浅谈桥梁上布置预制梁场的评估办法

浅谈桥梁上布置预制梁场的评估办法

蒲运勇

重庆市江北区滨江路建设投资有限责任公司重庆400020

摘要：在城市改造、扩建、新建桥梁时，很多情况下没有合适的场地作为预制梁体的生产场地，外购梁体交通组织及过往通行条件又非常复杂，不得不在既有桥梁上设置梁场或是在新建的桥上扩大梁场时，为保证既有桥梁和新建桥梁的安全，必须对桥梁做安全评估。本文总体描述了整个新旧桥梁评估流程，通过实体三维建模分析，对梁体预制、吊装、运输的各个工况进行模拟分析计算，判定既有桥梁的箱梁、盖梁、桥墩、桩基的应力、裂缝、变形、承载能力等指标是否符合规范相关要求，为实际施工提供了可靠依据。

关键词：预制梁场建设；安全评估

一、准备工作

（一）评估意义

根据施工总体安排，预制厂必须布置于桥梁上时，除桥梁本身自重、部分二期恒载外，还需承受的额外荷载主要有：台座、模板、预制梁片、龙门吊及其轨枕、运梁炮车等，以上荷载数值较大，桥梁设计时只考虑成桥后的车道与人行荷载，并未考虑建设预制梁场的额外荷载，需建模分析各工况下桥梁上、下部的各项受力指标，并与规范限值进行比对，从而对预制梁厂台座布置、制梁工艺、运梁工艺进行客观评价，为施工提供科学的指导，在满足施工的同时，确保原桥梁的安全。

（二）风险源分析

根据相关资料分析，梁体预制、运输、吊装等对桥梁影响的主要风险有：

（1）在预制厂区，梁体、模板、吊车和炮台车等荷载较大，桥梁设计并未考虑，预制区下方的箱梁、桥墩盖梁、墩柱及桩基可能会出现承载力不足、应力、裂缝超标等情况，影响桥梁结构的安全及正常使用。

（2）在预制梁体预应力张拉、吊装及运输时，箱梁顶板可能会受到更大的集中荷载，导致桥面板出现断裂、破损等情况，影响施工作业和桥梁结构的安全。

（三）评估内容

评估内容分为：

（1）各工况下既有箱梁、盖梁的承载能力、应力；

（2）各工况下既有桥墩墩柱承载能力、裂缝分析；

（3）各工况下既有桩基承载力；

（4）预制梁体预应力张拉、起吊及运输时既有桥梁桥面板承载能力、裂缝分析。

二、建模计算与分析

（一）规范及验算标准

荷载根据现行《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中的相关规定选用，构件在吊装、运输时，构件重力乘以动力系数1.2（对结构不利时）或0.85（对结构有利时）。龙门吊乘以1.15的荷载系数。

结构验算按现行《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）及《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2015）中的相关规定进行。

（1）桩基承载力按设计类型（嵌岩桩或摩擦桩）计算；

（2）预应力混凝土构件按A类构件控制正截面、斜截面应力；

（3）钢筋混凝土构件的最大裂缝≤0.2mm；

（二）分析软件

建模分析采用MIDAS/Civil空间有限元分析软件进行，该软件可适用于桥梁、地下结构、工业建筑、飞机场、大坝、港口等结构的分析与设计。特别是针对桥梁结构，MIDAS/Civil结合国内的规范与习惯，在建模、分析、后处理、设计等方面提供了很多的便利的功能。

（三）材料参数

混凝土容重取26kN/m3，混凝土弹性模量按不同的混凝土等级取值，一般为3.0~3.45x104MPa。

钢绞线采用GB/T5224-2003低松驰钢绞线，公称直径15.2mm，公称面积140mm2，标准强度fpk=1860MPa，弹性模量E＝1.95×105MPa。

波纹管多预埋塑料波纹管，管道每米局部偏差对摩擦的影响系数k=0.0015，预应力钢筋与管道壁的摩擦系数μ=0.17。

（四）数值建模

建立桥梁的数值模型，一般预制梁体架设的桥梁多为简支梁桥或是先简支后连续桥，但在预制阶段均处于简支状态，计算分析选择一跨桥梁进行，如有其它形式，建立整体模计算，上部结构梁体建模采用梁格法，梁体通过主从约束与桥墩盖梁相连。梁体单元按实际截面模拟，梁与梁之间的湿接缝按横向联系梁采用虚拟横梁模拟，横梁截面可采用二字型，宽度与接缝划分长度对应，材料参数按程序采用对应的数值。

（五）计算工况

在一跨桥上按梁场的宽度估算满布的车道荷载（车辆荷载），暂定一跨可承受的总重量，大概布置台座个数与运梁通道。多为两片梁体承受一片新的梁与附加荷载，根据预制工艺流程，对以下工况进行计算分析。

桥梁正常使用工况。该工况为假定桥梁处于正常使用阶段，桥面布置为人行道+车行道+人行道，车行荷载采用设计对应的等级，如城市-A级，人行荷载为4.0kN/m2，复核该工况下桥梁结构应力及承载能力。

预制梁厂基本工况。该工况为预制梁厂基本布置完成，桥梁单跨范围内的台座与吊车已安装到位，即将开始箱梁预制，吊车布置于跨中，运梁炮车空载于桥中央。

梁体浇筑工况。该工况为梁体混凝土浇筑完毕，未进行预应力张拉，预制梁荷载在台座范围内均布。预制厂各台座上均有浇筑完毕的梁体，吊车布置于跨中位置，运梁炮车空载于桥中央。

梁体预应力张拉工况。该工况为箱梁预应力张拉完毕，梁体发生上拱，自重完全由两端支座处承担。预制厂台座上均有张拉完成的梁体，吊车布置于跨中位置，运梁炮车载梁通行，主车行驶至跨中位置。

梁体吊装工况。该工况为两台吊车开始起吊一个台座上梁体，其它台座上存有浇筑完毕的梁体，运梁炮车就位。

预制厂运梁工况。该工况为单跨范围内，台座上梁体浇筑完毕，运梁中的炮台车主车行驶至跨中位置，吊车同时运行至跨中位置。

新建桥梁常规运梁工况。该工况为运梁中的炮台车行驶通过未设置预制厂的新建桥梁，此时新建桥面已完成湿接缝施工。横桥向，炮台车位于两片梁连线中点处；顺桥向，主车位于桥梁跨中位置。

（六）计算结果与分析

根据各工况下的桥面布置情况，将台座、梁体、吊车和炮台车等荷载施加于模型的相应位置，并考虑系数组合。在进行盖梁计算分析时，将相邻一跨的影响以荷载形式施加于盖梁上。分别算出各工况下箱梁、盖梁、桥墩和桩基荷载值，并进行相关验算。

如以上桥梁结构各项指标均满足相关规范要求，则预制厂对既有桥梁的影响在安全范围内，风险可控。

三、评估结论及建议

（一）评估结论

通过三维建模分析，对梁体预制、吊装、运输的各个工况进行模拟分析计算，可判定桥梁的箱梁、盖梁、桥墩、桩基的应力、裂缝、变形、承载能力等指标是否符合规范相关要求。在预应力张拉、起吊、运输各工况下，箱梁顶板承载能力、抗裂性是否满足规范要求，从而断定局部受力是否安全。从而确定整体评估结论。

（二）实施建议

（1）施工时应根据评估结论编制详细的施工方案，细化施工措施及布置。

（2）施工前，建议对预制区范围的桥梁构件进行外观检查，并检查支座是否存在不良现象，如发现问题，需进行相应处理。

（3）清除预制区范围内的既有构筑物及桥面杂物至桥面铺装层，减少荷载。

（4）预制梁厂布置及梁体预制、吊装时，应采取分级加载的方式，对初始每个工序下桥梁构件的外观、变形进行观测，如有异常，应立即停止作业并进行卸载。

（5）龙门吊轨道下方需布设枕木以加大荷载分布范围。

（6）预应力张拉工况下，可通过为加强端头台座段分散应力。

（7）应严格避免施工作业对桥梁的冲击碰撞。

（8）建议对影响范围内的桥梁梁体和盖梁编制专项监测方案，在施工期间进行持续监测和巡查，如有异常，应及时通知相关单位以作处理。

（9）预制厂作业完成后，施工单位应配合业主对影响范围的桥梁进行整体检测，如出现因预制厂作业造成的破损情况，应及时修补。

四、结语

全文叙述了整个评估流程的关键程序，为桥上布置预制梁场的实施提供了科学的理论依据，可为施工提供了指导性意见。经过实践证明，通过评估的项目按的程序严格控制，对后期桥梁安全的影响是可以忽略的，在条件限制的情况下可以桥上制梁。