黃瑞珊，韋昌翼

（廣東省建筑工程機(jī)械施工有限公司 廣州 510500）

0 引言

近十多年來(lái)我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)步伐迅猛，預(yù)制小箱梁在市政橋梁和公路橋梁中得到廣泛應(yīng)用，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，運(yùn)梁車(chē)與架橋機(jī)的制造都已經(jīng)很先進(jìn)，起步、制動(dòng)和對(duì)速度的控制比較靈便，在采用架橋機(jī)架梁中，先跨箱梁架設(shè)完成之后，在沒(méi)有施工梁間濕接縫和橋面鋪裝的情況下，為了架梁工作的連續(xù)性和加快梁進(jìn)度，改變了以往傳統(tǒng)作業(yè)方法（傳統(tǒng)作業(yè)一般是從預(yù)制場(chǎng)或橋頭路基鋪設(shè)鋼軌至第一聯(lián)橋面架橋機(jī)腹內(nèi)［1］），一般情況下不再在已架箱梁上鋪設(shè)軌道運(yùn)梁，而是在先跨箱梁架設(shè)之后，運(yùn)梁車(chē)直接在箱梁上行走，將箱梁運(yùn)進(jìn)架橋機(jī)尾部?jī)?nèi)［2］，為架設(shè)下一跨喂梁。那么，這種作業(yè)方法單體梁片是否能夠承載得起施工荷載？在作業(yè)中梁片是否穩(wěn)定？需要采取什么樣的加固措施？在實(shí)際施工中，大多未對(duì)其加以論證，純粹憑經(jīng)驗(yàn)施工作業(yè)，存在嚴(yán)重的質(zhì)量和安全隱患。本文以某大橋箱梁的架設(shè)為研究案例（見(jiàn)圖1），論證關(guān)鍵工序作業(yè)的安全可行性，為架橋機(jī)架梁提供借鑒。

圖1 某大橋竣工后實(shí)況Fig.1 Completion Status of a Bridge

1 某大橋設(shè)計(jì)概況

1.1 橋型布置［3］

某大橋橋長(zhǎng)192 m，橋?qū)拑魧?.5 m+2×0.5 m 墻式護(hù)欄，上部結(jié)構(gòu)采用6 m×30 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土先簡(jiǎn)支后連續(xù)小箱梁，分兩聯(lián)布置，每聯(lián)3～30 m，共18片預(yù)制梁，梁重88.4 t。下部結(jié)構(gòu)橋臺(tái)采用U 型臺(tái)，橋墩采用雙柱式墩，橋墩之間設(shè)計(jì)有系梁，橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，橋墩采用樁基礎(chǔ)，最高橋墩高達(dá)48 m。橋型布置如圖2所示。

圖2 橋型布置Fig.2 Bridge Layout （m）

1.2 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)［3］

公路等級(jí)為三級(jí)公路；汽車(chē)荷載為公路-Ⅱ級(jí)；橋面凈寬為1×凈7.5 m；

預(yù)制箱梁按照A類(lèi)預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)；

主梁共18片預(yù)制梁，預(yù)制箱梁長(zhǎng)30.0 m，高1.6 m。

1.3 設(shè)計(jì)參數(shù)［3］

材料主要指標(biāo)如表1所示。

表1 材料名稱及強(qiáng)度取值Tab.1 Material Name and Strength Value

2 架橋機(jī)與運(yùn)梁車(chē)的選用

選用LBQJ40/140 型架橋機(jī)，此機(jī)由起重天車(chē)、主梁、前支腿、中托、后支腿、前后橫移軌道、液壓系統(tǒng)、電器控制系統(tǒng)等部分組成，總重約100 t。主梁為三角桁架結(jié)構(gòu)，橫截面高約2.6 m，底寬1.5 m，每節(jié)長(zhǎng)12.0 m，重約7 t。

采用1 臺(tái)新東方220 t 牽引車(chē)及四軸16 輪運(yùn)梁炮車(chē)運(yùn)梁車(chē)一套，前后車(chē)分離，該牽引車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)功率117 kW，設(shè)計(jì)載重量達(dá)210 t，適合運(yùn)輸30～45 m 預(yù)制梁，其自重15 t。動(dòng)力主車(chē)長(zhǎng)約6.0 m，從動(dòng)炮車(chē)長(zhǎng)約3.0 m，如圖3、圖4所示。

圖3 架梁現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)實(shí)況Fig.3 Site Photo of Girder Erecting Operation

圖4 運(yùn)梁車(chē)運(yùn)梁示意圖Fig.4 Sketch Map of Girder Transporting

3 受載箱梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算與穩(wěn)定性分析

3.1 受載箱梁結(jié)構(gòu)驗(yàn)算［4-8］

該橋箱梁最重一片梁重88.4 t，運(yùn)梁牽引力及炮車(chē)重15.0 t，梁與車(chē)合計(jì)重103.4 t，按Q=103.4 t 計(jì)算。運(yùn)梁牽引車(chē)及炮車(chē)左右車(chē)輪分跨在兩片箱梁上，當(dāng)運(yùn)梁車(chē)行走至跨中位置時(shí)，此時(shí)箱梁的撓度、彎矩最大，集中荷載P=Q=25.85 t。計(jì)算過(guò)程如下：

3.1.1 箱梁構(gòu)造［3］

箱梁構(gòu)造如圖5所示。

圖5 箱梁結(jié)構(gòu)Fig.5 Structure of Box Girder （mm）

3.1.2 受力分析

根據(jù)架橋機(jī)的施工工況，對(duì)預(yù)制箱梁受力最不利工況為運(yùn)梁車(chē)運(yùn)輸30 m 邊梁經(jīng)過(guò)30 m 跨中梁和30 m跨邊梁階段，此時(shí)預(yù)制箱梁所受荷載為運(yùn)梁車(chē)+30 m邊梁重量之和的1/4。

⑴計(jì)算荷載

①永久作用：結(jié)構(gòu)重力、預(yù)加力和混凝土的收縮及徐變作用；

②可變作用：運(yùn)梁車(chē)重150 kN；運(yùn)梁車(chē)上運(yùn)送的梁重884 kN；

③作用效應(yīng)組合：

Sud=永久作用+1.15×1.2×運(yùn)梁車(chē)荷載

式中：Sud為承載能力極限狀態(tài)下作用基本組合的效應(yīng)設(shè)計(jì)值。

汽車(chē)荷載沖擊系數(shù)1.15，動(dòng)荷載系數(shù)1.2。④計(jì)算軟件：橋梁博士3.6

⑵計(jì)算模型：每種梁劃分為35個(gè)單元、36個(gè)節(jié)點(diǎn)。

⑶運(yùn)用計(jì)算軟件計(jì)算，30 m中梁驗(yàn)算結(jié)果如圖6～圖9、表2～表3 所示。從圖6～圖7 中可得表2 數(shù)值，從圖8～圖9中可得表3數(shù)值。

表2 承載力驗(yàn)算Tab.2 Checking Computation of Bearing Capacity

表3 應(yīng)力驗(yàn)算Tab.3 Checking Computation of Stress

圖6 彎矩包絡(luò)圖Fig.6 Bending Moment Envelope

圖7 剪力包絡(luò)圖Fig.7 Shear Force Envelope

圖8 恒載下正應(yīng)力Fig.8 Normal Stress under Permanent Load

圖9 恒載+運(yùn)梁車(chē)+1/2梁重下正應(yīng)力Fig.9 Normal Stress under Permanent Load + Girder Transporter + 1/2 Girder Weight

通過(guò)對(duì)箱梁的內(nèi)力計(jì)算，說(shuō)明箱梁架設(shè)過(guò)程中，在施工荷載的作用下，箱梁是安全的。

3.2 箱梁受縱向水平力的計(jì)算

運(yùn)梁車(chē)縱向運(yùn)梁，行駛速度控制在0.5 m/s（在2 km/t內(nèi)），運(yùn)梁牽引車(chē)及炮車(chē)在第一跨兩片箱梁上起步或制動(dòng)，靠車(chē)輪與箱梁之間的摩擦力，起步作用時(shí)間2 s，使運(yùn)梁車(chē)達(dá)到0.5 m/s行駛速度或從0.5 m/s 減至0，根據(jù)動(dòng)量定理：

FT=△MVF=△MV/T=103 400×0.5/2=25 850 N=25.85 t

每片箱梁受到縱向的水平作用力：F=25.85/2=13.0 t

所以箱梁縱向之間要將鋼筋捍接，間隙要用圓木或鋼管支撐牢固，以抵抗運(yùn)梁車(chē)縱向水平力作用力，防止臨時(shí)支座——砂筒的縱向傾覆。

3.3 箱梁橫向抗傾覆驗(yàn)算［8-9］

受載箱梁受力分析如圖10、圖11 所示，由于箱梁頂面偏心受壓，考慮到偏心距和底板寬度的1/2 相差不大，因此要考慮箱梁的失穩(wěn)問(wèn)題。假定雙支座中一個(gè)支座剛要脫離受壓狀態(tài)的工況，在此工況下比較箱梁穩(wěn)定效應(yīng)Sb和失穩(wěn)效應(yīng)SS的大小，從而判斷箱梁的穩(wěn)定性，在作用標(biāo)準(zhǔn)值組合下，簡(jiǎn)支梁的作用效應(yīng)符合下列要求：

圖10 簡(jiǎn)支梁計(jì)算模型（x>0.5L，e>0.5d）Fig.10 Culation Model of Simply Supported Beam（x>0.5L，e>0.5d）

圖11 箱梁橫向簡(jiǎn)化模型Fig.11 Simplified Transverse Model of Box Girder

當(dāng)e≤0.34 m，即當(dāng)外力作用中心線距離梁體中心線的距離≤0.34 m 時(shí)，箱梁不會(huì)傾覆。在施工過(guò)程中運(yùn)梁車(chē)的輪胎外側(cè)緣不超過(guò)箱梁腹板位置，即可滿足要求。

4 箱梁架設(shè)保證措施

架橋機(jī)過(guò)孔后運(yùn)梁車(chē)在已架設(shè)的箱梁上運(yùn)梁喂梁從理論上論證是可行的，但為了確保箱梁架設(shè)的安全，有必要采取一些必要的保證措施。

鋼筋混凝土的工作特性是由鋼筋承擔(dān)結(jié)構(gòu)物中的拉力，混凝土承擔(dān)壓應(yīng)力部分，模擬其特性，對(duì)已架設(shè)的箱梁進(jìn)行必要的臨時(shí)加固。運(yùn)梁車(chē)在已架箱梁橋面上行走，要把已架設(shè)箱梁之間的預(yù)埋鋼筋及時(shí)捍接，箱梁間濕接縫未澆混凝土部分用圓硬木支撐牢固，使箱梁之間形成臨時(shí)整體，同時(shí)用砂袋或2 cm 厚鋼板覆蓋橋面預(yù)留孔洞。由于運(yùn)梁車(chē)重量大，運(yùn)梁車(chē)的輪胎行走軌跡應(yīng)在箱梁腹板位置，其輪胎外側(cè)緣不超過(guò)箱梁腹板位置，在架設(shè)過(guò)程中做好運(yùn)行限位標(biāo)記。具體保證措施如下：

⑴箱梁的橫向加固，防止在施工荷載作用下箱梁搖晃不穩(wěn)或發(fā)生傾覆。第一跨0 號(hào)橋臺(tái)是永久支座，在箱梁吊裝就位時(shí)，對(duì)臺(tái)帽處箱梁的端橫梁用硬木支墊，以防箱梁橫向傾覆，如圖12所示。

圖12 箱梁端橫梁的支墊Fig.12 Cross Girder Pad of Box Girder

⑵相鄰箱梁的橫梁和翼緣預(yù)留鋼筋焊接牢固，橫梁之間加設(shè)直徑為10 cm的圓硬木并支撐緊密。如圖13所示。

圖13 橫梁和翼緣鋼筋焊接Fig.13 Reinforcing Bar Welding between Cross Girder Flange

⑶第一跨與第二跨之間是先簡(jiǎn)支后連續(xù)，中間先將箱梁置于臨時(shí)支座上成為簡(jiǎn)支狀態(tài)，沒(méi)有端橫梁，在砂筒外側(cè)緣處加塞方形硬木，并用直徑12 cm的圓硬木將箱梁的翼緣支撐在墩柱蓋梁上，以防砂筒橫向傾覆或箱梁橫向傾覆。

⑷箱梁的縱向加固，防止運(yùn)梁車(chē)在縱向運(yùn)梁過(guò)程中箱梁發(fā)生縱向位移，0 號(hào)橋臺(tái)伸縮縫處用木楔子楔堅(jiān)固，兩跨箱梁交接處鋼筋焊接牢固，間隙用直徑10 cm的圓或方硬木支撐，以防砂筒縱向傾覆。

⑸箱梁頂板清理干凈，在濕接縫或預(yù)留孔洞位置用2 cm 厚鋼板覆蓋，使運(yùn)梁車(chē)行駛平穩(wěn)；必要時(shí)在箱梁頂板上鋪鋼板，相當(dāng)于臨時(shí)橋面，使得箱梁頂板均布受載。

5 橋梁完工后的檢測(cè)

橋梁施工完成后通過(guò)了具有橋梁檢測(cè)資質(zhì)的檢測(cè)單位的檢測(cè)，測(cè)試內(nèi)容包括［10］：

⑴對(duì)橋梁進(jìn)行模態(tài)分析；

⑵全橋承載力檢測(cè)（包括靜載、動(dòng)載和脈動(dòng)試驗(yàn)）；

⑶結(jié)合檢測(cè)結(jié)果，對(duì)橋梁進(jìn)行安全性能評(píng)估。

試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)論如下［7］：

⑴試驗(yàn)前未發(fā)現(xiàn)梁體有明顯結(jié)構(gòu)裂縫，試驗(yàn)過(guò)程中及試驗(yàn)后，結(jié)構(gòu)測(cè)試截面以及附近區(qū)域未出現(xiàn)新增可見(jiàn)裂縫，結(jié)構(gòu)抗裂性能滿足設(shè)計(jì)活載要求；

⑵在試驗(yàn)活載作用下，各控制截面實(shí)測(cè)應(yīng)受值均在正常范圍內(nèi)，各控制截面在試驗(yàn)活載作用下最大相對(duì)殘余應(yīng)變均小于20%，其應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)在0.12～0.54 范圍內(nèi)，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)活載要求；

⑶橋梁試驗(yàn)結(jié)果顯示在試驗(yàn)最大荷載下，截面結(jié)構(gòu)撓度校驗(yàn)系數(shù)在0.25～0.50 之間，應(yīng)變校驗(yàn)系數(shù)均小于1，橋梁試驗(yàn)荷載卸載后殘余較小，測(cè)量的相對(duì)殘余應(yīng)變值均滿足小于20%的要求，表明橋梁處于良好的彈性工作狀態(tài)；

⑷從脈動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果看，實(shí)測(cè)基頻略大于理論計(jì)算值，表明橋梁的振動(dòng)特性能良好，實(shí)測(cè)剛度較理論分析剛度大，評(píng)定標(biāo)度為1。

綜上所述，測(cè)試結(jié)果表明，橋梁試驗(yàn)跨的強(qiáng)調(diào)剛度均較大，橋梁整體承載力滿足設(shè)計(jì)荷載要求，同時(shí)也說(shuō)明，架橋機(jī)在架設(shè)過(guò)程中，施工荷載對(duì)箱梁的結(jié)構(gòu)質(zhì)量沒(méi)有產(chǎn)生不良影響，架梁的施工工藝和在已架箱梁上運(yùn)梁是可行的。

6 結(jié)語(yǔ)

在某大橋架梁過(guò)程中，架橋機(jī)架設(shè)完成先跨箱梁后，在未施工箱梁間濕接縫和橋面鋪裝的情況下，運(yùn)梁車(chē)在已架箱梁上行走，為下一跨的架設(shè)運(yùn)梁、喂梁，這一過(guò)程非常關(guān)鍵，存在較大的不安全因素，是關(guān)鍵工序，只有這一關(guān)鍵工序的施工得到保證，其他各工序只要按部就班、細(xì)心操作，整個(gè)架設(shè)過(guò)程就會(huì)順利。通過(guò)對(duì)架橋機(jī)過(guò)孔后的關(guān)鍵工序——運(yùn)梁和喂梁的可行性論證，結(jié)果表明架橋機(jī)過(guò)孔后運(yùn)梁車(chē)在已架設(shè)的箱梁上運(yùn)梁喂梁是安全可行的，通過(guò)臨時(shí)的加固保證措施，架梁施工安全更有保障。

這種架設(shè)方式的特點(diǎn)是：架橋機(jī)移動(dòng)過(guò)孔輕便快捷，操作簡(jiǎn)便，架設(shè)施工速度快，不需要大型機(jī)械配合，適用于跨徑L≤40 m的箱梁或T梁架設(shè)。