2號特大橋作為全線預(yù)制梁數(shù)量較大的施工標(biāo)段，對于30 m T梁采用了固定式側(cè)模+可移動式的滑移臺座進(jìn)行了技術(shù)研究與實(shí)踐，并達(dá)到了較好的預(yù)期目的。

T梁混凝土采用C50混凝土，采用HPB300、HRB400型鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值fpk=1 860 MPa，公稱直徑d=15.2 mm的低松弛高強(qiáng)度鋼絞線，采用塑料波紋管，T梁錨具采用M15-6型、M15-7型、M15-8型、M15-9型、M15-10型、M15-11型、BM15-4型、BM15-5型系列錨具及其配件。

25 m T梁（中梁跨中）高1 700 mm，腹板厚200 mm，翼緣板厚200 mm，底板寬度為500 mm；30 m T梁（中梁跨中）高2 000 mm，腹板厚200 mm，翼緣板厚200 mm，底板寬度為500 mm；40 m T梁（中梁跨中）高2 500 mm，腹板厚200 mm，翼緣板厚200 mm，底板寬度為600 mm。詳細(xì)尺寸見圖１所示：

預(yù)制T梁環(huán)形生產(chǎn)線施工工藝原理如下：采用固定式液壓側(cè)模+移動式臺座的方式進(jìn)行T梁預(yù)制，T梁環(huán)形生產(chǎn)線借鑒工廠汽車流水化生產(chǎn)模式，核心為移動式臺座+固定液壓模板裝配線，同時(shí)廣泛運(yùn)用研發(fā)的智能變溫控制系統(tǒng)、鋼筋整體綁扎胎架、預(yù)應(yīng)力整體穿束機(jī)、BIM管理協(xié)同平臺等新設(shè)備、新工藝，使T梁預(yù)制生產(chǎn)中以固有節(jié)拍移動，操作工人在固定區(qū)域進(jìn)行專業(yè)化作業(yè)，大幅提升施工標(biāo)準(zhǔn)化水平與生產(chǎn)效率。

環(huán)形生產(chǎn)線工藝進(jìn)行T梁預(yù)制，一套固定式側(cè)模配備4個(gè)可移動式臺座進(jìn)行周轉(zhuǎn)施工，其預(yù)制工序依次如下：胎架上進(jìn)行鋼筋綁扎及波紋管安裝，整體吊裝至移動底座，底座帶鋼筋縱向移入合模澆筑區(qū)進(jìn)行澆筑，帶模蒸汽養(yǎng)生，強(qiáng)度達(dá)到50%后，拆模縱移至蒸養(yǎng)房繼續(xù)蒸養(yǎng)，強(qiáng)度和彈模滿足要求后進(jìn)行張拉，縱向移入噴淋養(yǎng)生區(qū)進(jìn)行壓漿和養(yǎng)生，同時(shí)移動臺座返回胎架區(qū)進(jìn)入下一循環(huán)，整個(gè)工藝以滑移臺車為核心，通過液壓系統(tǒng)驅(qū)動至不同分區(qū)，形成環(huán)線，故為“環(huán)形生產(chǎn)線”施工工藝，實(shí)現(xiàn)1條線1日1片梁板預(yù)制的高效產(chǎn)能。

2 移動臺車關(guān)鍵技術(shù)

（1）可移動式鋼臺座設(shè)計(jì)

預(yù)制梁臺座的核心和關(guān)鍵是可移動型鋼臺座的設(shè)計(jì)（如圖2所示）。根據(jù)該標(biāo)段的設(shè)計(jì)梁片數(shù)量，共設(shè)制了42個(gè)30 m臺座，根據(jù)30 m T梁尺寸，移動式鋼臺座頂寬50 cm，長度為32 m，總高度為1.17 m，底模采用8 mm不銹鋼面板。移動臺座整體采用鋼制材料，分行走系統(tǒng)、承重主梁、底模等三部分組成。底模由骨架及面板組成，分節(jié)組裝，每節(jié)之間通過螺栓連接；承重主梁由雙拼型鋼構(gòu)成，為方便運(yùn)輸，承重主梁一般分節(jié)制作，每節(jié)之間通過高強(qiáng)螺栓連接；驅(qū)動電機(jī)作為整個(gè)臺車的動力來源，與其連接在一起的行走輪為主動輪，其余行走及承重輪為從動輪。

底模與承重梁采用焊接連接，它們之間可加墊鋼板調(diào)整反拱；承重梁與行走輪采用螺栓連接，其間加墊防震橡膠板；驅(qū)動電機(jī)與主動輪之間采用螺栓連接。

移動臺車由6個(gè)驅(qū)動輪、8個(gè)被動輪組成軟啟動移動系統(tǒng)，移動速度為3～5 m/min。

當(dāng)移動臺車驅(qū)動電機(jī)通電后，臺車可在軌道上行走。行走設(shè)控制箱、遙控器，可實(shí)現(xiàn)手持遙控器控制臺車的前進(jìn)、后退、停止及其行走速度。因移動臺車所具備的功能，當(dāng)T梁在移動臺車的底模上澆筑完成并具備一定強(qiáng)度后，臺車可載T梁實(shí)現(xiàn)在各作業(yè)區(qū)的縱向移動，形成工序的分區(qū)、流水線作業(yè)。

為了防止預(yù)制梁上拱過大，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，若累計(jì)上拱值超過計(jì)算值10 mm，應(yīng)采取控制措施，預(yù)制臺座上設(shè)置向下的二次拋物線反拱。反拱值的設(shè)計(jì)原則如下：使梁體在二期恒載施加前上拱度不超過20 mm，橋梁施工完成后橋梁不出現(xiàn)下?lián)?；施工設(shè)置反拱時(shí)，預(yù)應(yīng)力管道也同時(shí)設(shè)置反拱；根據(jù)預(yù)制梁設(shè)計(jì)圖紙中說明的不同存梁時(shí)間理論上的拱值，依據(jù)該標(biāo)段預(yù)制梁施工組織計(jì)劃，存梁期不超過30 d，結(jié)合二期恒載下?lián)蠑?shù)值和以往施工經(jīng)驗(yàn)，30 m梁反拱值取10 mm。

（2）臺座軌道設(shè)計(jì)

可移動式鋼臺座通過行走系統(tǒng)在鋼軌上行走，該軌道采用P43鋼軌，軌距為70 cm。整個(gè)軌道采用無縫鋼軌，軌道頂面高程偏差應(yīng)控制在±2 mm，保證臺座移動過程中的平穩(wěn)，制梁區(qū)至蒸養(yǎng)區(qū)軌道高程偏差值要求更小，以保證T梁拆模后由制梁區(qū)移動至蒸養(yǎng)區(qū)時(shí)可移動式鋼臺座的穩(wěn)定性好、振幅小，避免梁體移動過程中受損。

移動式鋼臺座采用軟啟動裝置，使臺座在承載梁體的情況下啟動速度平穩(wěn)，避免啟動過程中梁體因振動過大而造成損傷。

（3）臺座基礎(chǔ)設(shè)計(jì)與施工

30 m T梁移動鋼臺座基礎(chǔ)采用20 cm厚的級配碎石+35 cm厚的C25鋼筋混凝土形式，在胎架區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、張拉區(qū)的寬度為1.4 m，澆筑區(qū)一般為1.671 m，而側(cè)模液壓系統(tǒng)基座位置處為3 m寬，每個(gè)區(qū)所有生產(chǎn)線的側(cè)模液壓系統(tǒng)基座橫向連接形成整體，以達(dá)到抵抗液壓千斤頂在拆模、合模時(shí)對基礎(chǔ)的推力。

施工時(shí)測量放樣出預(yù)制區(qū)范圍及臺座基礎(chǔ)線，開挖臺座基礎(chǔ)清除虛土后再進(jìn)行人工夯實(shí)。臺座施工前應(yīng)先鋪設(shè)20 cm厚級配碎石壓實(shí)，再綁扎鋼筋澆筑基礎(chǔ)混凝土。

3 移動臺車設(shè)計(jì)驗(yàn)算

（1）技術(shù)參數(shù)

1）液壓T梁底模部分與小車主梁焊接，小車與主梁栓接，小車支撐在小車軌道上。

2）T梁底模計(jì)算長度為31.10 m，小車主梁計(jì)算長度為32.00 m，寬度為0.5 m。

3）底模面板厚度為8 mm（sus201材質(zhì)），背肋10#槽鋼，大肋10#工字鋼，連接邊為12 mm×100 mm帶鋼，小車主梁為H182×300 mm×11 mm×15HM型H形鋼。

4）底模自重由軟件自動帶入，系數(shù)1.5。

5）底模在澆筑狀態(tài)時(shí)主要承受混凝土的澆筑重量和混凝土的沖擊，非澆筑狀態(tài)時(shí)主要承受混凝土自重，該計(jì)算只計(jì)算澆筑狀態(tài)時(shí)底模的受力情況，經(jīng)計(jì)算底模中間部分受混凝土壓力為52 kN/m2，梁端部分受混凝土壓力為77 kN/m2。

6）底模與小車主梁焊接部分全部采用剛性連接進(jìn)行約束。

（2）設(shè)計(jì)參考規(guī)范

1）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50017—2003）。

2）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB 50205—2001）。

3）《建筑鋼結(jié)構(gòu)焊接技術(shù)規(guī)程》（JGJ 81—2002）。

4）《低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼》（GB/T 1591—1994）。

5）《低合金鋼焊條》（GB/T 5118—1995）。

（3）計(jì)算荷載

1）重力加速度取10 kg/s2。

2）構(gòu)件模擬：桿件全部采用梁單元模擬，面板采用板單元模擬。

3）邊界：底模與小車主梁連接部分均為剛接，小車主梁與小車鉸接。

（4）計(jì)算模型

1）Ｔ梁底模受力模型見圖3所示：

2）計(jì)算環(huán)境：MIDAS/Gen 2014。

3）采用梁單元及板單元。

4）主要技術(shù)參數(shù)：鋼材自重由程序自動導(dǎo)入計(jì)算，鋼材彈性模量Es=2.1×105 MPa，材料容許應(yīng)力見表1所示：

（5）模擬工況

30 m液壓Ｔ梁在澆筑狀態(tài)的受力情況。

（6）計(jì)算結(jié)果

1）底模面板單元整體應(yīng)力圖（如圖4所示）。

最大拉應(yīng)力為6.25 MPa，滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

2）模板背肋及連接邊框架和小車主梁應(yīng)力：最大拉應(yīng)力為27.44 MPa，最大壓應(yīng)力為29.16 MPa，均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求。

3）底模總體最大變形為0.39 mm，滿足要求。

4）移動臺車最大豎向受力為155 kN。

所以，該移動臺車在30 m液壓T梁的澆筑狀態(tài)下，底模的強(qiáng)度、剛度能夠滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)和施工要求。

4 結(jié)論

根據(jù)環(huán)形生產(chǎn)線的工序特點(diǎn)，應(yīng)保證每條生產(chǎn)線每天生產(chǎn)1片梁，則每個(gè)可移動式底座在澆筑區(qū)、蒸養(yǎng)區(qū)、張拉區(qū)的工序時(shí)間均不大于1 d，合計(jì)不大于3 d。經(jīng)過試驗(yàn)、分析總結(jié)得出，一套移動底座完成一個(gè)循環(huán)需要58 h。

通過實(shí)踐，可知1套固定模板配置4套可移動式底座可滿足生產(chǎn)需求，依據(jù)總體計(jì)劃8個(gè)月完成2 884片T梁預(yù)制至少需要12條生產(chǎn)線，考慮模板修整間歇時(shí)間，結(jié)合中邊梁比例（10∶4），因此設(shè)置14條環(huán)形生產(chǎn)線。

可移動制梁臺座的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，配合蒸養(yǎng)關(guān)鍵技術(shù)可有效縮短混凝土預(yù)制周期，實(shí)現(xiàn)臺車的高效回轉(zhuǎn)利用，形成一個(gè)閉環(huán)的流水線，實(shí)現(xiàn)了各區(qū)工人獨(dú)立分區(qū)作業(yè)，利用質(zhì)量、安全把控，且模板及龍門吊設(shè)備作業(yè)區(qū)集中、利用率高，節(jié)省了投入成本；相比傳統(tǒng)工藝具有顯著優(yōu)勢，可為后續(xù)可用場地狹小、工期緊張、工程量大等情況的高速公路建設(shè)提供一種全新的思路和生產(chǎn)理念。

參考文獻(xiàn)

[1]王志斌，邱文利，劉宏波.高速公路智能梁廠及環(huán)形生產(chǎn)線建造關(guān)鍵技術(shù)研究[M].北京：人民交通出版社，2021.