張長青，陳 濤

(1.中交一公局北京建筑分公司，北京 100024；2.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033)

汽車吊在加寬橋上吊裝T梁的穩(wěn)定性計算分析

張長青1，陳 濤2

(1.中交一公局北京建筑分公司，北京 100024；2.中交一公局第四工程有限公司，廣西 南寧 530033)

為了更好地使用汽車吊進行橋梁加寬施工，以重慶某高速公路加寬橋新房子大橋為背景，對在原有橋面上使用汽車起重機吊裝加寬的預制T梁的施工方法進行了計算與分析?；谄矫鏃U系理論，通過有限元軟件對原橋的安全性和汽車起重機模擬吊裝時的工況進行受力計算分析，結果表明：將2臺STC1250型汽車起重機置于原橋橋墩上方特定位置進行拓寬T梁吊裝的方案可行。

汽車吊；橋梁加寬；T梁；受力計算

0 引 言

位于重慶某高速公路的新房子大橋，由于交通需求要進行拓寬，拓寬后橋面從24.5 m寬增加到32 m。拓寬方式為：在橋梁兩側分別增設獨立墩，架設2片30 m T梁?，F擬在原有橋面上使用汽車起重機架設拓寬的2片T梁，本文根據平面桿系理論，運用有限元軟件對原橋的安全性和汽車起重機模擬吊裝時的工況進行受力計算分析，為T梁施工方案的制定提供理論依據。

1 工程概況

新房子大橋位于重慶江津市塘河鎮(zhèn)坪山村3社，距塘河鎮(zhèn)約8.00 km，是一座30 m預應力T梁橋，橋中心樁號為LK47+002.000。原橋上部構造采用11×30 m預應力混凝土T梁，橋長343.00 m，全橋分三聯，采用先簡支后結構連續(xù)；下部構造采用雙柱式墩，最大墩高35 m。新橋采用獨柱墩、樁基礎。本橋在兩橋臺處設置80型伸縮縫，在4號、7號橋墩頂設置160型伸縮縫，其余墩頂采用先簡支后結構連續(xù)。

橋梁拼接方法為：在原有橋一側鑿掉混凝土墻式護欄，并鑿除原橋主梁邊梁35 cm，外漏出原主梁鋼筋并與新搭接的梁翼緣板鋼筋焊接，新搭接2片1.7 m+0.35 m+1.7 m梁，并現澆35 cm濕接縫[1-4]。下部新橋蓋梁與原橋蓋梁采用植筋方案，鑿掉連接部分混凝土保護層，露出蓋梁主筋，現澆成一體，增加整體穩(wěn)定性。將原橋臺臺身鑿毛至少一個片石厚度，邊鑿毛邊砌筑，確保新舊橋臺連為一體[5-6]。

2 吊裝設備選型及計算

根據對目前常見吊裝設備的調查，擬采用安裝在橋墩(橋臺)上方的汽車起重機進行吊裝施工。

2.1 架設設備

(1)運梁車。采用拖車運梁，前車10 t，后車5 t，牽引車由三軸組成，后掛車由牽引車提供動力。

(2)起重機。擬采用120 t汽車起重機進行施工，選擇三一重工的起重機，型號為STC1250。該車行駛質量為55 t，吊裝時配重按20 t考慮。起重機參數見表1。

表1 STC1250汽車起重機技術參數

2.2 架設流程

移動一輛汽車起重機，跨越待吊裝橋梁，至對岸路基上停放；開動運梁車，運送主梁就位待吊裝；2輛汽車起重機前后移至橋梁道路中心線一側的橋墩上方或橋臺前墻處，間距為橋梁跨徑；起重機展開支撐臂，一側支撐臂全展開抵達中間帶側欄桿，另一側支撐臂全展開抵達2號梁正上方[7-8]。

2.3 架設布置

起重機架設布置如圖1所示。

圖1 吊裝布置

2.4 起重機計算

根據汽車起重機的參數(表1)計算該型號起重機能否吊起本橋的T梁。

起重機最大起重力矩Mmax=5 100 kN·m(基本臂長13.3 m)，吊裝最遠距離L=10.3 m。根據設計圖紙，T梁體積V=29.05 m3，取容重為26 kN·m-3，預制超重系數取1.05，沖擊系數取1.1，則T梁質量(取邊梁)G=872.4 kN。

起重機起吊荷載P=G/2=436.2 kN;荷載力矩M=PL=4 492.7 kN·m，小于Mmax=5 100 kN·m。

根據以上計算結果可知，該起重機能夠吊起該T梁。

3 計算分析

3.1 計算荷載和計算模型

3.1.1 荷載分析

(1)運梁車質量。主車重100 kN，軸重50 kN，軸距4.0 m；副車重50 kN，軸重25 kN，軸距4.0 m。

(2)T梁質量(取最重的邊梁)。根據設計，T梁重力G=2 872.4 kN；考慮運梁車質量后，帶主車的集中力每個為268.1 kN，帶副車的集中力每個為243.1 kN。

(3)汽車起重機質量和尺寸。車重550 kN，配重200 kN，則起重機總重750 kN；4個支撐臂規(guī)格(長×寬)為7.6 m×7.6 m。

3.1.2 計算力學模型

本次吊裝施工最不利情況為起吊后起重機即將向加寬側傾覆的臨界狀況，此時起重機自重和T梁質量全部由加寬側的2個支撐臂承擔[9-11]。由于橋梁平曲線半徑較大，忽略平彎對結構的影響，均按標準跨徑30 m進行計算。結果得：起重機和T梁總重力P1= 296.6 kN；起重機一側受力時，每個支撐受力P2=2P1=593.2 kN。距離橋墩中心線3.8 m處，由于起重機作用在2號梁上方，偏于安全計算，考慮2號梁在起吊后承擔全部荷載，因此2號梁為驗算對象。

3.2 計算工況

(1)工況一：運梁車過橋階段。偏于安全考慮，荷載全部由1號梁承受，即268.1 kN、268.1 kN、243.1 kN、243.1 kN四個集中力，間距分別為4、26、4 m。

(2)工況二：吊裝階段。對于2號梁，每個橋墩上方有2個集中力，每個集中力為593.2 kN，間距為7.6 m，以橋墩中心線為對稱軸對稱布置。偏于安全考慮，荷載全部由2號梁承受。

起重機空載行駛過橋時，由于行駛質量為55 t，6軸，寬3 m，荷載效應小于工況一，可不進行計算。

3.3 計算對象

(1)T梁。計算工況一和工況二下T梁的受力。

(2)T梁行車道板局部受力。吊裝時，吊車支撐腿支撐在2號梁腹板正上方，可不計算翼緣局部受力；T梁運梁車過橋時，最大軸重為268.1 kN，最小間距為4 m，單軸重小于常見車輛后橋質量(例如總重342.6 kN的單后橋車輛，前軸重62 kN，后軸重280.06 kN)，而且原橋進行施工時，亦采用基本相同的運梁車過橋，可不進行計算。

圖2 工況一三跨一聯正應力

(3)蓋梁。計算對象為1號梁和2號梁。對于工況一，1號梁最大增加豎向力為453.8 kN(以軸距4 m的運梁車，進行兩墩之間的分配計算得到)，與常見總重550 kN車輛雙后軸的質量相當(例如總重560.3 kN的單后橋車輛，前軸重108 kN，雙后軸共重450.2 kN)，而且原橋進行施工時，亦采用基本相同的運梁車過橋，所以可不進行計算；對于工況二，2號梁靠近立柱正上方，略有偏心，蓋梁受彎很小，可不進行計算。

(4)墩柱。由于荷載對稱布置，設置單支座或雙支座的墩吊裝時均為軸心受壓，沒有偏心彎矩，雙柱只考慮單核受力，偏于安全計算，一個單柱上方增加應力為1 186.4 kN，對于樁徑為1.8 m的柱，單柱混凝土最大增加應力為0.47 MPa。

由于連續(xù)梁的中墩設單支座，因此橋墩只受軸心壓力；對于兩聯的交界墩，由于起重機對稱布置，起吊后也只考慮橋墩軸心抗壓，計算公式為[12]

以最高的橋墩作為計算對象，最大墩高39 m，墩徑2.0 m，不考慮鋼筋參數與受力，材料為C30，根據長細比查表得穩(wěn)定系數為0.65。

故γ0Nd=5 575.2 kN，小于25 394.2 kN，結構安全。

3.4 計算結果

工況一和工況二下三跨、四跨、五跨主梁應力的的計算結果分別如圖2～7、表2所示。

(1)對工況一，主要分析運梁車處于跨中時的正應力，其主拉應力遠小于工況二。根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)，預應力構件短暫狀況正截面壓應力滿足[13]

圖3 工況二三跨一聯主拉應力

圖4 工況一四跨一聯正應力

圖5 工況二四跨一聯主拉應力

圖6 工況一五跨一聯正應力

圖7 工況二五跨一聯正應力

工況一最大壓應力為4.91 MPa，滿足要求，且沒有拉應力。

(2)對工況二，主要分析橋墩附近的主應力，其正應力小于工況一。根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》(JTG D62—2004)，預制預應力構件斜截面抗裂應力滿足

σtp≤0.6ftk

式中：σtp為斜截面抗裂應力；ftk為混凝土的抗拉強度標準值。

現澆預應力構件斜截面抗裂應力滿足工況二最大主拉應力的計算結果為-0.95 MPa，位于T梁縱向接縫處，滿足要求。

σtp≤0.4ftk

注：括號外的數字為累計量，括號內的數字為該工況的增量。

4 結 語

本文基于平面桿系理論，運用有限元軟件對原橋的安全性和汽車起重機模擬吊裝時的工況進行了較全面的計算分析，將2臺STC1250型汽車起重機置于原橋橋墩上方特定位置進行拓寬T梁吊裝的方案可行，但汽車起重機在實際吊裝施工過程中應注意以下事項。

(1)起重機要按照規(guī)定的位置就位，2臺起重機分別就位于橋墩中心線處，以4個支撐臂為準，靠近加寬側的支撐臂作用在2號梁正上方。

(2)支撐臂下方需墊好枕木和厚鋼板，以擴散集中力。

(3)運梁車盡量靠近2號T梁腹板中線行駛(可使運梁車和起重機之間的距離小于40 cm)，使1號梁和2號梁受力均勻，1號梁受力更加安全。

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AnalysisofStabilityofLiftingT-beamonWideningBridgewithTruckCrane

ZHANG Chang-qing1，CHEN Tao2

(1. Beijing Construction Company of CCCC First Highway Engineering Co., Ltd., Beijing 100024, China;2. Fourth Engineering Co., Ltd. of CCCC First Highway Engineering Co., Ltd., Nanning 530033, Guangxi, China)

In order to make better use of the truck crane in the construction of bridge widening, based on the expansion project of Xinfangzi bridge of some expressway in Chongqing, the construction method of using truck crane on the deck of the existing bridge to hoist the prefabricated T-beam was calculated and analyzed. According to the theory of plane bar system, the finite element software was applied to analyze the safety of the original bridge and the stress state of truck crane hoisting in simulation. By placing two STC1250 truck cranes at the specific position above the original bridge piers, the scheme of lifting T-beam for the bridge widening was proved to be feasible.

truck crane; bridge widening; T-beam; stress calculation

U415.4

B

1000-033X(2017)11-0109-05

2017-04-11

張長青(1970-)，男，河北永清人，高級工程師，研究方向為建筑機械施工管理。

[責任編輯:高甜]