T梁跨線斜向過孔交叉架設(shè)及受力驗算分析

李亮賓，胡富平，申鐵軍，李逢源

(山西路橋建設(shè)集團有限公司，山西 太原 030006)

0 引 言

鋼筋混凝土T梁跨線橋在K997+350處上跨山西太原至河南焦作高速公路位置，采用分離式立體交叉，太原至焦作高速公路設(shè)計采用山嶺重丘區(qū)高速公路標準，設(shè)計速度80 km/h，路基寬度24.5 m。具體布置為：中間2.5 m中間帶(0.5 m路緣帶+1.5 m中央分隔帶+0.5 m路緣帶)，兩側(cè)依次為2×3.75 m行車道，2.75 m硬路肩，0.75 m土路肩，中央分隔帶及兩側(cè)護欄均為波形護欄。交叉角度為112°，梁底距公路路面最小凈空高度為6.0 m，滿足《公路工程技術(shù)標準》和《公路路線設(shè)計規(guī)范》中高速公路凈高為5 m的要求。平面位于右偏曲線上，通視良好，停車視距滿足《公路工程技術(shù)標準》和《公路路線設(shè)計規(guī)范》中設(shè)計速度為80 km/h時停車視距為160 m的要求。

1 太原至焦作高速公路跨線橋技術(shù)指標

該跨線橋為跨越太原至焦作高速公路而設(shè)。該橋孔跨布設(shè)為45 m裝配式預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁，右前夾角90°，橋長54.76 m，橋梁全寬12 m，橋面凈寬：11 m，全幅布設(shè)5片T梁，全橋共計5片。橋臺采用U臺，基礎(chǔ)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。本橋與太原至焦作高速夾角為112°。

(1)設(shè)計技術(shù)指標

本橋設(shè)計荷載：汽車荷載等級為公路—Ⅱ級；設(shè)計速度：40 km/h；地震動峰值加速度：0.05g；環(huán)境類別：Ⅰ類。

(2)結(jié)構(gòu)技術(shù)指標

上部結(jié)構(gòu)采用T梁，梁高2.75 m，中梁梁寬1.8 m，邊梁梁寬2.0 m。下部結(jié)構(gòu)0、1號臺均采用肋板臺配1.8 m樁基礎(chǔ)。

(3)橫斷面技術(shù)指標

該跨線橋與高速公路夾角為112°，橋下凈高為6.1 m，交叉處太原至焦作高速公路橫斷面形式為挖方路塹。太原至焦作高速跨線橋0#、1#臺位于太原至焦作高速公路兩側(cè)，0#臺承臺外緣距太原至焦作高速公路路基邊緣最小距離為9.44 m，1#墩承臺外緣距太原至焦作高速公路路基邊緣最小距離為9.13 m。

2 受力驗算分析

2.1 材料性能力學(xué)指標

材料性能力學(xué)指標，彈性模量均為206 000 N/mm2，抗彎強度均為215 N/mm2，抗剪強度均為125 N/mm2，其余指標見表1。

表1 材料性能力學(xué)指標表

2.2 膠木板受力驗算

(1)I20b工字鋼上滿鋪15 mm膠木板，取1 m板寬驗算

膠木板跨度為90 cm。人群荷載取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)強度驗算

最大彎應(yīng)力σmax=Mmax/W=401 760/37 500

=10.7N/mm2<[σ]=13 N/mm2故強度滿足要求。

(3)撓度驗算

最大撓度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滿足要求。

2.3 門洞方型鋼受力計算

(1)縱梁Ⅰ20b工字鋼受力計算

縱梁Ⅰ20b工字鋼理論重量31.069 kg/m，故線荷載為0.304 KN/m。

計算荷載q1=(恒載×1.2+活載×1.4)×Ⅰ20b工字鋼中心間距+(Ⅰ20b工字鋼重)×1.2；

計算時選取最不利工況；人群荷載取3 KN/m2；

計算荷載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；

按照三跨連續(xù)梁進行計算：(間距為3.0 m)

最大彎矩：M=0.1ql2=0.1×7.21×3×3=6 489 N·m

所以最大彎矩為6 489 N·m

①強度驗算

最大彎應(yīng)力

σmax=Mmax/W=6 489 000 N/(250 000)

=26.0 N/mm2

②撓度驗算

最大撓度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滿足要求。

(2)橫梁Ⅰ45b工字鋼受力計算

工字鋼彎曲應(yīng)力許用值選取1.2倍安全系數(shù)

左幅門洞凈寬10.4 m，所以I45b工字鋼跨度為11.4 m；右幅門洞凈寬9.4 m，所以I45b工字鋼跨度為10.4 m。

取左幅為最不利計算跨度11.4 m。

工字鋼中心間距3.0 m。

單根工字鋼荷載q1=(Ⅰ20b工字鋼自重+膠木板自重)×橫梁Ⅰ45b工字鋼間距/Ⅰ20b工字鋼間距=(0.304+8.82×0.015×0.9)×3/0.9=1.41 KN/m

I45b工字鋼自重q2=0.857 KN/m

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

按照簡支梁進行計算

工程量清單計價單價合同模式下工程計量監(jiān)理控制要點……………………………………………… 張會烈，趙志（1-238）

最大彎矩：M=1/8ql2=1/8×15.32×11.4×11.4=248.87 KN·m

I45b工字鋼滿足要求。I45b 按間距鋪設(shè)過程中，需要利用鋼筋將其焊接連接成整體，或者利用鋼管扣件將所有工字鋼進行鎖定連接成整體。

(3)支撐Ⅰ45b工字鋼橫梁受力計算(兩根Ⅰ45b工字鋼縱梁跨度間距3.0 m)

I45b工字鋼自重q2=0.857 KN/m

單根工字鋼荷載q1=(0.304×14×22+0.857×8×12.0+8.82×0.015×12×22)/(4×21.0)=2.51 KN/m

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

按照三跨連續(xù)梁進行計算：(間距為3.0 m)

②最大撓度：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滿足要求。

(4)支撐兩根Ⅰ45b工字鋼縱梁受力計算(φ400 mm×5 mm鋼管立柱跨度間距3.0 m)

箱梁截面面積：17.525 m2

單幅順橋向門洞長度：22 m；單幅橫橋向門洞長度：12.0 m

單排立柱共8根，間距3.0 m(中心間距3.0 m)

鋼管柱采用尺寸為Φ400 mm×5 mm，高4.05 m。截面積為：A=62.046 cm2，回轉(zhuǎn)半徑為：(I/A)^0.5=139.66 mm，長細比λ=h/i=4 050/139.66=29.0，取29，查軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)表，得到穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.921。

單根立柱荷載組合：

[(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

立柱壓應(yīng)力σ=90.77 KN/6 204.6 mm2=14.6 MPa<[σ]×ψ=215×0.921=198.0 MPa

滿足要求。

3 T梁架設(shè)過孔

3.1 準備

(1)架設(shè)T梁前，先根據(jù)設(shè)計圖紙放樣支座位置，安裝滑板式橡膠支座，同時向施工人員作好安全、技術(shù)交底。橋墩、墊石、梁的同條件養(yǎng)護試件進行試壓，確保達到設(shè)計強度后方可以架梁。

(2)施工現(xiàn)場用電滿足架橋機起動時最大功率用電及現(xiàn)場臨時用電要求，現(xiàn)場備用一臺發(fā)電機。

(3)架橋機檢驗：架橋機須通過特檢所檢驗，具有檢驗報告、檢驗合格證，并在檢驗有效期內(nèi)。

3.2 梁體過孔

架橋機采用前后天車吊配重物(采用T梁作為配重)，4根鋼絲繩鎖定。每個天車吊重時備用2根鋼絲繩。過孔時天車起吊配重物拉緊鋼絲繩，使配重物略有移動時，配重物下方墊枕木找平。過孔運動時橋機主梁向前，天車向后，使配重物保持原位。

(1)過孔準備

①啟動反托油泵和前支油泵，頂起前后液壓千斤頂，讓中支輪組與橋機主梁下弦脫離。

②使用前起吊天車將中支輪組及中橫移軌道吊運到梁端靠近前支處。

③啟動前支油泵，操作手輪送油，頂起前支腿液壓千斤頂，將中支輪組及中橫移軌道支墊在梁端，中橫移軌道盡可能與前橋墩平行。

④操作前支油泵手輪回油，收回液壓千斤頂，橋機主梁落在反托輪箱上。

⑤用兩個5 t手拉葫蘆吊起前橫移軌道，前液壓千斤頂繼續(xù)回油，收起前支腿并提起前橫移軌道。

⑥將兩臺天車停在后液壓支腿上方，調(diào)平主梁，準備架橋機過孔。

(2)自平衡過孔

①架橋機主梁靠前反托輪組和后液壓支腿橫梁下的輪組共同驅(qū)動，向前自行。當兩天車開到最后端時，最大前行距離不超過24 m。

②操作后泵站手輪回油，收回液壓千斤頂，主梁后端下落，使前端翹起。

③隨后用運梁平車將配重梁運至后起升小車下方，并用起重小車上的吊具吊接好配重梁，使鋼絲繩有一定預(yù)緊力，完成橋機自平衡過孔。

(3)架橋機配重過孔

①架橋機繼續(xù)過孔時，架橋機主梁靠反托輪組和中支輪組共同驅(qū)動向前過孔，同時，主梁頂部的兩臺起重小車同步向主梁相反的方向運行并保持起重小車的吊具與配重梁吊點的相對位置不變。隨著橋機過孔主梁外伸長度的增加，后起重小車鋼絲繩的張力會逐漸增大，架橋機主梁前支腿到達前橋墩位置。

②后起重小車松繩，待架橋機前橫移軌道達到前橋墩墩臺時，安放、支墊橫移軌道，使其與中橫移軌道平行，并使前橫移軌道水平。墊橫移軌道時，兩個枕木墩的間距不得大于2 m，橫移軌道的接頭處必須墊實。

③啟動前泵站，操作手輪送油，同時頂起前液壓千斤頂，調(diào)整主梁前端高度，讓主梁盡可能水平或前端略高。完成配重過孔。

(4)過孔的相關(guān)注意事項

①用梁配重時，梁的自重不得小于150 t。

②架邊梁時，注意邊緣枕木的情況。發(fā)現(xiàn)松動、下沉及時采取加固措施。

3.3 運輸T梁

(1)運梁車

運梁車兩個車輪對稱作用在3#梁和4#梁中間。采取運梁車將T梁從存梁區(qū)通過炮車運到架橋機尾部，慢速啟動直至T梁前端距架橋機后支腿大約1 m左右時停止。(2)T梁捆綁

邊梁是將鋼絲繩從T梁一側(cè)的上翼緣預(yù)留孔處穿入，然后從另一側(cè)穿出，滿兜梁體；中梁則沒有預(yù)留孔，直接與運梁車捆綁一起。棱角處鋼絲繩不能打硬轍，各接觸棱角處加設(shè)護角，與鋼絲繩接觸面為圓弧面，另一側(cè)與梁的棱角相同。

3.4 T梁架設(shè)

T梁縱移到位后，先將T梁落至比支撐面高5 cm的高度，架橋機吊梁橫移至安裝位置，落梁就位。

3.5 T梁支撐

(1)相鄰梁體未安裝時的加固支撐(不橫向聯(lián)接時)

①梁就位后，用H10工字鋼支撐T梁翼板于腹板交接處，支撐在T梁翼緣板加肋處，下部置于預(yù)留槽；每側(cè)支撐2根，共計8根。

②在梁端頭用兩根倒鏈將翼緣板伸出環(huán)形鋼筋與蓋梁的預(yù)埋鋼筋拉緊；

③端橫隔板下端用墊木支撐；

④落梁就位后將梁體后端預(yù)留鋼筋與已架好梁前端預(yù)留縱向鋼筋及時焊接牢固。

(2)與相鄰梁聯(lián)接時加固支撐(橫向聯(lián)接時)

其余中梁就位后，把梁的兩端的橫隔板鋼筋主筋與前一片橫隔板鋼筋焊接。

3.6 開放交通

分別拆除左、右門洞以及臨時交通管制設(shè)施等，恢復(fù)護欄等既有高速公路設(shè)施后開放交通。

4 結(jié) 語

該T梁跨線橋上跨太原至焦作高速公路，施工方案較詳細，合理可行，已對太原至焦作高速公路車輛正常通行的影響已降到最小。施工方案中門洞設(shè)置方案合理，門洞立柱的強度、剛度、穩(wěn)定性、地基承載力均滿足要求。施工過程中應(yīng)對防護門洞進行動態(tài)監(jiān)測，確保施工安全。