高速公路工廠化生產預制T梁滿足移動條件下的最小強度值

陳攀

（河北雄安京德高速公路有限公司，河北 保定 071700）

在我國鐵路建設過程中常用蒸汽養護的工廠化方式生產T梁，運輸方式多采用專用火車運輸，但近年來固定化的工廠幾乎消失，取而代之的是在工地建設臨時專用工廠[1]。近十年來，在我國公路建設方面，最先開始應用蒸汽養護T梁的是在寒冷地區修建的高速公路，目的是延長寒冷地區土建工作時間，此外預應力孔道注漿也采用了蒸汽養護[2]，但并沒有提出工廠化概念[3～7]。在非鐵路部門提出混凝土構件蒸汽養護工廠化生產較早的是城市過江隧道的二次襯塊[8]。近年來，我國高速公路向山區發展，建造T梁的場地受限，開始提出蒸汽養護的工廠化T梁生產概念[8～9]，隨著我國對占用耕地的嚴格控制，目前大多數高速公路采用簡支T梁通過耕地平原地區，以達到少占耕地的目的，但卻導致了T梁數量的巨增。同時在有限的工期內采用非工廠化制梁，也導致了臨時用地增加，且不能完成保證質量。蒸汽養生的T梁工廠化制造因此應運而生，并逐步得到了業主和工程師認可[8-13]。

蒸汽養生的T梁工廠化制造的第一道工序是混凝澆注完成后，通過臺座將T梁移動到蒸汽養生室，避免T梁在移動過程中產生結構性受力裂縫是工廠化制造關鍵技術之一。從澆注混凝土到將T梁移動至蒸汽養生室一般的時間為14h，相關文獻表明14h之內自然養護的混凝土抗拉強度很低[14～15]，難以滿足移梁要求，所以蒸汽養生的T梁工廠化制造采用帶模加熱方式，提高14h混凝土的抗拉強度。本文通過分析移動T梁過程中可能產生的拉應力，獲得進入蒸汽養生室之前避免混凝土開裂應該達到的抗拉強度，提出了蒸汽養生的T梁工廠化制造帶模加熱14h應該達到的抗壓強度。

一、T梁移動過程產生的荷載效應

如圖1所示T梁靜置及帶模蒸汽養護14h，控制液壓系統自動拆模，縱向移入蒸汽養生室進行蒸養，運行速度是V，加速、減時間為，T梁自重為W，臺座長度為L，T梁底部寬度為W，T梁高度為H。T梁移動過程中T梁底面與臺座頂面的慣性力分為二部分：彎矩對臺座頂板拉壓應力，在臺座形成剪切。彎矩對臺座頂板拉壓應力：

式中b為T梁底部寬度，自重效應為：

圖1 T梁移動示意圖

二、T梁翼緣的荷載效應

圖1所示設翼緣外端高度為h2，等高度長度為l2，根部高度為h1，變高度長度為l1，翼緣根部的最大h2拉應力：

三、臺座縱、橫向的不平整度的荷載效應

四、計算示例

圖2 橫向偏心示意圖

圖3 T梁斷面示意圖

工程背景：北京新機場至德州高速公路全長約87.256km，全線采用雙向6車道高速公路標準建設，設計速度120km/h，其中ZT9標段，起點樁號為k78+510.515，終點樁號k85+380，全長6.869公里，需要預制梁共3052片，其中30mT梁2884片，25m和40mT梁各84片。為了節約臨時用地保護環境，確保施工工期，需預制梁的3052片T梁全部采用工廠化蒸汽養生生產，其中30m、40m邊邊梁斷面如圖3所示。

如圖3所示尺寸，相關幾何參數如表1和表2所示。相關允許誤差根據施工單位施工組織設計要求的指標如表2、表3所示。根據式（1）至式（8）、表1、2、3相關參數計算的應力如表1、表3所示。

表1 邊梁翼緣根部最大拉應力

表2 邊梁翼緣縱、橫向偏差計算參數表（單位：m)

表3 相關不同情況應力計算表

考慮泊松效應、最不得組合由表3計算30米T梁底面的拉應力為：

式（9）、式（10）表明T梁底面的拉應力與翼緣根部上緣拉應力相比，有一個數量級的差別，翼緣根部上緣拉應力為蒸汽養生的T梁工廠化制造帶模加熱14h抗裂性控制指標，根據文獻[16]的研究：自然養護混凝土24小時達到抗壓強度為5MPa，抗拉強度達到0.5MPa?？紤]動力沖擊等，蒸汽養生的T梁工廠化制造帶模加熱14h后抗壓強度應達到5MPa，可以滿足移梁過程中抗裂要求，移梁不會發生結構性裂縫。

五、結語

T梁工廠化生產拆模進入蒸汽養生的最大拉應力發生邊梁翼緣根部，其混凝土的抗壓強度應達到5MPa以上，T梁移動過程中不會產生結構性裂縫。

蒸汽養生的T梁工廠化制造帶模加熱14h的過程中，側模加熱，本身混凝土水化熱的產生，導致臺座升溫，其臺座的溫差與正常自然養護的模板溫差具有相同規律，所以不考慮臺座與混凝土的溫差導致的混凝土收縮應力。移動鋼臺車、混凝土梁送入蒸汽養生室后，會共同升溫，移動鋼臺車的熱傳導系數大于混凝土，所地臺座升溫速度快于混凝土，其溫差使混凝土受壓，所以不需要考慮進入蒸汽養生室升溫期間的溫度差對混凝土的抗裂性影響，北京新機場至德州高速公路ZT9標段預制的3052片梁沒有發生結構性裂縫也證明了上述結論。

本文中的相關臺座、軌道允許安裝誤差、相關抗裂性計算分析可為編制T梁工廠化制造標準或指南提供依據。

受測量裝置的影響早期混凝土24h的抗拉強度測試幾乎沒有文獻報導，工廠化T梁制造需要進一步研究不同養護條件下混凝土24h內的抗拉強度增長特性。