半成橋狀態下大件過橋的承載能力分析

李 青

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

1 工程概況

運梁項目所依托的主橋為三跨預應力混凝土變截面連續箱梁。上部結構為50 m+90 m+50 m的滿堂支架現澆箱梁，其采用單箱單室截面，單室箱底寬6.3 m，翼緣懸長2.85 m；箱梁底板底面橫向水平，頂板頂面設置雙向2%橫坡，腹板保持鉛直通過頂板變坡調節橋面坡度；主梁跨中梁高2.66 m，中支點處梁高5.65 m，梁高按拋物線變化設置；箱梁頂板厚度0.28 m，底板厚度由跨中合龍段的0.3 m按1.8次拋物線變化至距0號塊中心線1.75 m處的0.85 m，箱梁腹板自跨中合龍段至中支點線性變化厚度為0.5～0.8 m；箱梁采用三向預應力構造。

該聯連續梁下部結構的主橋墩采用矩形空心薄壁墩，過渡墩采用雙圓柱式墩；主墩基礎為樁+承臺型式，過渡墩基礎為樁+地系梁型式。

主墩支座采用NDQZ型和JQZ(Ⅲ)型減隔震球型鋼支座，過渡墩支座采用盆式橡膠支座；主橋聯端參照D160型毛勒伸縮縫設計；橋梁兩側均采用SS級加強型鋼筋混凝土防撞護欄；調平層采用內設D10鋼筋網的8 cm厚C50混凝土；鋪裝層采用9 cm厚抗滑型瀝青混凝土。

該連續梁縱向采用逐段滿堂支架，分批澆筑施工。全聯共21個節段。0號塊節段長度為6 m，1號塊節段長度為7.5 m，2號塊節段長度為9.5 m，3號塊節段長度為11 m，4號塊節段長度為13 m，5號塊節段長度為6 m，中跨合龍節段長度為2 m。其中，5號塊為邊跨合龍段，0號塊與1號塊同步澆筑施工。

本橋設計時速為80 km/h；橋梁設計荷載等級為公路-I級。

由于后續施工需要，在主橋箱梁主體結構施工完成后和橋梁調平層、鋪裝層施工之前，需經半成橋狀態下的主橋運送預制梁場對岸引橋的50 m T梁。

橋型布置見圖1，跨中標準橫斷面見圖2。

圖1 橋型布置圖（單位：m）

圖2 跨中標準橫斷面圖（單位：cm）

2 實施過程重點工況說明

2.1 主橋現澆梁施工過程描述

主橋梁體施工的整體過程可劃分成以下階段:搭設剛性支架、預壓→安裝永久支座→支立底模、外模→綁扎底、腹板鋼筋→安裝底、腹板預應力管道→安裝內模→封閉端模→安裝頂板模板→綁扎頂板鋼筋→安裝頂板預應力孔道→安裝頂板封端模→分段分層澆筑底板和腹板混凝土→澆筑頂板混凝土→養護→二期鋪裝作業。

2.2 特殊荷載工況

考慮主橋橋面調平層尚未施工，且梁體及炮車自重較大，為保證半成橋狀態的主橋結構安全和運梁項目的順利實施，根據現場的半成橋狀態和實際荷載工況進行了驗算。

運梁炮車由前導炮車及后掛炮車組成（見圖3），炮車規格參數見表1。最不利加載以T梁邊梁計（約 210 t）。

圖3 現場運梁炮車

表1 1220-4輪胎式運梁炮車主要技術參數表

在實施中需根據以下要點進行運梁控制：人車證核驗→道路清障→限定線路→空載模擬運行→置梁穩固→低勻速運行等要點。同時為了避免對主橋箱梁造成偏載的不利影響，運梁過程中炮車盡量騎中線行駛。運送過程中縱橋向布置見圖4，橫橋向布置見圖5。

圖4 運梁炮車縱橋向布置

圖5 運梁炮車橫橋向布置（單位：cm）

3 分析模型建立

依據技術資料，采用有限元結構分析軟件MIDAS/CIVIL（V8.2.1）結構分析軟件建立（50+90+50）m現澆連續箱梁全橋的空間有限元模型[3]，見圖6。現澆梁全橋共劃分252個節點、289個梁單元。該橋主梁采用梁單元進行模擬，計入縱橫向預應力的剛度貢獻，且根據該橋現成橋狀態未計入調平層及鋪裝層。

圖6 箱梁有限元模型

作用效應方向遵循如下規定。

3.1 位移

位移與總體坐標系一致為正。

3.2 力、應力

在作用（組合）效應中，軸力、索力以受拉為正，受壓為負。剪力使單元產生順時針轉動為正。彎矩以單元坐標系下緣受拉為正。應力以受拉為正，受壓為負。

在PSC驗算中，為與JTG D62—2004保持一致，混凝土應力以受拉為負，受壓為正。

4 短暫狀況驗算

短暫狀況指橋涵施工過程中承受臨時性作用的狀況。該狀況下的橋涵僅作承載能力極限狀態設計，必要時才作正常使用極限狀態設計（規范無相關條文），可通過施工措施或構造布置補強，防止構件變形過大或出現裂縫。

按短暫狀況設計時，應計算其在制作、運輸及安裝等施工階段，由自重、施工荷載等引起的正截面和斜截面的應力，并保證不超過規定的限值。施工荷載除有特別規定外均應采用標準值，當有組合時不考慮荷載組合系數。

本項目短暫狀況驗算荷載組合如表2。

表2 短暫狀況荷載組合表

4.1 正截面抗彎承載力

對運梁炮車運輸T梁過程中現澆箱梁均進行了短暫狀況最不利驗算，由于結構對稱僅列出半跨的驗算結果，見表3。

表3 現澆箱梁正截面抗彎驗算

4.2 斜截面抗剪承載力

對運梁炮車運輸T梁過程中現澆箱梁均進行了短暫狀態最不利驗算，由于結構對稱僅列出半跨的驗算結果，見表4。

表4 現澆箱梁正截面抗剪驗算

4.3 抗裂驗算

對運梁炮車運輸T梁過程中現澆箱梁均進行了短暫狀態最不利驗算，由于結構對稱僅列出半跨的驗算結果，見表5。

表5 現澆箱梁截面抗裂驗算 MPa

5 局部承載力驗算

5.1 基本信息

箱梁跨中截面一般構造圖見圖7所示，跨中頂板厚度為28 cm，腹板厚度為50 cm，頂板梁肋中心間距約為580 cm，根據運梁炮車橫向行駛位置[4]，確定箱梁頂板局部承載力驗算[5]的加載模式如圖7所示。

圖7 箱梁頂板局部加載示意圖（單位：cm）

5.2 局部承載力驗算

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范》（JTG D62—2004）4.1.3 條：

平行于板寬度方向車輪分布寬度為b=0.6 m；

垂直于板寬度方向車輪分布寬度為a=0.2+5.8/3+1.5=3.6 m；

輪壓荷載P=12.75 t≈125 kN；

輪壓荷載面荷載p=125/0.6/3.6=57.9 kN/m2；

取寬度為1 m的板進行驗算，即荷載集度為q=57.9 kN/m.

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土設計規范》（JTG D62—2004）4.1.2 條：

簡支板恒載彎矩：Mg=gL2/8=32.8 kN·m；

簡支板活載彎矩：Mp=64.3 kN·m；

與梁肋整體連接的板跨中彎矩：

支點剪力：Qg=gL/2=22.6 kN，Qp=qb=34.7 kN；

短暫狀況下荷載組合：M=Mg＇+1.15Mp＇=53.4 kN·m，Q=Qg+1.15Qp=62.5 kN；

頂板抗彎承載能力：

Mu=fsd·As(h0-x/2)=109.2 kN·m＞M，滿足；

頂板抗剪能力：

Vu=，截面尺寸滿足；

Vu=0.51×10-3α2ftdbh0=221 kN＞Q，配筋滿足；

頂板跨中裂縫寬度：

Wtk=C1C2C3σss(30+d)/Es(0.28+10ρ)=0.11 mm＜0.2 mm，裂縫限寬滿足。

6 結語

本文以半成橋狀態下的三跨預應力混凝土現澆連續箱梁為依托，借助空間有限元建立工況模型，結合數值分析方法并考慮施工過程中最不利短暫荷載狀況，對該橋在裸梁狀態下承運運梁炮車和50 m T型梁的整體及局部承載能力驗算，經核驗:在擬定的運梁方案下主橋的承載能力滿足要求，并驗證了半成橋狀態下大件過橋的可靠性,為緊急情況下搶通工作建立了技術方案庫[6]。