220 t汽車吊上混凝土橋面施工作業計算分析

鄧德員，黃 敏，吳有明

（中建鋼構有限公司，廣東 深圳 518040）

220 t汽車吊上混凝土橋面施工作業計算分析

鄧德員，黃 敏，吳有明

（中建鋼構有限公司，廣東 深圳 518040）

混凝土連續箱梁橋上空異形螺旋體雕塑吊裝需采用220 t汽車吊上橋面作業，施工荷載較大，需對橋梁結構進行計算復核。通過模擬行走及吊裝狀態取得相關運行參數，再經多工況下內力計算、配筋復核，驗證了方案安全可行。通過采用十字分配梁的形式將單個支腿荷載分配到四個路基箱，路基箱下鋪設砂子，解決了局部荷載過大的問題，可為類似項目提供參考。

汽車吊；橋梁結構；結構復核

1 工程概況

梅溪湖雕塑工程位于長沙市湘江新區梅溪湖片區，為拋物形雙曲面箱型扭轉結構，跨越麓云路跨龍王港河橋（見圖1）。雕塑為鋼結構，長約74 m，寬約30 m，高約28 m，構件截面為箱形截面，尺寸為4 000 mm×1 000 mm×16 mm。雕塑均在工廠加工制作，運至施工現場采用汽車吊在橋面上進行地面拼接，分段吊裝。麓云路跨龍王港河橋為預應力混凝土連續箱梁結構，已建成通車橋梁，雕塑施工荷載較大，需仔細復核橋梁結構的承載能力。

圖1 雕塑布置示意圖

麓云路跨龍王港河橋設計荷載為公路-I級，跨徑布置為21 m+30 m+21 m=72 m，橫斷面組成：5.0 m（人 行道）+3.5 m（非機動車道）+15.5 m（機動車道）+1.5 m（中央分隔帶）+19 m（機動車道）+3.5 m（非機動車道）+5 m（人行道）=53 m。橋梁上部結構采用等高度預應力混凝土連續箱梁（見圖2），分幅斜交布置，左幅寬度均為24 m，右幅寬度為27.5 m。左右幅均為單箱三室截面，梁高1.6 m，左幅箱梁兩側懸臂長度均為3.5 m，右幅箱梁兩側懸臂長度均為4 m。外側腹板為斜腹板，斜率為1∶2.5，腹板厚均為45 cm。頂板厚25 cm，底板厚25 cm。兩幅箱梁之間距離為1.5m。

圖2 單個車輪荷載有效分布寬度（單位：m）

2 雕塑安裝方法

經現場考察，綜合考慮經濟性、施工周期及作業面等方面的因素，雕塑施工采用“分段吊裝+高空對接”的方式進行安裝。鋼結構吊裝選用中聯QAY220汽車吊站于橋面上將各節段吊至設計位置安裝，雕塑分段根據汽車吊性能進行劃分，共分為9段，最重45 t。施工時先安裝左幅和右幅三個支座上方鋼箱梁節段，然后從路面兩側逐漸向中間合攏。施工過程中在雕塑拼裝節段位置布置格構式支撐胎架，通過在胎架頂部設置支撐節點，將箱梁節段臨時固定，測量校正后，再完成焊接。

3 橋梁結構復核思路[1-4]

縱橋向：根據汽車吊行走狀態的軸荷、吊裝狀態下支腿反力與支撐胎架反力根據實際發生位置進行加載，求出最不利工況下內力標準值，與原設計活載內力標準值進行比較，若汽車吊作用產生的最不利內力標準值小于原設計活載內力標準值，則表明縱橋向的承載力是滿足要求的；反之，則需按照施工荷載產生的內力進行計算配筋，與實際配筋進行比較，判斷在行走工況及吊裝工況下是否滿足要求。這主要是基于橋梁實際配筋值是在考慮了多種工況、參數調整及構造要求后配設的，有一定的安全儲備。

橫橋向：根據規范規定，橋面板長邊和短邊之比大于2，按以短邊為跨徑的單向板計算，因此可取1 m板寬進行計算，考慮不同施工荷載的有效分布寬度，得出基本組合內力包絡值，按實際配筋進行強度復核。

4 汽車吊荷載計算

采用中聯QAY220，行駛狀態自重712 kN，前軸軸荷119 kN，中后軸軸荷117 kN。吊裝時，需配重55 t，各節段吊裝按汽車吊側方、后方、側后方三種工況進行三維模擬及受力分析，通過計算分別取得了回轉半徑18 m、吊重30 t及回轉半徑10 m、吊重45 t兩種不利情況下的支腿反力（見表1），用于復核橋梁結構承載力。

5 縱橋向復核計算

根據設計圖紙，采用有限元軟件建立全橋梁單元計算模型，主要考慮的計算參數有：

設計荷載：公路-I級；橫向折減系數：四車道，取0.67；沖擊系數：程序自動計算；偏載系數：按1.15取值。

由內力標準值包絡計算結果可知，邊跨最大彎矩7 746 kN·m，中跨最大彎矩9 079 kN·m，支點最大剪力2 255 kN。

汽車吊行走狀態的軸荷或吊裝狀態的支腿反力與支撐胎架反力不利工況按作用位置進行加載，考慮動力系數1.2，偏載系數1.15，得出內力標準值計算結果為：邊跨最大彎矩6 899 kN·m，中跨最大彎矩8 082 kN·m，支點最大剪力1 715 kN。

對比可知，汽車吊作用產生的最不利內力標準值小于原設計活載產生內力標準值，縱橋向承載力滿足要求。

6 橫橋向復核計算

6.1 材料及配筋信息

混凝土：C50 鋼材：HRB335鋼鉸線：φs15.2。頂底板每米板寬截面配筋：受拉區Φ16@15 cm，7根，2根3-φs15.2鋼絞線；受壓區Φ16@15 cm，7根。

腹板每米板寬截面配筋：受拉區Φ16@10 cm，10根；受壓區Φ16@10 cm，10根。

6.2 荷載信息

（1）結構自重：由程序自動計入。

（2）二期恒載：橋面鋪裝 2.50 kN/m，每側防撞護欄7.28 kN/m，每側人行道14.30 kN/m。

（3）汽車吊有效荷載：

a.車輪荷載

中聯重科QAY220車輪著地寬度 a1=0.2 m，b1=0.3 m。

單個車輪P作用于懸臂板有效分布寬度：a=a1+2H+2c=（0.9+2x）m；單個車輪 P作用于頂板跨中有效分布寬度：a=a1+2H+L/3=2.14 m＜2L/3=3.49 m，取a=3.49 m；單個車輪P作用于支承處有效分布寬度：a=a1+2H+t=0.65 m。

故單輪作用于橋面的荷載有效分布寬度見圖2。

由于單輪的作用于跨中和懸臂有效分布寬度均大于1.65 m，兩輪的作用于跨中和懸臂有效分布寬度均大于4.45 m，存在多輪分布寬度重疊現象，多輪荷載有效分布寬度見圖3。

圖3 多個車輪荷載有效分布寬度（單位：m）

表1 支腿反力表kN

根據車輪軸荷、作用的位置有有效分布寬度求出每米板寬所受荷載。懸臂端部荷載：P1=20.9 kN；腹板頂部荷載：P2=91.3 kN；頂板跨中荷載：P3=25.5 kN。

b.支腿下路荷載

根據方案每個支腿下并排緊貼設置4個1.5 m×1.5 m的路基箱，通過十字形轉換梁將支腿反力平均分攤到4個路基箱上，轉換梁采用HW300×300×10/15制作，轉換梁端支點下墊放不小于20 mm厚鋼板，以解決局部支腿荷載過大的問題。

路基箱荷載有效分布寬度：b=b2+2H=3.2 m。

兩個路基箱荷載緊鄰作用于頂板跨中有效分布寬度：a=a2+2H+L/3=4.945 m＞2L/3=3.49 m。

兩個路基箱荷載緊鄰作用于支承處有效分布寬度：a=a2+2H+t=3.45 m。

故路基箱作用于橋面的荷載分布寬度見圖4。

圖4 支腿荷載有效分布寬度（單位：m）

根據支腿反力及路基箱的位置求出每米板寬所受荷載：30 t吊裝工況最大支腿反力：F=547.9 kN；頂板跨中處荷載：q1=34.6 kN/m；

腹板頂部處荷載：q2=49.6 kN/m；50 t吊裝工況最大支腿反力：F=741.3 kN；頂板跨中處荷載：q3=46.8 kN/m；腹板頂部處荷載：q4=67.1 kN/m。

6.3 承載力復核

橋面板寬為24 m，選取跨中縱向1 m板寬建立橫向框架有限元計算模型，對各工況按1.35恒+0.7×1.4活及1.2恒+1.4活進行荷載組合，得出內力包絡結果見圖5、圖6。

圖5 彎矩包絡圖

圖6 剪力包絡圖

（1）頂板根部截面

Mj＝-250.3 kN·m，Qj＝-249.1 kN；截面有效高度h0=he-as=411 mm。不考慮受壓鋼筋：

抗彎承載力滿足要求。

1.25 ×0.50×10-3α2ftdbh0=447.0 kN＞Qj=249.1 kN

故不需要進行斜截面抗剪強度檢算。

（2）頂板跨中截面

Mj＝63.4 kN·m，Qj＝-126.1 kN

截面有效高度h0=he-as=211 mm。不考慮受壓鋼筋，x=fsdAs/fcdb=16.8 mm。

抗彎承載力滿足要求。

1.25 ×0.50×10-3α2ftdbh0=447.0 kN＞Qj=128.0 kN

故不需要進行斜截面抗剪強度檢算。

（4）底板截面

端部 Mj=-25.0 kN·m，Qj=23.0 kN

中部 Mj=6.9 kN·m，Qj=14.5 kN

截面配筋與頂板一致，截面厚度也一致，內力均小于頂板，可知底板承載力滿足要求。

（5）應力驗算

根據短期效應組合上下緣應力包絡圖（見圖7、圖8）可知，最大壓應力為4.9 MPa，最大拉應力為1.82 MPa。

抗彎承載力滿足要求。

1.25 ×0.50×10-3α2ftdbh0=229.4 kN＞Qj=126.1 kN

故不需要進行斜截面抗剪強度檢算。

（3）腹板截面

Mj＝-185.4 kN·m Qj＝128.0 kN

截面有效高度h0=he-as=411 mm

不考慮受壓鋼筋，x=fsdAs/fcdb=25.1 mm。

圖7 短效組合下緣應力包絡圖

圖8 短效組合上緣應力包絡圖

按規范，部分預應力A類構件控制應力為：

壓應力，σkc+σpt≤0.5 fck=16.2 MPa

拉應力，σst-σpc≤0.7 ftk=1.885 MPa

由以上計算結果知，截面正應力均符合部分預應力A類構件設計要求。

7 結語

通過以上計算分析，220 t汽車吊上混凝土橋面行走及吊裝作業，橋梁的承載力滿足要求，應力在規范允許范圍內，吊裝方案可行。現場實施時，汽車沿規劃好的路線行走和站位吊裝，支腿荷載通過十字形轉換梁傳遞給路基箱，轉換梁下墊放了20 mm厚鋼板，路基箱下方均勻鋪設了50 mm厚的砂，保證了荷載有效傳遞與擴散。實施過程中對橋梁進行了密切觀察監測，結構沒有出現裂縫等異常現象。

[1]劉世奎.結構力學[M].北京:清華大學出版社,2008.

[2]JTG D60-2004,公路橋涵設計通用規范[S].

[3]JTG D62-2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[4]GB50017-2003,鋼結構設計規范[S].

TU745.2

B

1009-7716（2017）10-0094-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.10.027

2017-06-19

鄧德員（1988-），男，湖南永州人，工程師，從事橋梁建設工作。