架桥机架设小箱梁关键工序可行性论证及保证措施

黄瑞珊，韦昌翼

（广东省建筑工程机械施工有限公司 广州 510500）

0 引言

近十多年来我国基础建设步伐迅猛，预制小箱梁在市政桥梁和公路桥梁中得到广泛应用，随着科学技术的进步和社会生产力的发展，运梁车与架桥机的制造都已经很先进，起步、制动和对速度的控制比较灵便，在采用架桥机架梁中，先跨箱梁架设完成之后，在没有施工梁间湿接缝和桥面铺装的情况下，为了架梁工作的连续性和加快梁进度，改变了以往传统作业方法（传统作业一般是从预制场或桥头路基铺设钢轨至第一联桥面架桥机腹内［1］），一般情况下不再在已架箱梁上铺设轨道运梁，而是在先跨箱梁架设之后，运梁车直接在箱梁上行走，将箱梁运进架桥机尾部内［2］，为架设下一跨喂梁。那么，这种作业方法单体梁片是否能够承载得起施工荷载？在作业中梁片是否稳定？需要采取什么样的加固措施？在实际施工中，大多未对其加以论证，纯粹凭经验施工作业，存在严重的质量和安全隐患。本文以某大桥箱梁的架设为研究案例（见图1），论证关键工序作业的安全可行性，为架桥机架梁提供借鉴。

图1 某大桥竣工后实况Fig.1 Completion Status of a Bridge

1 某大桥设计概况

1.1 桥型布置［3］

某大桥桥长192 m，桥宽净宽7.5 m+2×0.5 m 墙式护栏，上部结构采用6 m×30 m装配式预应力混凝土先简支后连续小箱梁，分两联布置，每联3～30 m，共18片预制梁，梁重88.4 t。下部结构桥台采用U 型台，桥墩采用双柱式墩，桥墩之间设计有系梁，桥台采用扩大基础，桥墩采用桩基础，最高桥墩高达48 m。桥型布置如图2所示。

图2 桥型布置Fig.2 Bridge Layout （m）

1.2 设计技术指标［3］

公路等级为三级公路；汽车荷载为公路-Ⅱ级；桥面净宽为1×净7.5 m；

预制箱梁按照A类预应力混凝土构件进行设计；

主梁共18片预制梁，预制箱梁长30.0 m，高1.6 m。

1.3 设计参数［3］

材料主要指标如表1所示。

表1 材料名称及强度取值Tab.1 Material Name and Strength Value

2 架桥机与运梁车的选用

选用LBQJ40/140 型架桥机，此机由起重天车、主梁、前支腿、中托、后支腿、前后横移轨道、液压系统、电器控制系统等部分组成，总重约100 t。主梁为三角桁架结构，横截面高约2.6 m，底宽1.5 m，每节长12.0 m，重约7 t。

采用1 台新东方220 t 牵引车及四轴16 轮运梁炮车运梁车一套，前后车分离，该牵引车发动机功率117 kW，设计载重量达210 t，适合运输30～45 m 预制梁，其自重15 t。动力主车长约6.0 m，从动炮车长约3.0 m，如图3、图4所示。

图3 架梁现场作业实况Fig.3 Site Photo of Girder Erecting Operation

图4 运梁车运梁示意图Fig.4 Sketch Map of Girder Transporting

3 受载箱梁结构验算与稳定性分析

3.1 受载箱梁结构验算［4-8］

该桥箱梁最重一片梁重88.4 t，运梁牵引力及炮车重15.0 t，梁与车合计重103.4 t，按Q=103.4 t 计算。运梁牵引车及炮车左右车轮分跨在两片箱梁上，当运梁车行走至跨中位置时，此时箱梁的挠度、弯矩最大，集中荷载P=Q=25.85 t。计算过程如下：

3.1.1 箱梁构造［3］

箱梁构造如图5所示。

图5 箱梁结构Fig.5 Structure of Box Girder （mm）

3.1.2 受力分析

根据架桥机的施工工况，对预制箱梁受力最不利工况为运梁车运输30 m 边梁经过30 m 跨中梁和30 m跨边梁阶段，此时预制箱梁所受荷载为运梁车+30 m边梁重量之和的1/4。

⑴计算荷载

①永久作用：结构重力、预加力和混凝土的收缩及徐变作用；

②可变作用：运梁车重150 kN；运梁车上运送的梁重884 kN；

③作用效应组合：

Sud=永久作用+1.15×1.2×运梁车荷载

式中：Sud为承载能力极限状态下作用基本组合的效应设计值。

汽车荷载冲击系数1.15，动荷载系数1.2。④计算软件：桥梁博士3.6

⑵计算模型：每种梁划分为35个单元、36个节点。

⑶运用计算软件计算，30 m中梁验算结果如图6～图9、表2～表3 所示。从图6～图7 中可得表2 数值，从图8～图9中可得表3数值。

表2 承载力验算Tab.2 Checking Computation of Bearing Capacity

表3 应力验算Tab.3 Checking Computation of Stress

图6 弯矩包络图Fig.6 Bending Moment Envelope

图7 剪力包络图Fig.7 Shear Force Envelope

图8 恒载下正应力Fig.8 Normal Stress under Permanent Load

图9 恒载+运梁车+1/2梁重下正应力Fig.9 Normal Stress under Permanent Load + Girder Transporter + 1/2 Girder Weight

通过对箱梁的内力计算，说明箱梁架设过程中，在施工荷载的作用下，箱梁是安全的。

3.2 箱梁受纵向水平力的计算

运梁车纵向运梁，行驶速度控制在0.5 m/s（在2 km/t内），运梁牵引车及炮车在第一跨两片箱梁上起步或制动，靠车轮与箱梁之间的摩擦力，起步作用时间2 s，使运梁车达到0.5 m/s行驶速度或从0.5 m/s 减至0，根据动量定理：

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

每片箱梁受到纵向的水平作用力：F=25.85/2=13.0 t

所以箱梁纵向之间要将钢筋捍接，间隙要用圆木或钢管支撑牢固，以抵抗运梁车纵向水平力作用力，防止临时支座——砂筒的纵向倾覆。

3.3 箱梁横向抗倾覆验算［8-9］

受载箱梁受力分析如图10、图11 所示，由于箱梁顶面偏心受压，考虑到偏心距和底板宽度的1/2 相差不大，因此要考虑箱梁的失稳问题。假定双支座中一个支座刚要脱离受压状态的工况，在此工况下比较箱梁稳定效应Sb和失稳效应SS的大小，从而判断箱梁的稳定性，在作用标准值组合下，简支梁的作用效应符合下列要求：

图10 简支梁计算模型（x>0.5L，e>0.5d）Fig.10 Culation Model of Simply Supported Beam（x>0.5L，e>0.5d）

图11 箱梁横向简化模型Fig.11 Simplified Transverse Model of Box Girder

当e≤0.34 m，即当外力作用中心线距离梁体中心线的距离≤0.34 m 时，箱梁不会倾覆。在施工过程中运梁车的轮胎外侧缘不超过箱梁腹板位置，即可满足要求。

4 箱梁架设保证措施

架桥机过孔后运梁车在已架设的箱梁上运梁喂梁从理论上论证是可行的，但为了确保箱梁架设的安全，有必要采取一些必要的保证措施。

钢筋混凝土的工作特性是由钢筋承担结构物中的拉力，混凝土承担压应力部分，模拟其特性，对已架设的箱梁进行必要的临时加固。运梁车在已架箱梁桥面上行走，要把已架设箱梁之间的预埋钢筋及时捍接，箱梁间湿接缝未浇混凝土部分用圆硬木支撑牢固，使箱梁之间形成临时整体，同时用砂袋或2 cm 厚钢板覆盖桥面预留孔洞。由于运梁车重量大，运梁车的轮胎行走轨迹应在箱梁腹板位置，其轮胎外侧缘不超过箱梁腹板位置，在架设过程中做好运行限位标记。具体保证措施如下：

⑴箱梁的横向加固，防止在施工荷载作用下箱梁摇晃不稳或发生倾覆。第一跨0 号桥台是永久支座，在箱梁吊装就位时，对台帽处箱梁的端横梁用硬木支垫，以防箱梁横向倾覆，如图12所示。

图12 箱梁端横梁的支垫Fig.12 Cross Girder Pad of Box Girder

⑵相邻箱梁的横梁和翼缘预留钢筋焊接牢固，横梁之间加设直径为10 cm的圆硬木并支撑紧密。如图13所示。

图13 横梁和翼缘钢筋焊接Fig.13 Reinforcing Bar Welding between Cross Girder Flange

⑶第一跨与第二跨之间是先简支后连续，中间先将箱梁置于临时支座上成为简支状态，没有端横梁，在砂筒外侧缘处加塞方形硬木，并用直径12 cm的圆硬木将箱梁的翼缘支撑在墩柱盖梁上，以防砂筒横向倾覆或箱梁横向倾覆。

⑷箱梁的纵向加固，防止运梁车在纵向运梁过程中箱梁发生纵向位移，0 号桥台伸缩缝处用木楔子楔坚固，两跨箱梁交接处钢筋焊接牢固，间隙用直径10 cm的圆或方硬木支撑，以防砂筒纵向倾覆。

⑸箱梁顶板清理干净，在湿接缝或预留孔洞位置用2 cm 厚钢板覆盖，使运梁车行驶平稳；必要时在箱梁顶板上铺钢板，相当于临时桥面，使得箱梁顶板均布受载。

5 桥梁完工后的检测

桥梁施工完成后通过了具有桥梁检测资质的检测单位的检测，测试内容包括［10］：

⑴对桥梁进行模态分析；

⑵全桥承载力检测（包括静载、动载和脉动试验）；

⑶结合检测结果，对桥梁进行安全性能评估。

试验检测结论如下［7］：

⑴试验前未发现梁体有明显结构裂缝，试验过程中及试验后，结构测试截面以及附近区域未出现新增可见裂缝，结构抗裂性能满足设计活载要求；

⑵在试验活载作用下，各控制截面实测应受值均在正常范围内，各控制截面在试验活载作用下最大相对残余应变均小于20%，其应变校验系数在0.12～0.54 范围内，应变校验系数均小于1，结构强度满足设计活载要求；

⑶桥梁试验结果显示在试验最大荷载下，截面结构挠度校验系数在0.25～0.50 之间，应变校验系数均小于1，桥梁试验荷载卸载后残余较小，测量的相对残余应变值均满足小于20%的要求，表明桥梁处于良好的弹性工作状态；

⑷从脉动试验结果看，实测基频略大于理论计算值，表明桥梁的振动特性能良好，实测刚度较理论分析刚度大，评定标度为1。

综上所述，测试结果表明，桥梁试验跨的强调刚度均较大，桥梁整体承载力满足设计荷载要求，同时也说明，架桥机在架设过程中，施工荷载对箱梁的结构质量没有产生不良影响，架梁的施工工艺和在已架箱梁上运梁是可行的。

6 结语

在某大桥架梁过程中，架桥机架设完成先跨箱梁后，在未施工箱梁间湿接缝和桥面铺装的情况下，运梁车在已架箱梁上行走，为下一跨的架设运梁、喂梁，这一过程非常关键，存在较大的不安全因素，是关键工序，只有这一关键工序的施工得到保证，其他各工序只要按部就班、细心操作，整个架设过程就会顺利。通过对架桥机过孔后的关键工序——运梁和喂梁的可行性论证，结果表明架桥机过孔后运梁车在已架设的箱梁上运梁喂梁是安全可行的，通过临时的加固保证措施，架梁施工安全更有保障。

这种架设方式的特点是：架桥机移动过孔轻便快捷，操作简便，架设施工速度快，不需要大型机械配合，适用于跨径L≤40 m的箱梁或T梁架设。