蔡慧靜 葉 琪 蔡煜梁

1寧波市建設(shè)工程安全質(zhì)量管理服務(wù)總站（315000） 2 寧波市城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開發(fā)有限公司（315000）3 寧波工程學(xué)院（315211） 4 浙江省土木工程工業(yè)化建造工程技術(shù)研究中心（315211）

U型梁具有建筑高度低、降噪效果好、外形美觀等諸多優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)在地鐵高架線路中得到廣泛使用。隨著國(guó)家大力推行預(yù)制裝配化，U型梁也由現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆施工轉(zhuǎn)變?yōu)楣S化集中預(yù)制。U型梁在預(yù)制場(chǎng)養(yǎng)護(hù)完成后，需用車輛運(yùn)送到指定標(biāo)段進(jìn)行架設(shè)。

1 工程概況

機(jī)場(chǎng)快速路南延南段工程位于寧波市鄞州區(qū)和奉化區(qū)，北起繞城高速、南至岳林東路，線路全長(zhǎng)約14.4 km，工程路線如圖1 所示。規(guī)劃在方橋鎮(zhèn)建立U型梁預(yù)制場(chǎng)，預(yù)制梁片共計(jì)538 片，預(yù)制U型梁最大跨徑為35 m[1]。

35 m U型梁采用先張法和后張法聯(lián)合施工工藝，梁高 2.005 m、頂寬 5.35 m、底寬 3.95 m，底板厚度為27 cm，梁重222 t。U型梁跨中橫斷面如圖2 所示。

圖2 U型梁跨中橫截面

由于該項(xiàng)目處于交通較為繁忙的路段，道路運(yùn)輸時(shí)需特別注意大跨徑、大噸位U型梁在城市道路運(yùn)輸過(guò)程中的安全性和穩(wěn)定性問(wèn)題，一旦發(fā)生梁體傾覆，將極大影響道路通行狀況，并帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失。

2 運(yùn)輸方案

U型梁預(yù)制場(chǎng)位于地鐵線路西側(cè)，沿線向南北兩個(gè)方向往各個(gè)標(biāo)段運(yùn)送U型梁，向北運(yùn)輸終止于莫方路，向南運(yùn)輸終止于岳林東路，運(yùn)輸總量為538片[2]。

2.1 預(yù)制梁運(yùn)輸路線選擇依據(jù)

預(yù)制U型梁運(yùn)輸嚴(yán)格按照國(guó)家及相關(guān)部門對(duì)大型設(shè)備運(yùn)輸?shù)挠嘘P(guān)規(guī)定及要求，以U型梁的規(guī)格參數(shù)和重量為根據(jù)，結(jié)合運(yùn)輸設(shè)備及裝車運(yùn)輸技術(shù)對(duì)各方面的運(yùn)輸參數(shù)和條件加以限制，以安全可靠性、經(jīng)濟(jì)適用性、實(shí)際可操作性、高效迅速性為原則。運(yùn)輸線路選擇依據(jù)有:①因高速公路運(yùn)輸速度較快，而槽型梁運(yùn)輸速度相對(duì)較慢，故不選用高速公路運(yùn)輸方式；特殊情況下方可選用；②施工便道分段設(shè)置；③運(yùn)梁通道選擇等級(jí)較高的主干路；④橫向道路選擇路況較好的次干路；⑤每段便道原則上配備主、輔運(yùn)輸路線（特殊路段除外）；⑥選擇橋梁較少的主干道公路；⑦選擇車流量較少的路段。

2.2 運(yùn)輸過(guò)程中梁體的防扭轉(zhuǎn)、防滑移措施

為了保證預(yù)制U型梁在運(yùn)輸過(guò)程中的平穩(wěn)性，避免梁體在車輛轉(zhuǎn)向過(guò)程中受到損傷，在運(yùn)輸車上增設(shè)了轉(zhuǎn)盤平衡支撐機(jī)構(gòu)，該設(shè)施能實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)，具有自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)向、傾斜度等功能。預(yù)制U型梁運(yùn)輸專用轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)如圖3 所示。

2.3 運(yùn)梁過(guò)程中相關(guān)要求

運(yùn)梁便道的承載力＞5 t/m2、坡度＜3%，寬度不得低于6 m；彎道處的轉(zhuǎn)彎半徑不得低于30 m，彎道處勿設(shè)橫坡，以免造成U型梁的損壞。便道兩邊不得設(shè)硬障礙物，以免對(duì)梁體造成碰擦損壞。

圖3 U型梁運(yùn)輸轉(zhuǎn)盤

在一般道路上直行速度約為20 km/h，通過(guò)轉(zhuǎn)彎道路時(shí)速度為5 km/h；在通過(guò)路口時(shí)按押運(yùn)車的指揮信號(hào)安全勻速通過(guò)；通過(guò)橋梁時(shí)不得加減速及緊急制動(dòng)，需勻速通過(guò)橋梁及涵洞。

3 運(yùn)梁安全性分析

3.1 縱坡穩(wěn)定性分析

根據(jù)U型梁運(yùn)輸方案，運(yùn)梁便道的坡度＜3%、角度為1.718°。運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸車和梁體之間鋪設(shè)防滑橡皮，以增大摩擦力。根據(jù)《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》，橡膠與混凝土的摩擦系數(shù)為0.3，橡膠與鋼板的摩擦系數(shù)為0.25，所以橡膠與運(yùn)輸車接觸面最先發(fā)生滑動(dòng)。U型梁在道路縱坡上的受力情況如圖4 所示，其中為摩擦力[3]。

圖4 U型梁在道路縱坡上受力簡(jiǎn)圖

U型梁重力為:G=222 000×9.8=2 175 600 N；

摩擦力為:f=0.25×cos1.718°G=543 655.5 N；

與摩擦力方向相反的重力分力為:Gsin1.718°=65 255.1 N。

由于f＞Gsin1.718°，故在坡度＜3%的便道上運(yùn)輸時(shí)，U型梁不會(huì)發(fā)生下滑。

3.2 U型梁抗傾覆穩(wěn)定驗(yàn)算

U型梁運(yùn)輸過(guò)程中，轉(zhuǎn)彎半徑太小可能會(huì)導(dǎo)致U型梁離心力太大，進(jìn)而發(fā)生傾覆現(xiàn)象。根據(jù)U型梁實(shí)際運(yùn)輸方案，U型梁最小轉(zhuǎn)彎半徑r=30 m，通過(guò)轉(zhuǎn)彎道路時(shí)的最大限速為5 km/h。U型梁運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)彎示意如圖5 所示[4]。

圖5 U型梁運(yùn)輸車輛轉(zhuǎn)彎示意圖

通過(guò)道路轉(zhuǎn)彎處時(shí)速度v=5 km/h=1.389 m/s，由于道路轉(zhuǎn)彎處未設(shè)置橫坡，則在轉(zhuǎn)彎處U型梁的離心力為:

運(yùn)輸過(guò)程中U型梁處于簡(jiǎn)支狀態(tài)，其受力橫截面如圖6 所示，其中:F為離心力；G為重力；h為離心力作用點(diǎn)距離支座水平截面的距離，計(jì)算得h=0.73 476 m；b為重力作用點(diǎn)距離支座豎直截面的距離，為1.745 m。

圖6 U型梁受力圖

由圖6 可知，由離心力產(chǎn)生的彎矩為:

M離=F離·h=14 277×0.73 476=10 490 N·m

由重力產(chǎn)生的彎矩為:

Mg=G·b=222 000×9.8×1.745=3 796 422 N·m

參照J(rèn)TG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》 第4.1.8 節(jié)關(guān)于梁橋抗傾覆性能驗(yàn)算的相關(guān)規(guī)定，對(duì)槽形梁運(yùn)輸過(guò)程中的傾覆穩(wěn)定性能進(jìn)行驗(yàn)算。U型梁運(yùn)輸過(guò)程中的抗傾覆安全系數(shù):

為了驗(yàn)證上述抗傾覆計(jì)算的準(zhǔn)確性，采用有限元軟件ABAQUS 進(jìn)行數(shù)值模擬分析。建立U型梁實(shí)體有限元模型，如圖7 所示，模型中考慮了普通鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼筋[5]。

圖7 U型梁有限元模型

模型共設(shè)有兩個(gè)加載分析步，第一個(gè)分析步施加自重和預(yù)應(yīng)力荷載，第二個(gè)分析步施加橫向離心力荷載。在施加離心力荷載時(shí)，要先找到梁體的質(zhì)心，將其與同高度的梁平面耦合，然后在形心上施加10 000 kN 的橫向離心力，耦合約束及施加離心力如圖8 和圖9 所示。

圖8 U型梁質(zhì)心與梁平面耦合

圖9 施加橫向離心力

根據(jù)理論計(jì)算結(jié)果，支座1（或支座3）支反力隨分析步變化的時(shí)程曲線如圖10 所示。

根據(jù)時(shí)程曲線圖可知，在1.393 4 分析步，支座1（支座3）支反力為0，此時(shí)即為U型梁傾覆的臨界狀態(tài)，對(duì)應(yīng)的離心力為:

Fu=10 000×0.393 4=3 934 kN

則U型梁在運(yùn)輸過(guò)程中的抗傾覆安全系數(shù)為:

圖10 支座1（支座3）支反力-分析步時(shí)程曲線圖

由上述計(jì)算分析可知，由ABAQUS 軟件計(jì)算得到的安全系數(shù)略小于受力分析計(jì)算所得的安全系數(shù)361.9，原因在于受力分析計(jì)算時(shí)采用的模型為簡(jiǎn)化的二維橫截面模型，相當(dāng)于滿布支座的情況，而有限元分析的模型與實(shí)際情況更為接近。二者結(jié)果都遠(yuǎn)大于JTG 3362—2018《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定的穩(wěn)定安全系數(shù)2.5，故認(rèn)為采用本運(yùn)輸方案運(yùn)輸時(shí)，U型梁具有良好的抗傾覆性能[6]。

3.3 U型梁水平抗滑移驗(yàn)算

U型梁運(yùn)輸時(shí)，在運(yùn)輸車與梁體之間鋪設(shè)防滑橡皮，以增大摩擦力。橡膠與混凝土的摩擦系數(shù)為0.3，橡膠與鋼板的摩擦系數(shù)為0.25，所以橡膠與運(yùn)輸車接觸面最先發(fā)生滑動(dòng)。

滑動(dòng)摩擦力大小為:

Ff=G·μ=222 000×9.8×0.25=543 900 kN

轉(zhuǎn)彎處U型梁的離心力大小為:

因此，U型梁水平向抗滑移滿足要求。

4 結(jié)論

1）根據(jù)理論分析結(jié)果，U型梁實(shí)際運(yùn)輸過(guò)程中，按照運(yùn)輸方案中的相關(guān)規(guī)定運(yùn)輸是安全的。

2）為了提高梁體的縱坡穩(wěn)定性，可采用打包帶及手拉葫蘆對(duì)梁體兩端頭及轉(zhuǎn)盤接觸點(diǎn)進(jìn)行捆扎，但須保證捆扎不會(huì)損傷梁體及其外觀的整潔性。

3）在進(jìn)行梁體陸地運(yùn)輸抗傾覆研究時(shí)，采用實(shí)體單元模型比采用簡(jiǎn)化二維受力分析模型能更好地模擬支座約束情況，模擬結(jié)果與實(shí)際情況更為接近。