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摘要：50mT梁在吊裝時(shí)很容易出現(xiàn)梁體開裂以及斷梁事故，本文將吊裝時(shí)的T梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁計(jì)算，得出在一個(gè)合理的加速度下梁體不至于出現(xiàn)裂縫。分析表明，吊裝過(guò)程中的二期恒載占用比例大是T梁斷裂的關(guān)鍵原因之一。 關(guān)鍵詞：肋板式結(jié)構(gòu)；T梁；吊裝 前言 肋板體系結(jié)構(gòu)按主梁間距和肋寬又分為大跨稀排肋板式結(jié)構(gòu)和大跨密排肋板式結(jié)構(gòu)，這兩種結(jié)構(gòu)都有其自身的特點(diǎn)。大跨密排肋板式結(jié)構(gòu)其主梁間距小，主梁片數(shù)多，主梁的肋板比較薄，預(yù)制工作量大，但是吊裝重量輕，對(duì)于大跨結(jié)構(gòu)，其長(zhǎng)細(xì)比比較大，吊裝時(shí)的穩(wěn)定性比較難以保證；另外，根據(jù)對(duì)我國(guó)干線公路橋梁進(jìn)行調(diào)查，調(diào)查中反映了干線公路橋梁主要類型以及產(chǎn)生的缺陷、病害的部位、損壞程度及對(duì)承載能力和使用功能的影響，從中可以看出，橋梁局部損壞較嚴(yán)重，主要原因就是主梁截面尺寸過(guò)小，肋板過(guò)于薄弱，保護(hù)層厚度不夠?qū)е落摻钔饴兑痄P蝕，降低了橋梁的耐久性。大跨稀排肋板式結(jié)構(gòu)，其主梁肋板厚（可達(dá)300—500mm）、間距大（可達(dá)到3—6m），這就決定了它的主梁片數(shù)少，預(yù)制工作量也少，但是單根主梁的自重大，吊裝是其主要需解決的問(wèn)題。 隨著我國(guó)公路建設(shè)的快速發(fā)展、預(yù)應(yīng)力技術(shù)的不斷提高以及吊裝施工技術(shù)的逐步成熟，預(yù)應(yīng)力混凝土T梁憑借其施工簡(jiǎn)單、工期較短等優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)跨徑亦隨之增大，50米跨的T型梁(以下簡(jiǎn)稱T梁)已不鮮見。盡管預(yù)應(yīng)力混凝土T梁的施上技術(shù)較為成熟.然而在T梁吊裝過(guò)程中時(shí)有斷梁事故發(fā)生，分析斷梁事故原因并提出預(yù)防措施成為工程界所關(guān)注的問(wèn)題之一。 1計(jì)算模型建立 1.1T梁的施工工藝流程 由于現(xiàn)場(chǎng)支架澆注混凝土施工有一定的局限性，通常受到橋下凈空的限制、施工進(jìn)度的限制等，因此，目前采用現(xiàn)場(chǎng)支架澆注混凝土的施工方法很少采用；而預(yù)制安裝施工法可以加快施工速度，保證混凝土的澆注質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化施工，加快進(jìn)度等優(yōu)點(diǎn)，因而被經(jīng)常采用。采用預(yù)制安裝法施工時(shí)T梁的施工流程主要包括T梁的預(yù)制和T梁的安裝兩部分。 ?。?）T梁的預(yù)制 T梁的預(yù)制包括模板的制作安裝、普通鋼筋的幫扎、混凝土的澆注、預(yù)應(yīng)力筋的張拉和孔道灌漿；T梁在預(yù)制過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題： 由于梁預(yù)應(yīng)力筋張拉后，梁體向上反拱，梁體的重量全部由底模承擔(dān)，因此兩端的基礎(chǔ)應(yīng)加大加寬，并在底模上預(yù)留出吊梁槽；此外，底模頂面要求水平且壓光，并在底模上鋪設(shè)5mm厚鋼板作為隔離層，以利于T梁吊裝脫模及梁體溫度和干縮變形；鋼筋制作安裝前應(yīng)先放樣，然后正式加工生產(chǎn)；鋼筋的焊接接頭在同一斷面不得大于50％，并距鋼筋彎折處不得小于10d；波紋管的位置必須準(zhǔn)確，曲線波紋管在混凝土澆注前把鋼絞線穿好，避免混凝土澆注后，波紋管變形，穿鋼絞線困難；混凝土澆注采用斜面分層,從一端向另一端順序澆注；由于底部及腹板插入式振動(dòng)器振搗困難,采用附著式振動(dòng)器，上部腹板用插入式振動(dòng)器振搗,頂板用平板振動(dòng)器振動(dòng)；振動(dòng)棒振搗應(yīng)避免碰撞波紋管及預(yù)埋件；混凝土澆注完畢初凝后,應(yīng)開始養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于7d，如果氣溫在5°c以下時(shí)，須按照冬季砼施工規(guī)范進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。 梁的混凝土強(qiáng)度達(dá)到100%時(shí)張拉全部鋼絞線,鋼絞線為低松馳鋼絞線，強(qiáng)度1860Mpa，張拉應(yīng)按設(shè)計(jì)順序進(jìn)行；梁的張拉程序：0→初應(yīng)力10%σk→σk→(持荷5min)σk(錨固),采用兩端張拉；,張拉過(guò)程中應(yīng)對(duì)張拉力及伸長(zhǎng)值雙控；鋼鉸線斷絲滑絲每束不得大于1根,每個(gè)斷面斷絲之和不應(yīng)超過(guò)鋼絲總和的1%。 ?。?）T梁的安裝 T梁的安裝包括運(yùn)梁和吊裝；T梁在安裝過(guò)程中應(yīng)注意以下問(wèn)題： 當(dāng)采用龍門吊時(shí)，龍門吊起梁、落梁要慢速、平穩(wěn)，尤其是邊梁，起梁時(shí)要找準(zhǔn)重心位置，保證梁肋中心垂直地面，防止梁體傾斜導(dǎo)致側(cè)向受力，傾覆失穩(wěn)。落梁時(shí)要保證落梁位置的梁底支撐物水平、牢固，同時(shí)也要準(zhǔn)備好支撐兩側(cè)翼緣板或橫隔板的支撐物，才能開始落梁。落梁要慢速下落，待梁底落穩(wěn)，完全承受梁的重力時(shí)，打好兩側(cè)支撐，才能徹底松繩。平車運(yùn)梁時(shí)應(yīng)保證橫向加固牢靠；由于架橋機(jī)機(jī)身短，架橋機(jī)過(guò)孔主要考慮的是抗傾覆穩(wěn)定問(wèn)題。T梁在起吊、橫移、落梁的過(guò)程中容易出現(xiàn)開裂和斷梁事故，因此應(yīng)進(jìn)行T梁的靜力和動(dòng)力分析，制定合理的施工方案和保護(hù)措施，完成T梁的吊裝施工。 墩上T梁安裝后進(jìn)行臨時(shí)加固，待全部T梁都吊裝完畢后做濕接頭的施工和處理以及橫向連接，最后形成連續(xù)梁體系。 1.2T梁受力模型的建立 本文著重研究T梁在吊裝過(guò)程中的靜力分析?，F(xiàn)在以一跨40+50+40m的連續(xù)梁建立模型，如圖1所示。  橋面寬為15m，采用5片主梁，主梁翼緣寬3m，梁高2.5m，腹板寬0.5m；預(yù)制T梁翼緣寬1.8m，1.2m為現(xiàn)澆混凝土部分，將梁橫向連成整體，圖2所示。  邊跨設(shè)置6道橫隔梁，中跨設(shè)置7道橫隔梁，橫隔梁間距為8.1m，如圖3所示。采用現(xiàn)簡(jiǎn)支后連續(xù)的施工工藝。  若采用現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制安裝法施工，則在現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁，梁高為2.5米；寬為1.8米；翼緣高為0.2米；T梁的腋部坡度為1：3，腋高0.1米，寬0.3米；肋寬為0.5米；見圖4所示：  圖4T梁的截面尺寸 吊裝時(shí)采用兩點(diǎn)吊裝，吊點(diǎn)距梁端部1m處，在T梁的底部和翼緣處墊20mm的鋼板，T梁的起吊點(diǎn)處的構(gòu)造圖如圖5所示。  圖5T梁吊點(diǎn)處的構(gòu)造圖 在垂直運(yùn)動(dòng)方向因有豎向約束可將T梁簡(jiǎn)化成簡(jiǎn)支梁計(jì)算，而在水平橫移過(guò)程中則無(wú)橫向約束，因此在橫向加速度的作用下，橫向慣性力只考慮靜力作用而不考慮橫向的振動(dòng)。其簡(jiǎn)化圖如下：  圖6T梁的受力簡(jiǎn)化模型圖 吊車起升機(jī)構(gòu)在每個(gè)工作周期內(nèi)有兩段工作時(shí)期和兩段停歇時(shí)期。工作時(shí)期即起升梁片和下降梁片時(shí)期;停歇時(shí)期即起升機(jī)構(gòu)不工作.而由操作人員在起動(dòng)和制動(dòng)之間變換的時(shí)期。每一工作時(shí)期又分為起動(dòng)(加速)、穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)(等速)和制動(dòng)(減速)3個(gè)階段。在起動(dòng)和制動(dòng)階段.機(jī)構(gòu)作變速運(yùn)動(dòng).因而有加速度與慣性力作用。為了簡(jiǎn)化計(jì)算.假定機(jī)構(gòu)在起動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程中作等加(減)速運(yùn)動(dòng)。下圖所示為起升機(jī)構(gòu)工作過(guò)程的速度—時(shí)間簡(jiǎn)圖(速度的正值表示起升梁片;速度的負(fù)值表示下降梁片)。  圖7T梁在吊裝過(guò)程中的時(shí)間—速度簡(jiǎn)圖 根據(jù)圖示，可確定其強(qiáng)迫函數(shù)（即激勵(lì)函數(shù)）應(yīng)是非對(duì)稱階躍型函數(shù)F(t)（自變量時(shí)間t由起升機(jī)構(gòu)的電機(jī)特性以及實(shí)際操作情況確定），如圖8所示（圖8中，F(xiàn)為不同階段鋼絲繩上所受的拉力值；t為各個(gè)階段所經(jīng)歷的時(shí)間）。  圖8作用在T梁上的激振力函數(shù)圖 2靜力分析 經(jīng)過(guò)計(jì)算由于該50m跨的T梁吊裝重量達(dá)185.4t，梁高2.5m,且重心高，因此吊裝過(guò)程中極易發(fā)生安全事故，尤其是邊梁，左右兩側(cè)重量不相等，重心與梁肋中心線不重合，更為邊梁的安裝增大了難度。 2.1T梁的應(yīng)力計(jì)算 在自重的作用下，每個(gè)橫隔梁自重為13.65kN；主梁自重為34.97kN/m。結(jié)合吊裝時(shí)的工況并設(shè)定起吊用的鋼繩支撐在距梁端lm處的梁底，則起吊時(shí)T梁在自重作用看成為簡(jiǎn)支梁受線性荷載和5個(gè)集中荷載的作用，如圖所示。另外，T梁在吊裝時(shí)將會(huì)有一定的橫向加速度，同豎向荷載一樣橫向瞬時(shí)加速度引起的慣性力也看成線性荷載和5個(gè)集中荷載作用于橫向簡(jiǎn)支梁上。  圖9T梁的受力圖（圖中q=34.97kN/m；P=13.65kN；長(zhǎng)度單位：cm） 根據(jù)前蘇聯(lián)符拉索夫理論和一般T梁截面特征，T梁通常為薄壁桿件。在吊裝過(guò)程中由起吊，橫移和落梁三部分組成，在起吊和落梁過(guò)程中由于起動(dòng)和制動(dòng)而產(chǎn)生加速度，在加速度的作用，梁受到豎向慣性力作用，并產(chǎn)生豎向振動(dòng)。  圖10T梁的鋼束布置圖及形心位置圖 在起吊、橫移和落梁的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)T梁開裂甚至斷梁的事故，其斷裂原因分析如下： 根據(jù)前蘇聯(lián)符拉索夫理論和一般T梁截面特征，T梁通常為薄壁桿件?，F(xiàn)取T梁的一般構(gòu)造實(shí)例進(jìn)行計(jì)算分析。 薄壁桿件理論計(jì)算分析： 根據(jù)薄壁桿件理論，圖10中的x、y軸為形心主軸，則彎曲正應(yīng)力按下式計(jì)算  式中N為預(yù)應(yīng)力筋在計(jì)算截面的預(yù)壓力；Mx為自重和豎向加速度引起的慣性力在計(jì)算截面產(chǎn)生的彎矩；My為橫向加速度引起的慣性力在計(jì)算截面的彎矩，其余符號(hào)同前。 在吊裝過(guò)程中，由起吊橫移和落梁三部分組成，在起吊和落梁過(guò)程中由于起動(dòng)和制動(dòng)而產(chǎn)生加速度，在加速度的作用，梁受到豎向慣性力作用；同樣，在橫移過(guò)程中，梁在水平加速度的作用下受到水平慣性力的作用。慣性力都作為均布荷載和五個(gè)集中荷載垂直或水平的加在梁上，作用形式同自重的荷載作用形式。 2.2T梁開裂的原因分析 通過(guò)以上的計(jì)算分析和仿真模擬綜合T梁吊裝時(shí)斷裂的兩個(gè)主要原因如下: (1)T型梁雖然很好地滿足了在使用荷載作用下結(jié)構(gòu)的受力要求，但整個(gè)腹板的面積都集中在Y軸附近，而又采用短且薄的翼板，這就使得T型梁的橫向抗彎能力非常弱。其豎向抗彎慣性矩Ix與橫向抗彎慣性矩Iy之比Ix/Iy接近于10。所以在張拉預(yù)應(yīng)力筋施工時(shí)，梁體突然橫向失穩(wěn)而脆斷的事故都有發(fā)生過(guò)。 (2)使用這種短而薄翼板的T型梁時(shí)，二期的現(xiàn)澆連結(jié)段和橋面等恒載要占有很大的比例，而一期吊裝時(shí)的恒載就相對(duì)較小。所以吊裝施工時(shí)，在預(yù)應(yīng)力筋的作用下翼板的壓應(yīng)力較小。 由于上面兩個(gè)主要原因，在吊裝T梁時(shí)，較小的加速度產(chǎn)生的慣性力就能使T型梁翼板邊緣中的拉應(yīng)力達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，使翼板開裂，此時(shí)梁的橫向剛度進(jìn)一步降低，若橫向運(yùn)動(dòng)的加速度仍未減少，便會(huì)發(fā)生斷梁事故。 此外根據(jù)規(guī)范第7.2.8條對(duì)邊緣混凝土拉應(yīng)力的規(guī)定，也應(yīng)嚴(yán)格控制吊裝時(shí)的橫向加速度。 結(jié)束語(yǔ) 綜合以上對(duì)一般構(gòu)造T梁的計(jì)算和分析表明T梁的橫向剛度很小，吊裝過(guò)程中的橫向加速度以及二期恒載占用比例大是T梁斷裂的關(guān)鍵原因。所以吊裝施工時(shí)應(yīng)高度重視，并嚴(yán)格控制起吊、安裝以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的加速度。為避免T梁在吊裝過(guò)程中的開裂或斷梁的事故，建議注意以下幾點(diǎn)。 (a)對(duì)于這類T梁在吊裝過(guò)程中的瞬時(shí)最大橫向加速度應(yīng)控制在0.5m/s2以下; (b)在有橫向加速度的同時(shí)避免有豎向向下運(yùn)動(dòng)的加速度。 (c)設(shè)計(jì)時(shí)，在滿足使用階段受力要求的同時(shí)，也要十分注意施工階段的工況，可適當(dāng)減少二期恒載的比例或增加一定數(shù)量的構(gòu)造鋼筋以保證施工時(shí)的安全。 參考文獻(xiàn) [1]JTGD62-2004.公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[s]. [2]李國(guó)平.預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理.北京:人民交通出版社.2000. [3]姚玲森.橋梁工程.北京:人民交通出版社.1988. [4]范立礎(chǔ).橋梁工程.(第二版).北京:人民交通出版社.1986. |
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