預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)橋運梁車過橋的結(jié)構(gòu)影響分析研究

劉吉祥

武漢市漢陽市政建設(shè)集團有限公司 湖北 武漢 430050

1 運梁方案

運梁炮車適用于橋梁工程中橋面上的預(yù)制梁運輸，已在國內(nèi)多項大型工程中應(yīng)用，效果良好，既能大大提高工程的梁片運輸進度，又能節(jié)省大量的路軌和枕木，運梁炮車是由兩個獨立的運行機構(gòu)（主車、副車）組成，主車由發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、液壓轉(zhuǎn)向系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等部分系統(tǒng)組成，副車由制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)等部分組成，具有載重量大、操作簡便、安全可靠、維修方便、生產(chǎn)效率高等特點，可直接給架橋機喂梁和配合架橋機過孔[1]。

汽車運梁有如下特點：

1）適應(yīng)路面狀況能力強，不用專用軌道。2）調(diào)節(jié)器速范圍大，有六個擋位，適應(yīng)不同型號的架橋機喂梁。3）操作簡單，減少操作失誤的機率。4）適應(yīng)坡度大，縱坡為5%，橫坡2%。5）結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。6）自帶動力引擎，節(jié)省大量電纜電線。適應(yīng)缺電的路段。

2 結(jié)構(gòu)整體驗算

根據(jù)運梁方案，當(dāng)200t運梁車行使在橋面上時，上部梁體結(jié)構(gòu)受力為最不利。本次對25m箱梁、30m箱梁、40mT梁、45mT梁和50mT梁進行整體檢算，本次計算采用的程序為橋梁博士V3.03中的直線橋梁計算模塊進行分析，采用平面桿系理論進行分析計算。經(jīng)計算所有梁體受力均滿足規(guī)范和設(shè)計要求，以下分別提供25m、30m箱梁和40m、50mT梁的計算內(nèi)容如下：

2.1 25m箱梁計算

(1)計算模型，如下圖所示，簡支梁共劃分為30個有限單元。

圖1 25m箱梁結(jié)構(gòu)計算模型（上）及單元劃分（下）

(2)材料參數(shù)（材料各參數(shù)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 取值）。

表1 25m箱梁材料參數(shù)

(3)荷載及其它計算參數(shù)

結(jié)構(gòu)重力：本次建模中考慮縱向普通鋼筋參與受力，砼容重取26KN/m3；局部溫差：按頂板升溫5度；體系溫度：整體升溫：20度，整體降溫20度；汽車荷載：運梁車特載；沖擊系數(shù)：0.2；加載齡期：28天；預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)m=0.25；預(yù)應(yīng)力管道局部偏差系數(shù)k=0.0015。

(4)結(jié)構(gòu)驗算

結(jié)構(gòu)按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進行設(shè)計，驗算按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定進行。

1）、承載能力極限狀態(tài)驗算

圖2 最大彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（上）最小彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（下）

圖3 上緣最大、最小應(yīng)力（上）下緣最大、最小應(yīng)力（下）

由以上各圖可見，結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)要求。

2）、正常使用極限狀態(tài)驗算

最小正應(yīng)力為-1.6MPa，位于跨中附近，容許值為-2.0MPa，滿足規(guī)范要求。

2.2 30m箱梁計算

(1)計算模型，如下圖所示，簡支梁共劃分為個24個有限單元。

圖4 30m箱梁結(jié)構(gòu)計算模型（上）及單元劃分（下）

(2)材料參數(shù)（材料各參數(shù)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 取值）。

表2 30m箱梁材料參數(shù)

(3)荷載及其它計算參數(shù)[2]

結(jié)構(gòu)重力：本次建模中考慮縱向普通鋼筋參與受力，砼容重取26KN/m3；局部溫差：按頂板升溫5度；體系溫度：整體升溫：20度，整體降溫20度；汽車荷載：運梁車特載；沖擊系數(shù)：0.2；加載齡期：28天；預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)m=0.25；預(yù)應(yīng)力管道局部偏差系數(shù)k=0.0015。

(4)結(jié)構(gòu)驗算

結(jié)構(gòu)按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進行設(shè)計，驗算按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定進行。

1）、承載能力極限狀態(tài)驗算

圖5 最大彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（上）最小彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（下）

由以上各圖可見，結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)要求。

2）、正常使用極限狀態(tài)驗算

圖6 上緣最大、最小應(yīng)力（上）下緣最大、最小應(yīng)力（下）

最小正應(yīng)力為-1.8MPa，位于跨中附近，容許值為-2.0MPa，滿足規(guī)范要求。

2.3 40mT梁計算

(1)計算模型，如下圖所示，簡支梁共劃分為個42個有限單元。

圖7 40mT梁結(jié)構(gòu)計算模型（上）及單元劃分（下）

(2)材料參數(shù)（材料各參數(shù)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》 取值）。

表3 40mT梁材料參數(shù)

(3)荷載及其它計算參數(shù)[3]

結(jié)構(gòu)重力：本次建模中考慮縱向普通鋼筋參與受力，砼容重取26KN/m3；局部溫差：按頂板升溫5度；體系溫度：整體升溫：20度，整體降溫20度；汽車荷載：運梁車特載；沖擊系數(shù)：0.2；加載齡期：28天；預(yù)應(yīng)力管道摩阻系數(shù)m=0.25；預(yù)應(yīng)力管道局部偏差系數(shù)k=0.0015。

(4)結(jié)構(gòu)驗算

結(jié)構(gòu)按部分預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進行設(shè)計，驗算按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》規(guī)定進行。

圖8 最大彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（上）最小彎矩對應(yīng)抗力及彎矩（下）

由以上各圖可見，結(jié)構(gòu)滿足承載能力極限狀態(tài)要求。

圖9 上緣最大、最小應(yīng)力（上）下緣最大、最小應(yīng)力（下）

最小正應(yīng)力為+0.4 MPa，位于跨中附近，容許值為-2.0MPa，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)構(gòu)局部計算

局部檢算主要是根據(jù)規(guī)范對箱梁和T梁的頂板進行局部計算。

3.1 箱梁局部驗算

(1)計算模型，如下圖所示，共劃分為個18個有限單元。

圖10 箱梁頂板結(jié)構(gòu)計算模型（左）及單元劃分（右）

(2)材料參數(shù)（材料各參數(shù)按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》[4]取值）。

表4 箱梁頂板材料參數(shù)

(3)荷載及其它計算參數(shù)

結(jié)構(gòu)重力：本次建模中考慮橫向普通鋼筋參與受力，砼容重取26KN/m3；汽車荷載：運梁車特載；沖擊系數(shù)：0.3；加載齡期：28天。

(4) 承載能力極限狀態(tài)驗算

經(jīng)計算，箱梁頂板跨中最大彎矩為51.6KN·m＜最大抗力65KN·m，裂縫最大寬度為0.149mm＜0.2mm，滿足規(guī)范要求。

當(dāng)車輪在箱梁翼板最邊緣時腹板支撐處最大彎矩為78.5KN·m，大于最大抗力65KN·m，裂縫最大寬度為0.23mm＞0.20mm，不滿足規(guī)范要求，所以必須控制車輪在箱梁上行走的范圍，經(jīng)計算，最外側(cè)車輪外側(cè)必須在預(yù)制箱梁翼板最外側(cè)邊緣10cm以內(nèi)。

圖11 運梁車在箱梁上的可行走范圍

3.2 T梁局部驗算

(1)計算參數(shù)同箱梁。

(2)承載能力極限狀態(tài)驗算

經(jīng)計算，T梁腹板支撐處最大彎矩為268.0KN·m，大于最大抗力139 KN·m，裂縫最大寬度為0.345mm＞0.2mm，不滿足規(guī)范要求，所以必須控制車輪在T梁上行走的范圍，經(jīng)計算，最外側(cè)車輪外側(cè)必須在預(yù)制T梁翼板最外側(cè)邊緣50cm以內(nèi)。

圖12 運梁車在T梁上的可行走范圍

4 傾覆性驗算

根據(jù)結(jié)構(gòu)局部檢算中要求的運梁時運梁車最外側(cè)車輪距離翼緣板外側(cè)的距離進行傾覆性計算，如下表：

表5 運梁抗傾覆性驗算

考慮到T梁的不穩(wěn)定性，應(yīng)將兩片T梁的橫隔板全部連接后方能在上面運梁。

5 結(jié)語

通過對25m、30m預(yù)制箱梁及40m、50mT梁結(jié)構(gòu)橋梁的運梁車過橋結(jié)構(gòu)影響安全性驗算，驗證了200t運梁車對結(jié)構(gòu)安全性的影響程度，指出了運梁車對結(jié)構(gòu)整體強度、局部強度和傾覆性等的影響，得到了運梁車在4種預(yù)制梁式結(jié)構(gòu)橋梁的運行范圍，希望對相關(guān)類似工程能夠有一定的指導(dǎo)借鑒作用。