T梁跨线斜向过孔交叉架设及受力验算分析

李亮宾，胡富平，申铁军，李逢源

(山西路桥建设集团有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

钢筋混凝土T梁跨线桥在K997+350处上跨山西太原至河南焦作高速公路位置，采用分离式立体交叉，太原至焦作高速公路设计采用山岭重丘区高速公路标准，设计速度80 km/h，路基宽度24.5 m。具体布置为：中间2.5 m中间带(0.5 m路缘带+1.5 m中央分隔带+0.5 m路缘带)，两侧依次为2×3.75 m行车道，2.75 m硬路肩，0.75 m土路肩，中央分隔带及两侧护栏均为波形护栏。交叉角度为112°，梁底距公路路面最小净空高度为6.0 m，满足《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》中高速公路净高为5 m的要求。平面位于右偏曲线上，通视良好，停车视距满足《公路工程技术标准》和《公路路线设计规范》中设计速度为80 km/h时停车视距为160 m的要求。

1 太原至焦作高速公路跨线桥技术指标

该跨线桥为跨越太原至焦作高速公路而设。该桥孔跨布设为45 m装配式预应力混凝土简支T梁，右前夹角90°，桥长54.76 m，桥梁全宽12 m，桥面净宽：11 m，全幅布设5片T梁，全桥共计5片。桥台采用U台，基础采用钻孔灌注桩基础。本桥与太原至焦作高速夹角为112°。

(1)设计技术指标

本桥设计荷载：汽车荷载等级为公路—Ⅱ级；设计速度：40 km/h；地震动峰值加速度：0.05g；环境类别：Ⅰ类。

(2)结构技术指标

上部结构采用T梁，梁高2.75 m，中梁梁宽1.8 m，边梁梁宽2.0 m。下部结构0、1号台均采用肋板台配1.8 m桩基础。

(3)横断面技术指标

该跨线桥与高速公路夹角为112°，桥下净高为6.1 m，交叉处太原至焦作高速公路横断面形式为挖方路堑。太原至焦作高速跨线桥0#、1#台位于太原至焦作高速公路两侧，0#台承台外缘距太原至焦作高速公路路基边缘最小距离为9.44 m，1#墩承台外缘距太原至焦作高速公路路基边缘最小距离为9.13 m。

2 受力验算分析

2.1 材料性能力学指标

材料性能力学指标，弹性模量均为206 000 N/mm2，抗弯强度均为215 N/mm2，抗剪强度均为125 N/mm2，其余指标见表1。

表1 材料性能力学指标表

2.2 胶木板受力验算

(1)I20b工字钢上满铺15 mm胶木板，取1 m板宽验算

胶木板跨度为90 cm。人群荷载取3 KN/m2。

q1=[(8.82×0.015+0.5)×1.2+3×1.4]×1=4.96 KN/m

q2=(8.82×0.015+0.5)×1=0.63 KN/m

Mmax=0.1q1l2=0.1×4.96×9 002

=401 760 N·mm

(2)强度验算

最大弯应力σmax=Mmax/W=401 760/37 500

=10.7N/mm2<[σ]=13 N/mm2故强度满足要求。

(3)挠度验算

最大挠度ωmax=0.677q2l4/100×EI

=0.677×0.63×9004/(100×9 000×281 250)=1.11 mm<[ω]=900 mm/400=2.25 mm满足要求。

2.3 门洞方型钢受力计算

(1)纵梁Ⅰ20b工字钢受力计算

纵梁Ⅰ20b工字钢理论重量31.069 kg/m，故线荷载为0.304 KN/m。

计算荷载q1=(恒载×1.2+活载×1.4)×Ⅰ20b工字钢中心间距+(Ⅰ20b工字钢重)×1.2；

计算时选取最不利工况；人群荷载取3 KN/m2；

计算荷载q1=[(0.5)×1.2+(3+2)×1.4]×0.9+0.304×1.2=7.21 KN/m；

q2=0.5×1.2+0.304=0.904 KN/m；

按照三跨连续梁进行计算：(间距为3.0 m)

最大弯矩：M=0.1ql2=0.1×7.21×3×3=6 489 N·m

所以最大弯矩为6 489 N·m

①强度验算

最大弯应力

σmax=Mmax/W=6 489 000 N/(250 000)

=26.0 N/mm2

②挠度验算

最大挠度ωmax=0.677ql4/(100×EI)

=0.677×7.21×3 0004/(100×206 000×25 000 000)=0.77 mm<[ω]=3 000/400=7.5 mm满足要求。

(2)横梁Ⅰ45b工字钢受力计算

工字钢弯曲应力许用值选取1.2倍安全系数

左幅门洞净宽10.4 m，所以I45b工字钢跨度为11.4 m；右幅门洞净宽9.4 m，所以I45b工字钢跨度为10.4 m。

取左幅为最不利计算跨度11.4 m。

工字钢中心间距3.0 m。

单根工字钢荷载q1=(Ⅰ20b工字钢自重+胶木板自重)×横梁Ⅰ45b工字钢间距/Ⅰ20b工字钢间距=(0.304+8.82×0.015×0.9)×3/0.9=1.41 KN/m

I45b工字钢自重q2=0.857 KN/m

工字钢受重q=1.2×(q1+q2)+1.4×(3)×3=15.32 KN/m

按照简支梁进行计算

工程量清单计价单价合同模式下工程计量监理控制要点……………………………………………… 张会烈，赵志（1-238）

最大弯矩：M=1/8ql2=1/8×15.32×11.4×11.4=248.87 KN·m

I45b工字钢满足要求。I45b 按间距铺设过程中，需要利用钢筋将其焊接连接成整体，或者利用钢管扣件将所有工字钢进行锁定连接成整体。

(3)支撑Ⅰ45b工字钢横梁受力计算(两根Ⅰ45b工字钢纵梁跨度间距3.0 m)

I45b工字钢自重q2=0.857 KN/m

单根工字钢荷载q1=(0.304×14×22+0.857×8×12.0+8.82×0.015×12×22)/(4×21.0)=2.51 KN/m

工字钢受重q=1.2×(q1+q2)+1.4×(3)×(12/2)=29.24 KN/m

按照三跨连续梁进行计算：(间距为3.0 m)

②最大挠度：ωmax=0.677ql4/(100×EI)

=0.677×29.24×3 0004/(100×206 000×338 000 000)=0.23 mm<[ω]=3 000/400=7.5 mm满足要求。

(4)支撑两根Ⅰ45b工字钢纵梁受力计算(φ400 mm×5 mm钢管立柱跨度间距3.0 m)

箱梁截面面积：17.525 m2

单幅顺桥向门洞长度：22 m；单幅横桥向门洞长度：12.0 m

单排立柱共8根，间距3.0 m(中心间距3.0 m)

钢管柱采用尺寸为Φ400 mm×5 mm，高4.05 m。截面积为：A=62.046 cm2，回转半径为：(I/A)^0.5=139.66 mm，长细比λ=h/i=4 050/139.66=29.0，取29，查轴心受压构件稳定系数表，得到稳定系数ψ=0.921。

单根立柱荷载组合：

[(0.304×14×22+0.857×8×12+0.857×4×22+8.82×0.015×12×22)×1.2+22×12×(3)×1.4]/(8×2)=90.77 KN

立柱压应力σ=90.77 KN/6 204.6 mm2=14.6 MPa<[σ]×ψ=215×0.921=198.0 MPa

满足要求。

3 T梁架设过孔

3.1 准备

(1)架设T梁前，先根据设计图纸放样支座位置，安装滑板式橡胶支座，同时向施工人员作好安全、技术交底。桥墩、垫石、梁的同条件养护试件进行试压，确保达到设计强度后方可以架梁。

(2)施工现场用电满足架桥机起动时最大功率用电及现场临时用电要求，现场备用一台发电机。

(3)架桥机检验：架桥机须通过特检所检验，具有检验报告、检验合格证，并在检验有效期内。

3.2 梁体过孔

架桥机采用前后天车吊配重物(采用T梁作为配重)，4根钢丝绳锁定。每个天车吊重时备用2根钢丝绳。过孔时天车起吊配重物拉紧钢丝绳，使配重物略有移动时，配重物下方垫枕木找平。过孔运动时桥机主梁向前，天车向后，使配重物保持原位。

(1)过孔准备

①启动反托油泵和前支油泵，顶起前后液压千斤顶，让中支轮组与桥机主梁下弦脱离。

②使用前起吊天车将中支轮组及中横移轨道吊运到梁端靠近前支处。

③启动前支油泵，操作手轮送油，顶起前支腿液压千斤顶，将中支轮组及中横移轨道支垫在梁端，中横移轨道尽可能与前桥墩平行。

④操作前支油泵手轮回油，收回液压千斤顶，桥机主梁落在反托轮箱上。

⑤用两个5 t手拉葫芦吊起前横移轨道，前液压千斤顶继续回油，收起前支腿并提起前横移轨道。

⑥将两台天车停在后液压支腿上方，调平主梁，准备架桥机过孔。

(2)自平衡过孔

①架桥机主梁靠前反托轮组和后液压支腿横梁下的轮组共同驱动，向前自行。当两天车开到最后端时，最大前行距离不超过24 m。

②操作后泵站手轮回油，收回液压千斤顶，主梁后端下落，使前端翘起。

③随后用运梁平车将配重梁运至后起升小车下方，并用起重小车上的吊具吊接好配重梁，使钢丝绳有一定预紧力，完成桥机自平衡过孔。

(3)架桥机配重过孔

①架桥机继续过孔时，架桥机主梁靠反托轮组和中支轮组共同驱动向前过孔，同时，主梁顶部的两台起重小车同步向主梁相反的方向运行并保持起重小车的吊具与配重梁吊点的相对位置不变。随着桥机过孔主梁外伸长度的增加，后起重小车钢丝绳的张力会逐渐增大，架桥机主梁前支腿到达前桥墩位置。

②后起重小车松绳，待架桥机前横移轨道达到前桥墩墩台时，安放、支垫横移轨道，使其与中横移轨道平行，并使前横移轨道水平。垫横移轨道时，两个枕木墩的间距不得大于2 m，横移轨道的接头处必须垫实。

③启动前泵站，操作手轮送油，同时顶起前液压千斤顶，调整主梁前端高度，让主梁尽可能水平或前端略高。完成配重过孔。

(4)过孔的相关注意事项

①用梁配重时，梁的自重不得小于150 t。

②架边梁时，注意边缘枕木的情况。发现松动、下沉及时采取加固措施。

3.3 运输T梁

(1)运梁车

运梁车两个车轮对称作用在3#梁和4#梁中间。采取运梁车将T梁从存梁区通过炮车运到架桥机尾部，慢速启动直至T梁前端距架桥机后支腿大约1 m左右时停止。(2)T梁捆绑

边梁是将钢丝绳从T梁一侧的上翼缘预留孔处穿入，然后从另一侧穿出，满兜梁体；中梁则没有预留孔，直接与运梁车捆绑一起。棱角处钢丝绳不能打硬辙，各接触棱角处加设护角，与钢丝绳接触面为圆弧面，另一侧与梁的棱角相同。

3.4 T梁架设

T梁纵移到位后，先将T梁落至比支撑面高5 cm的高度，架桥机吊梁横移至安装位置，落梁就位。

3.5 T梁支撑

(1)相邻梁体未安装时的加固支撑(不横向联接时)

①梁就位后，用H10工字钢支撑T梁翼板于腹板交接处，支撑在T梁翼缘板加肋处，下部置于预留槽；每侧支撑2根，共计8根。

②在梁端头用两根倒链将翼缘板伸出环形钢筋与盖梁的预埋钢筋拉紧；

③端横隔板下端用垫木支撑；

④落梁就位后将梁体后端预留钢筋与已架好梁前端预留纵向钢筋及时焊接牢固。

(2)与相邻梁联接时加固支撑(横向联接时)

其余中梁就位后，把梁的两端的横隔板钢筋主筋与前一片横隔板钢筋焊接。

3.6 开放交通

分别拆除左、右门洞以及临时交通管制设施等，恢复护栏等既有高速公路设施后开放交通。

4 结 语

该T梁跨线桥上跨太原至焦作高速公路，施工方案较详细，合理可行，已对太原至焦作高速公路车辆正常通行的影响已降到最小。施工方案中门洞设置方案合理，门洞立柱的强度、刚度、稳定性、地基承载力均满足要求。施工过程中应对防护门洞进行动态监测，确保施工安全。