既有桥梁工程运架梁施工中荷载检算与分析

张敏（莆田市公路局涵江分局，莆田351115）

既有桥梁工程运架梁施工中荷载检算与分析

张敏
（莆田市公路局涵江分局，莆田351115）

本文结合工程施工实践，总结和分析了高速公路运架梁工程中的各种荷载工况，得到最不利荷载组合工况——运架梁荷载组合工况。采用有限元数值分析方法，以M i d as C ivil为计算工具，对简支T梁在架桥荷载组合作用下的承载能力进行了检算，分析施工荷载对既有桥梁工程的影响。

桥梁工程运架梁施工有限元承载力检算与分析

1 引言

近20年，随着我国交通建设的高速发展，桥梁结构形式的规范化和施工技术水平的不断提高，我国高速公路架桥机的研究与应用相应得到了发展。技术的提升，提高了高速公路建设的速度和修筑质量，节约了施工成本，降低了能源的损耗[1]。贝雷架主梁双导梁架桥机采用贝雷主梁构件拼装导梁，它具有结构简单、适应性强、组合结构系统性好、不附设桥下支架和架设跨径大等特点，广泛应用于预制梁的起吊、纵移、横移和就位等桥梁施工[2]。

高速公路T梁结构是根据公路-I级荷载等级进行设计计算。《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）规定桥梁公路-I级荷载等级整体设计以车道荷载，即全桥均布荷载外加一个集中荷载进行模拟，模糊了对车队荷载产生的效应[3]。而运架梁施工过程荷载是以类似车队荷载的形式作用在梁片上。因此，需要对既有桥梁结构进行运架梁荷载工况进行承载能力检算。运架梁荷载工况检算能够确保运架梁设备作业方法的合理性和安全可靠性。

图1 运梁炮车纵向布置图（单位：m）

2 工程概况

某高速公路建设中，采用架桥机设备铺设预制T型梁。主梁为40mT梁，采用C50混凝土；预应力钢绞线为符合标准的高强度低松弛预应力钢绞线，每根直径为15.2mm，抗拉强度fpk=1860MPa，弹性模量为1.95×105MPa。施工采用的大型运架梁设备有：40m双导梁公路架桥机一台，某型号的160t级三轴运梁炮车两台（见图1～2）。

图2 运梁炮车横截面轮位布置图

3 运架梁施工过程受力分析

本文不对运架梁设备本身进行的研究，只对其在运架梁过程中施工荷载对既有工程的影响作分析，即运架梁荷载工况的检算与分析。

3.1 运架梁施工流程

运架梁施工过程主要包括：运梁车运梁/架桥机空载→架桥机配重过孔→喂梁→吊梁→移、落梁等5个阶段，本文对这5个阶段分别进行受力分析。

3.2 荷载作用布置

检算内容是在荷载组合作用下进行的，该工程涉及的主要独立荷载有：

（1）单片T梁自重，T梁自重G=129t，长度L=40m；

（2）运梁车自重，单车自重T1=T2=11.50t，轮距2.50m，轴距1.30m+1.30m；

（3）架桥机：上部结构自重，主梁长60m，重q=0.416t/ m；下部结构0#支腿重F0=5.450t，1#支腿重F1=12.650t，2#支腿重F2=5.450t；天车每台重F3=F4=6.150t。

由于运输时速度控制在5～10km/h，所以不考虑运梁车的冲击系数。检算分析过程不考虑系统温度变化、混凝土的收缩徐变以及支座变形。

3.3 运架梁各施工工况

（1）工况一：运梁车运梁/架桥机空载

施工状态：待安装的T梁由运梁车从梁场经既有结构运输到桥面上，架桥机刚放置好前一跨的梁片，既有结构T梁结构处于简支自由状态，现场施工状态如图3所示。

荷载工况：梁片的自重+预应力+运梁车自重+梁片自重+架桥机整体作用。

受力分析：既有结构受力最大情况如图4所示。

图3 工况一：施工状态图

图4 工况一：梁片受力分析示意图

（2）工况二：架桥机配重过孔

施工状态：待安装的T梁此时作为配重，由天车吊起。架桥机0#支腿往前纵向移动，1#支腿不动，2#支腿持T梁一起前移，待0#支腿移动至下一个桥墩上方，此时现场施工状态如图5所示。

图5 工况二：施工状态图

荷载工况：梁片的自重+预应力+运梁车自重+梁片自重+架桥机整体作用（上提作用）。

受力分析：既有结构T梁受力最大情况如图6所示。

图6 工况二：梁片受力分析示意图

（3）工况三：喂梁

施工状态：0#支腿安放在盖梁上。待安装的T梁由1#天车吊起前移，2#天车待命，运梁车也相应前移至到达2#支腿位置，此时现场施工状态如图7所示。

荷载工况：梁片的自重+预应力+运梁车自重+梁片自重+架桥机整体作用。

受力分析：既有结构T梁受力最大情况如图8所示。

图7 工况三：施工状态图

图8 工况三：梁片受力分析示意图

（4）工况四：吊梁

施工状态：待安装的T梁被整体吊起，准备前移，运梁车也停放在2#支腿位置，此时现场施工状态如图9所示。

荷载工况：梁片的自重+预应力+运梁车自重+梁片自重+架桥机整体作用。

受力分析：既有结构T梁受力最大情况如图10所示。

图9 工况四：施工状态图

图10 工况四：梁片受力分析示意图

（5）工况五：移、落梁

施工状态：待安装的T梁前移至安装位置，准备下放至指定位置，运梁车也回到梁场，之后1#支腿前移，此时现场施工状态如图11所示。

荷载工况：梁片的自重+预应力+架桥机自重作用。

受力分析：既有结构T梁受力最大情况如图12所示。

图11 工况五：施工状态图

图12 工况五：梁片受力分析示意图

4 有限元模型检算与分析

本文根据架桥机和运梁车的技术性能和运架梁工程的特点，主要检算内容是运架梁在五个施工阶段的荷载组合作用下，既有简支梁的承载能力检算。检算采用大型有限元通用软件Midas Civil，分别建立不同工况作用下的空间有限元模型，如图13所示，工况一荷载组合下T梁的抗弯承载力弯矩包络图如图14所示。各荷载工况下检算结果见表1。

图13 既有简支T梁有限元模型及预应力钢束图

图14 工况一荷载组合下T梁的抗弯承载力弯矩包络图

表1 各荷载工况下检算结果表

由表1可知，既有T梁结构在运架梁各施工过程中均能够满足正截面抗弯承载力要求。

5 结论

本文总结和分析了高速公路运架梁施工过程中的五种主要施工状态，根据各施工状态的荷载工况对既有T梁结构进行受力分析。采用有限元数值分析方法，以Midas Civil为计算工具，对简支T梁在架桥荷载组合作用下的承载能力进行了检算。通过检算分析，表明既有T梁结构在运架梁各施工过程中均能够满足正截面抗弯承载力要求。本文结合工程施工实践，认真分析每一种荷载工况对工程建设的影响，希望分析结果可为以后类似工程的实施提供有价值的参考，进而提高运架梁过程的施工安全、施工效率和施工质量。

[1]张勇.高速铁路客运专线运架梁荷载工况检算与分析[D].成都：西南交通大学桥梁与隧道工程系，2008.

[2]李纲，税清彬，龙飞，李会宾.山区桥隧相接条件下架梁施工快速安全方案[J].公路交通科技.应用技术版，2012（11）.

[3]张龙龙.常规桥梁大件运输控制荷载研究[D].重庆：重庆交通大学桥梁与隧道工程系，2014.