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摘要：50mT梁在吊裝時很容易出現梁體開裂以及斷梁事故，本文將吊裝時的T梁簡化成簡支梁計算，得出在一個合理的加速度下梁體不至于出現裂縫。分析表明，吊裝過程中的二期恒載占用比例大是T梁斷裂的關鍵原因之一。 關鍵詞：肋板式結構；T梁；吊裝 前言 肋板體系結構按主梁間距和肋寬又分為大跨稀排肋板式結構和大跨密排肋板式結構，這兩種結構都有其自身的特點。大跨密排肋板式結構其主梁間距小，主梁片數多，主梁的肋板比較薄，預制工作量大，但是吊裝重量輕，對于大跨結構，其長細比比較大，吊裝時的穩(wěn)定性比較難以保證；另外，根據對我國干線公路橋梁進行調查，調查中反映了干線公路橋梁主要類型以及產生的缺陷、病害的部位、損壞程度及對承載能力和使用功能的影響，從中可以看出，橋梁局部損壞較嚴重，主要原因就是主梁截面尺寸過小，肋板過于薄弱，保護層厚度不夠導致鋼筋外露引起銹蝕，降低了橋梁的耐久性。大跨稀排肋板式結構，其主梁肋板厚（可達300—500mm）、間距大（可達到3—6m），這就決定了它的主梁片數少，預制工作量也少，但是單根主梁的自重大，吊裝是其主要需解決的問題。 隨著我國公路建設的快速發(fā)展、預應力技術的不斷提高以及吊裝施工技術的逐步成熟，預應力混凝土T梁憑借其施工簡單、工期較短等優(yōu)點得到了廣泛的應用，標準跨徑亦隨之增大，50米跨的T型梁(以下簡稱T梁)已不鮮見。盡管預應力混凝土T梁的施上技術較為成熟.然而在T梁吊裝過程中時有斷梁事故發(fā)生，分析斷梁事故原因并提出預防措施成為工程界所關注的問題之一。 1計算模型建立 1.1T梁的施工工藝流程 由于現場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、施工進度的限制等，因此，目前采用現場支架澆注混凝土的施工方法很少采用；而預制安裝施工法可以加快施工速度，保證混凝土的澆注質量，實現機械化施工，加快進度等優(yōu)點，因而被經常采用。采用預制安裝法施工時T梁的施工流程主要包括T梁的預制和T梁的安裝兩部分。 ?。?）T梁的預制 T梁的預制包括模板的制作安裝、普通鋼筋的幫扎、混凝土的澆注、預應力筋的張拉和孔道灌漿；T梁在預制過程中應注意以下問題： 由于梁預應力筋張拉后，梁體向上反拱，梁體的重量全部由底模承擔，因此兩端的基礎應加大加寬，并在底模上預留出吊梁槽；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；鋼筋制作安裝前應先放樣，然后正式加工生產；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器振搗困難,采用附著式振動器，上部腹板用插入式振動器振搗,頂板用平板振動器振動；振動棒振搗應避免碰撞波紋管及預埋件；混凝土澆注完畢初凝后,應開始養(yǎng)護,養(yǎng)護時間不得少于7d，如果氣溫在5°c以下時，須按照冬季砼施工規(guī)范進行養(yǎng)護。 梁的混凝土強度達到100%時張拉全部鋼絞線,鋼絞線為低松馳鋼絞線，強度1860Mpa，張拉應按設計順序進行；梁的張拉程序：0→初應力10%σk→σk→(持荷5min)σk(錨固),采用兩端張拉；,張拉過程中應對張拉力及伸長值雙控；鋼鉸線斷絲滑絲每束不得大于1根,每個斷面斷絲之和不應超過鋼絲總和的1%。 ?。?）T梁的安裝 T梁的安裝包括運梁和吊裝；T梁在安裝過程中應注意以下問題： 當采用龍門吊時，龍門吊起梁、落梁要慢速、平穩(wěn)，尤其是邊梁，起梁時要找準重心位置，保證梁肋中心垂直地面，防止梁體傾斜導致側向受力，傾覆失穩(wěn)。落梁時要保證落梁位置的梁底支撐物水平、牢固，同時也要準備好支撐兩側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，打好兩側支撐，才能徹底松繩。平車運梁時應保證橫向加固牢靠；由于架橋機機身短，架橋機過孔主要考慮的是抗傾覆穩(wěn)定問題。T梁在起吊、橫移、落梁的過程中容易出現開裂和斷梁事故，因此應進行T梁的靜力和動力分析，制定合理的施工方案和保護措施，完成T梁的吊裝施工。 墩上T梁安裝后進行臨時加固，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梁在吊裝過程中的靜力分析?，F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；預制T梁翼緣寬1.8m，1.2m為現澆混凝土部分，將梁橫向連成整體，圖2所示。  邊跨設置6道橫隔梁，中跨設置7道橫隔梁，橫隔梁間距為8.1m，如圖3所示。采用現簡支后連續(xù)的施工工藝。  若采用現場預制安裝法施工，則在現場預制預應力混凝土梁，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 吊裝時采用兩點吊裝，吊點距梁端部1m處，在T梁的底部和翼緣處墊20mm的鋼板，T梁的起吊點處的構造圖如圖5所示。  圖5T梁吊點處的構造圖 在垂直運動方向因有豎向約束可將T梁簡化成簡支梁計算，而在水平橫移過程中則無橫向約束，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。其簡化圖如下：  圖6T梁的受力簡化模型圖 吊車起升機構在每個工作周期內有兩段工作時期和兩段停歇時期。工作時期即起升梁片和下降梁片時期;停歇時期即起升機構不工作.而由操作人員在起動和制動之間變換的時期。每一工作時期又分為起動(加速)、穩(wěn)定運動(等速)和制動(減速)3個階段。在起動和制動階段.機構作變速運動.因而有加速度與慣性力作用。為了簡化計算.假定機構在起動、制動過程中作等加(減)速運動。下圖所示為起升機構工作過程的速度—時間簡圖(速度的正值表示起升梁片;速度的負值表示下降梁片)。  圖7T梁在吊裝過程中的時間—速度簡圖 根據圖示，可確定其強迫函數（即激勵函數）應是非對稱階躍型函數F(t)（自變量時間t由起升機構的電機特性以及實際操作情況確定），如圖8所示（圖8中，F為不同階段鋼絲繩上所受的拉力值；t為各個階段所經歷的時間）。  圖8作用在T梁上的激振力函數圖 2靜力分析 經過計算由于該50m跨的T梁吊裝重量達185.4t，梁高2.5m,且重心高，因此吊裝過程中極易發(fā)生安全事故，尤其是邊梁，左右兩側重量不相等，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梁的應力計算 在自重的作用下，每個橫隔梁自重為13.65kN；主梁自重為34.97kN/m。結合吊裝時的工況并設定起吊用的鋼繩支撐在距梁端lm處的梁底，則起吊時T梁在自重作用看成為簡支梁受線性荷載和5個集中荷載的作用，如圖所示。另外，T梁在吊裝時將會有一定的橫向加速度，同豎向荷載一樣橫向瞬時加速度引起的慣性力也看成線性荷載和5個集中荷載作用于橫向簡支梁上。  圖9T梁的受力圖（圖中q=34.97kN/m；P=13.65kN；長度單位：cm） 根據前蘇聯符拉索夫理論和一般T梁截面特征，T梁通常為薄壁桿件。在吊裝過程中由起吊，橫移和落梁三部分組成，在起吊和落梁過程中由于起動和制動而產生加速度，在加速度的作用，梁受到豎向慣性力作用，并產生豎向振動。  圖10T梁的鋼束布置圖及形心位置圖 在起吊、橫移和落梁的過程中經常會出現T梁開裂甚至斷梁的事故，其斷裂原因分析如下： 根據前蘇聯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取T梁的一般構造實例進行計算分析。 薄壁桿件理論計算分析： 根據薄壁桿件理論，圖10中的x、y軸為形心主軸，則彎曲正應力按下式計算  式中N為預應力筋在計算截面的預壓力；Mx為自重和豎向加速度引起的慣性力在計算截面產生的彎矩；My為橫向加速度引起的慣性力在計算截面的彎矩，其余符號同前。 在吊裝過程中，由起吊橫移和落梁三部分組成，在起吊和落梁過程中由于起動和制動而產生加速度，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 通過以上的計算分析和仿真模擬綜合T梁吊裝時斷裂的兩個主要原因如下: (1)T型梁雖然很好地滿足了在使用荷載作用下結構的受力要求，但整個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。所以在張拉預應力筋施工時，梁體突然橫向失穩(wěn)而脆斷的事故都有發(fā)生過。 (2)使用這種短而薄翼板的T型梁時，二期的現澆連結段和橋面等恒載要占有很大的比例，而一期吊裝時的恒載就相對較小。所以吊裝施工時，在預應力筋的作用下翼板的壓應力較小。 由于上面兩個主要原因，在吊裝T梁時，較小的加速度產生的慣性力就能使T型梁翼板邊緣中的拉應力達到混凝土抗拉強度標準值，使翼板開裂，此時梁的橫向剛度進一步降低，若橫向運動的加速度仍未減少，便會發(fā)生斷梁事故。 此外根據規(guī)范第7.2.8條對邊緣混凝土拉應力的規(guī)定，也應嚴格控制吊裝時的橫向加速度。 結束語 綜合以上對一般構造T梁的計算和分析表明T梁的橫向剛度很小，吊裝過程中的橫向加速度以及二期恒載占用比例大是T梁斷裂的關鍵原因。所以吊裝施工時應高度重視，并嚴格控制起吊、安裝以及運動過程中的加速度。為避免T梁在吊裝過程中的開裂或斷梁的事故，建議注意以下幾點。 (a)對于這類T梁在吊裝過程中的瞬時最大橫向加速度應控制在0.5m/s2以下; (b)在有橫向加速度的同時避免有豎向向下運動的加速度。 (c)設計時，在滿足使用階段受力要求的同時，也要十分注意施工階段的工況，可適當減少二期恒載的比例或增加一定數量的構造鋼筋以保證施工時的安全。 參考文獻 [1]JTGD62-2004.公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[s]. [2]李國平.預應力混凝土結構設計原理.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.橋梁工程.(第二版).北京:人民交通出版社.1986. |
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