半成桥状态下大件过桥的承载能力分析

李 青

（山西省交通科学研究院，山西 太原 030006）

1 工程概况

运梁项目所依托的主桥为三跨预应力混凝土变截面连续箱梁。上部结构为50 m+90 m+50 m的满堂支架现浇箱梁，其采用单箱单室截面，单室箱底宽6.3 m，翼缘悬长2.85 m；箱梁底板底面横向水平，顶板顶面设置双向2%横坡，腹板保持铅直通过顶板变坡调节桥面坡度；主梁跨中梁高2.66 m，中支点处梁高5.65 m，梁高按抛物线变化设置；箱梁顶板厚度0.28 m，底板厚度由跨中合龙段的0.3 m按1.8次抛物线变化至距0号块中心线1.75 m处的0.85 m，箱梁腹板自跨中合龙段至中支点线性变化厚度为0.5～0.8 m；箱梁采用三向预应力构造。

该联连续梁下部结构的主桥墩采用矩形空心薄壁墩，过渡墩采用双圆柱式墩；主墩基础为桩+承台型式，过渡墩基础为桩+地系梁型式。

主墩支座采用NDQZ型和JQZ(Ⅲ)型减隔震球型钢支座，过渡墩支座采用盆式橡胶支座；主桥联端参照D160型毛勒伸缩缝设计；桥梁两侧均采用SS级加强型钢筋混凝土防撞护栏；调平层采用内设D10钢筋网的8 cm厚C50混凝土；铺装层采用9 cm厚抗滑型沥青混凝土。

该连续梁纵向采用逐段满堂支架，分批浇筑施工。全联共21个节段。0号块节段长度为6 m，1号块节段长度为7.5 m，2号块节段长度为9.5 m，3号块节段长度为11 m，4号块节段长度为13 m，5号块节段长度为6 m，中跨合龙节段长度为2 m。其中，5号块为边跨合龙段，0号块与1号块同步浇筑施工。

本桥设计时速为80 km/h；桥梁设计荷载等级为公路-I级。

由于后续施工需要，在主桥箱梁主体结构施工完成后和桥梁调平层、铺装层施工之前，需经半成桥状态下的主桥运送预制梁场对岸引桥的50 m T梁。

桥型布置见图1，跨中标准横断面见图2。

图1 桥型布置图（单位：m）

图2 跨中标准横断面图（单位：cm）

2 实施过程重点工况说明

2.1 主桥现浇梁施工过程描述

主桥梁体施工的整体过程可划分成以下阶段:搭设刚性支架、预压→安装永久支座→支立底模、外模→绑扎底、腹板钢筋→安装底、腹板预应力管道→安装内模→封闭端模→安装顶板模板→绑扎顶板钢筋→安装顶板预应力孔道→安装顶板封端模→分段分层浇筑底板和腹板混凝土→浇筑顶板混凝土→养护→二期铺装作业。

2.2 特殊荷载工况

考虑主桥桥面调平层尚未施工，且梁体及炮车自重较大，为保证半成桥状态的主桥结构安全和运梁项目的顺利实施，根据现场的半成桥状态和实际荷载工况进行了验算。

运梁炮车由前导炮车及后挂炮车组成（见图3），炮车规格参数见表1。最不利加载以T梁边梁计（约 210 t）。

图3 现场运梁炮车

表1 1220-4轮胎式运梁炮车主要技术参数表

在实施中需根据以下要点进行运梁控制：人车证核验→道路清障→限定线路→空载模拟运行→置梁稳固→低匀速运行等要点。同时为了避免对主桥箱梁造成偏载的不利影响，运梁过程中炮车尽量骑中线行驶。运送过程中纵桥向布置见图4，横桥向布置见图5。

图4 运梁炮车纵桥向布置

图5 运梁炮车横桥向布置（单位：cm）

3 分析模型建立

依据技术资料，采用有限元结构分析软件MIDAS/CIVIL（V8.2.1）结构分析软件建立（50+90+50）m现浇连续箱梁全桥的空间有限元模型[3]，见图6。现浇梁全桥共划分252个节点、289个梁单元。该桥主梁采用梁单元进行模拟，计入纵横向预应力的刚度贡献，且根据该桥现成桥状态未计入调平层及铺装层。

图6 箱梁有限元模型

作用效应方向遵循如下规定。

3.1 位移

位移与总体坐标系一致为正。

3.2 力、应力

在作用（组合）效应中，轴力、索力以受拉为正，受压为负。剪力使单元产生顺时针转动为正。弯矩以单元坐标系下缘受拉为正。应力以受拉为正，受压为负。

在PSC验算中，为与JTG D62—2004保持一致，混凝土应力以受拉为负，受压为正。

4 短暂状况验算

短暂状况指桥涵施工过程中承受临时性作用的状况。该状况下的桥涵仅作承载能力极限状态设计，必要时才作正常使用极限状态设计（规范无相关条文），可通过施工措施或构造布置补强，防止构件变形过大或出现裂缝。

按短暂状况设计时，应计算其在制作、运输及安装等施工阶段，由自重、施工荷载等引起的正截面和斜截面的应力，并保证不超过规定的限值。施工荷载除有特别规定外均应采用标准值，当有组合时不考虑荷载组合系数。

本项目短暂状况验算荷载组合如表2。

表2 短暂状况荷载组合表

4.1 正截面抗弯承载力

对运梁炮车运输T梁过程中现浇箱梁均进行了短暂状况最不利验算，由于结构对称仅列出半跨的验算结果，见表3。

表3 现浇箱梁正截面抗弯验算

4.2 斜截面抗剪承载力

对运梁炮车运输T梁过程中现浇箱梁均进行了短暂状态最不利验算，由于结构对称仅列出半跨的验算结果，见表4。

表4 现浇箱梁正截面抗剪验算

4.3 抗裂验算

对运梁炮车运输T梁过程中现浇箱梁均进行了短暂状态最不利验算，由于结构对称仅列出半跨的验算结果，见表5。

表5 现浇箱梁截面抗裂验算 MPa

5 局部承载力验算

5.1 基本信息

箱梁跨中截面一般构造图见图7所示，跨中顶板厚度为28 cm，腹板厚度为50 cm，顶板梁肋中心间距约为580 cm，根据运梁炮车横向行驶位置[4]，确定箱梁顶板局部承载力验算[5]的加载模式如图7所示。

图7 箱梁顶板局部加载示意图（单位：cm）

5.2 局部承载力验算

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTG D62—2004）4.1.3 条：

平行于板宽度方向车轮分布宽度为b=0.6 m；

垂直于板宽度方向车轮分布宽度为a=0.2+5.8/3+1.5=3.6 m；

轮压荷载P=12.75 t≈125 kN；

轮压荷载面荷载p=125/0.6/3.6=57.9 kN/m2；

取宽度为1 m的板进行验算，即荷载集度为q=57.9 kN/m.

根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》（JTG D62—2004）4.1.2 条：

简支板恒载弯矩：Mg=gL2/8=32.8 kN·m；

简支板活载弯矩：Mp=64.3 kN·m；

与梁肋整体连接的板跨中弯矩：

支点剪力：Qg=gL/2=22.6 kN，Qp=qb=34.7 kN；

短暂状况下荷载组合：M=Mg＇+1.15Mp＇=53.4 kN·m，Q=Qg+1.15Qp=62.5 kN；

顶板抗弯承载能力：

Mu=fsd·As(h0-x/2)=109.2 kN·m＞M，满足；

顶板抗剪能力：

Vu=，截面尺寸满足；

Vu=0.51×10-3α2ftdbh0=221 kN＞Q，配筋满足；

顶板跨中裂缝宽度：

Wtk=C1C2C3σss(30+d)/Es(0.28+10ρ)=0.11 mm＜0.2 mm，裂缝限宽满足。

6 结语

本文以半成桥状态下的三跨预应力混凝土现浇连续箱梁为依托，借助空间有限元建立工况模型，结合数值分析方法并考虑施工过程中最不利短暂荷载状况，对该桥在裸梁状态下承运运梁炮车和50 m T型梁的整体及局部承载能力验算，经核验:在拟定的运梁方案下主桥的承载能力满足要求，并验证了半成桥状态下大件过桥的可靠性,为紧急情况下抢通工作建立了技术方案库[6]。