既有橋梁工程運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）

本文結合工程施工實踐，總結和分析了高速公路運架梁工程中的各種荷載工況，得到最不利荷載組合工況——運架梁荷載組合工況。采用有限元數值分析方法，以M i d as C ivil為計算工具，對簡支T梁在架橋荷載組合作用下的承載能力進行了檢算，分析施工荷載對既有橋梁工程的影響。

橋梁工程運架梁施工有限元承載力檢算與分析

1 引言

近20年，隨著我國交通建設的高速發展，橋梁結構形式的規范化和施工技術水平的不斷提高，我國高速公路架橋機的研究與應用相應得到了發展。技術的提升，提高了高速公路建設的速度和修筑質量，節約了施工成本，降低了能源的損耗[1]。貝雷架主梁雙導梁架橋機采用貝雷主梁構件拼裝導梁，它具有結構簡單、適應性強、組合結構系統性好、不附設橋下支架和架設跨徑大等特點，廣泛應用于預制梁的起吊、縱移、橫移和就位等橋梁施工[2]。

高速公路T梁結構是根據公路-I級荷載等級進行設計計算。《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）規定橋梁公路-I級荷載等級整體設計以車道荷載，即全橋均布荷載外加一個集中荷載進行模擬，模糊了對車隊荷載產生的效應[3]。而運架梁施工過程荷載是以類似車隊荷載的形式作用在梁片上。因此，需要對既有橋梁結構進行運架梁荷載工況進行承載能力檢算。運架梁荷載工況檢算能夠確保運架梁設備作業方法的合理性和安全可靠性。

圖1 運梁炮車縱向布置圖（單位：m）

2 工程概況

某高速公路建設中，采用架橋機設備鋪設預制T型梁。主梁為40mT梁，采用C50混凝土；預應力鋼絞線為符合標準的高強度低松弛預應力鋼絞線，每根直徑為15.2mm，抗拉強度fpk=1860MPa，彈性模量為1.95×105MPa。施工采用的大型運架梁設備有：40m雙導梁公路架橋機一臺，某型號的160t級三軸運梁炮車兩臺（見圖1～2）。

圖2 運梁炮車橫截面輪位布置圖

3 運架梁施工過程受力分析

本文不對運架梁設備本身進行的研究，只對其在運架梁過程中施工荷載對既有工程的影響作分析，即運架梁荷載工況的檢算與分析。

3.1 運架梁施工流程

運架梁施工過程主要包括：運梁車運梁/架橋機空載→架橋機配重過孔→喂梁→吊梁→移、落梁等5個階段，本文對這5個階段分別進行受力分析。

3.2 荷載作用布置

檢算內容是在荷載組合作用下進行的，該工程涉及的主要獨立荷載有：

（1）單片T梁自重，T梁自重G=129t，長度L=40m；

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

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

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

3.3 運架梁各施工工況

（1）工況一：運梁車運梁/架橋機空載

施工狀態：待安裝的T梁由運梁車從梁場經既有結構運輸到橋面上，架橋機剛放置好前一跨的梁片，既有結構T梁結構處于簡支自由狀態，現場施工狀態如圖3所示。

荷載工況：梁片的自重+預應力+運梁車自重+梁片自重+架橋機整體作用。

受力分析：既有結構受力最大情況如圖4所示。

圖3 工況一：施工狀態圖

圖4 工況一：梁片受力分析示意圖

（2）工況二：架橋機配重過孔

施工狀態：待安裝的T梁此時作為配重，由天車吊起。架橋機0#支腿往前縱向移動，1#支腿不動，2#支腿持T梁一起前移，待0#支腿移動至下一個橋墩上方，此時現場施工狀態如圖5所示。

圖5 工況二：施工狀態圖

荷載工況：梁片的自重+預應力+運梁車自重+梁片自重+架橋機整體作用（上提作用）。

受力分析：既有結構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：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，運梁車也相應前移至到達2#支腿位置，此時現場施工狀態如圖7所示。

荷載工況：梁片的自重+預應力+運梁車自重+梁片自重+架橋機整體作用。

受力分析：既有結構T梁受力最大情況如圖8所示。

圖7 工況三：施工狀態圖

圖8 工況三：梁片受力分析示意圖

（4）工況四：吊梁

施工狀態：待安裝的T梁被整體吊起，準備前移，運梁車也停放在2#支腿位置，此時現場施工狀態如圖9所示。

荷載工況：梁片的自重+預應力+運梁車自重+梁片自重+架橋機整體作用。

受力分析：既有結構T梁受力最大情況如圖10所示。

圖9 工況四：施工狀態圖

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：待安裝的T梁前移至安裝位置，準備下放至指定位置，運梁車也回到梁場，之后1#支腿前移，此時現場施工狀態如圖11所示。

荷載工況：梁片的自重+預應力+架橋機自重作用。

受力分析：既有結構T梁受力最大情況如圖12所示。

圖11 工況五：施工狀態圖

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

本文根據架橋機和運梁車的技術性能和運架梁工程的特點，主要檢算內容是運架梁在五個施工階段的荷載組合作用下，既有簡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圖如圖14所示。各荷載工況下檢算結果見表1。

圖13 既有簡支T梁有限元模型及預應力鋼束圖

圖14 工況一荷載組合下T梁的抗彎承載力彎矩包絡圖

表1 各荷載工況下檢算結果表

由表1可知，既有T梁結構在運架梁各施工過程中均能夠滿足正截面抗彎承載力要求。

5 結論

本文總結和分析了高速公路運架梁施工過程中的五種主要施工狀態，根據各施工狀態的荷載工況對既有T梁結構進行受力分析。采用有限元數值分析方法，以Midas Civil為計算工具，對簡支T梁在架橋荷載組合作用下的承載能力進行了檢算。通過檢算分析，表明既有T梁結構在運架梁各施工過程中均能夠滿足正截面抗彎承載力要求。本文結合工程施工實踐，認真分析每一種荷載工況對工程建設的影響，希望分析結果可為以后類似工程的實施提供有價值的參考，進而提高運架梁過程的施工安全、施工效率和施工質量。

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

[2]李綱，稅清彬，龍飛，李會賓.山區橋隧相接條件下架梁施工快速安全方案[J].公路交通科技.應用技術版，2012（11）.

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