预制箱梁结构桥运梁车过桥的结构影响分析研究

刘吉祥

武汉市汉阳市政建设集团有限公司 湖北 武汉 430050

1 运梁方案

运梁炮车适用于桥梁工程中桥面上的预制梁运输，已在国内多项大型工程中应用，效果良好，既能大大提高工程的梁片运输进度，又能节省大量的路轨和枕木，运梁炮车是由两个独立的运行机构（主车、副车）组成，主车由发动机、传动系统、制动系统、液压转向系统及电气系统等部分系统组成，副车由制动系统、转向系统等部分组成，具有载重量大、操作简便、安全可靠、维修方便、生产效率高等特点，可直接给架桥机喂梁和配合架桥机过孔[1]。

汽车运梁有如下特点：

1）适应路面状况能力强，不用专用轨道。2）调节器速范围大，有六个挡位，适应不同型号的架桥机喂梁。3）操作简单，减少操作失误的机率。4）适应坡度大，纵坡为5%，横坡2%。5）结构简单，安全可靠。6）自带动力引擎，节省大量电缆电线。适应缺电的路段。

2 结构整体验算

根据运梁方案，当200t运梁车行使在桥面上时，上部梁体结构受力为最不利。本次对25m箱梁、30m箱梁、40mT梁、45mT梁和50mT梁进行整体检算，本次计算采用的程序为桥梁博士V3.03中的直线桥梁计算模块进行分析，采用平面杆系理论进行分析计算。经计算所有梁体受力均满足规范和设计要求，以下分别提供25m、30m箱梁和40m、50mT梁的计算内容如下：

2.1 25m箱梁计算

(1)计算模型，如下图所示，简支梁共划分为30个有限单元。

图1 25m箱梁结构计算模型（上）及单元划分（下）

(2)材料参数（材料各参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 取值）。

表1 25m箱梁材料参数

(3)荷载及其它计算参数

结构重力：本次建模中考虑纵向普通钢筋参与受力，砼容重取26KN/m3；局部温差：按顶板升温5度；体系温度：整体升温：20度，整体降温20度；汽车荷载：运梁车特载；冲击系数：0.2；加载龄期：28天；预应力管道摩阻系数m=0.25；预应力管道局部偏差系数k=0.0015。

(4)结构验算

结构按部分预应力A类构件进行设计，验算按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定进行。

1）、承载能力极限状态验算

图2 最大弯矩对应抗力及弯矩（上）最小弯矩对应抗力及弯矩（下）

图3 上缘最大、最小应力（上）下缘最大、最小应力（下）

由以上各图可见，结构满足承载能力极限状态要求。

2）、正常使用极限状态验算

最小正应力为-1.6MPa，位于跨中附近，容许值为-2.0MPa，满足规范要求。

2.2 30m箱梁计算

(1)计算模型，如下图所示，简支梁共划分为个24个有限单元。

图4 30m箱梁结构计算模型（上）及单元划分（下）

(2)材料参数（材料各参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 取值）。

表2 30m箱梁材料参数

(3)荷载及其它计算参数[2]

结构重力：本次建模中考虑纵向普通钢筋参与受力，砼容重取26KN/m3；局部温差：按顶板升温5度；体系温度：整体升温：20度，整体降温20度；汽车荷载：运梁车特载；冲击系数：0.2；加载龄期：28天；预应力管道摩阻系数m=0.25；预应力管道局部偏差系数k=0.0015。

(4)结构验算

结构按部分预应力A类构件进行设计，验算按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定进行。

1）、承载能力极限状态验算

图5 最大弯矩对应抗力及弯矩（上）最小弯矩对应抗力及弯矩（下）

由以上各图可见，结构满足承载能力极限状态要求。

2）、正常使用极限状态验算

图6 上缘最大、最小应力（上）下缘最大、最小应力（下）

最小正应力为-1.8MPa，位于跨中附近，容许值为-2.0MPa，满足规范要求。

2.3 40mT梁计算

(1)计算模型，如下图所示，简支梁共划分为个42个有限单元。

图7 40mT梁结构计算模型（上）及单元划分（下）

(2)材料参数（材料各参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 取值）。

表3 40mT梁材料参数

(3)荷载及其它计算参数[3]

结构重力：本次建模中考虑纵向普通钢筋参与受力，砼容重取26KN/m3；局部温差：按顶板升温5度；体系温度：整体升温：20度，整体降温20度；汽车荷载：运梁车特载；冲击系数：0.2；加载龄期：28天；预应力管道摩阻系数m=0.25；预应力管道局部偏差系数k=0.0015。

(4)结构验算

结构按部分预应力A类构件进行设计，验算按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》规定进行。

图8 最大弯矩对应抗力及弯矩（上）最小弯矩对应抗力及弯矩（下）

由以上各图可见，结构满足承载能力极限状态要求。

图9 上缘最大、最小应力（上）下缘最大、最小应力（下）

最小正应力为+0.4 MPa，位于跨中附近，容许值为-2.0MPa，满足规范要求。

3 结构局部计算

局部检算主要是根据规范对箱梁和T梁的顶板进行局部计算。

3.1 箱梁局部验算

(1)计算模型，如下图所示，共划分为个18个有限单元。

图10 箱梁顶板结构计算模型（左）及单元划分（右）

(2)材料参数（材料各参数按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[4]取值）。

表4 箱梁顶板材料参数

(3)荷载及其它计算参数

结构重力：本次建模中考虑横向普通钢筋参与受力，砼容重取26KN/m3；汽车荷载：运梁车特载；冲击系数：0.3；加载龄期：28天。

(4) 承载能力极限状态验算

经计算，箱梁顶板跨中最大弯矩为51.6KN·m＜最大抗力65KN·m，裂缝最大宽度为0.149mm＜0.2mm，满足规范要求。

当车轮在箱梁翼板最边缘时腹板支撑处最大弯矩为78.5KN·m，大于最大抗力65KN·m，裂缝最大宽度为0.23mm＞0.20mm，不满足规范要求，所以必须控制车轮在箱梁上行走的范围，经计算，最外侧车轮外侧必须在预制箱梁翼板最外侧边缘10cm以内。

图11 运梁车在箱梁上的可行走范围

3.2 T梁局部验算

(1)计算参数同箱梁。

(2)承载能力极限状态验算

经计算，T梁腹板支撑处最大弯矩为268.0KN·m，大于最大抗力139 KN·m，裂缝最大宽度为0.345mm＞0.2mm，不满足规范要求，所以必须控制车轮在T梁上行走的范围，经计算，最外侧车轮外侧必须在预制T梁翼板最外侧边缘50cm以内。

图12 运梁车在T梁上的可行走范围

4 倾覆性验算

根据结构局部检算中要求的运梁时运梁车最外侧车轮距离翼缘板外侧的距离进行倾覆性计算，如下表：

表5 运梁抗倾覆性验算

考虑到T梁的不稳定性，应将两片T梁的横隔板全部连接后方能在上面运梁。

5 结语

通过对25m、30m预制箱梁及40m、50mT梁结构桥梁的运梁车过桥结构影响安全性验算，验证了200t运梁车对结构安全性的影响程度，指出了运梁车对结构整体强度、局部强度和倾覆性等的影响，得到了运梁车在4种预制梁式结构桥梁的运行范围，希望对相关类似工程能够有一定的指导借鉴作用。