旧桥桥上吊装作业的安全性分析

旧桥桥上吊装作业的安全性分析

邵敏1来淑娜1徐晓江1

1.杭州市水处理设施建设发展中心杭州310016

摘要：由于吊机及吊装重量大，在地面旧桥上进行吊装作业，旧桥的承载力能否满足施工吊装的要求对于施工安全非常关键。因此，对吊机支腿反力的最不利工况进行简化计算，并对在最不利荷载工况作用下的地面旧桥现存承载力进行验算，以分析评估旧桥是否满足桥上吊装作业的安全，为吊装施工提供技术依据。

关键词：吊装、旧桥、承载力、安全

引言

随着交通流量的增加，城市道路进入改造提升的新时代，在原有道路（桥梁）上方新建高架桥作为城市快速路，是一种缓解城市交通拥堵的有效方法。由于现场条件限制，难免需要在地面旧桥上架设吊机进行新建高架桥吊装作业，但吊机及吊装重量往往较大，有可能超过正常运营的荷载，此时旧桥的实际承载力能否满足施工吊装的要求对于施工安全及旧桥后续运营安全非常关键。

本文以杭州某道路改造提升项目钢叠合梁在地面旧桥上进行吊装作业为工程背景，对吊机支腿反力的最不利工况进行简化计算，并对在最不利荷载工况作用下的地面旧桥现存承载力进行验算，以分析评估旧桥是否满足桥上吊装作业的安全，为吊装施工提供技术依据。

1工程概况

杭州某道路改造提升需在地面旧桥3号桥墩附近设临时支墩，汽车吊同时停在旧桥上进行上跨高架桥钢叠合梁的吊装作业。上跨高架桥为40+50+30m简支钢叠合梁，桥宽25m，其中40m和30m钢梁不分段，50m跨钢梁分段吊装。

地面旧桥为4×22m简支梁桥，桥宽65m，横向布置为5.0m（人行道）+6.75m（慢车道）+5.25m（分隔带）+11.5m（快车道）+8.0m（中央分隔带）+11.5m（快车道）+5.25m（分隔带）+6.75m（慢车道）+5.0m（人行道），每跨4幅，中间两幅均为快车道，左右两侧边幅为人行道与慢车道。上部结构由46块后张法预应力混凝土空心板梁组成，主梁高90cm，中板宽99cm，边板A宽109.5cm，边板B宽126.5cm。下部结构采用重力式桥台、桩接盖梁式桥墩，立柱直径，桩基采钻孔灌注桩。原设计荷载为城-A级、人群4.0kPa。

2最不利吊装工况简化计算

钢叠合梁采用1台200吨汽车吊和1台220吨汽车吊进行吊装。汽车吊各支腿的荷载分布示意图如图1所示，简化计算过程如下：

图2.1汽车吊尺寸示意图

图1汽车吊尺寸及荷载分布示意图

将汽车吊重物G向旋转中心平移，可以等效为集中力G和偏心矩M。汽车吊支腿荷载由两部分组成，Fi=N1+N2。其中，F1由汽车吊自重、配重及吊重物产生，由于各支腿相对旋转中心对称，则认为各支腿平均承担，即N1=（P+G）/4，P为汽车吊自重及配重，G为吊物重；N2由偏心矩M产生，当吊臂与x轴成β时，根据力矩平衡原理可得

其中，，R为工作半径。此时，支腿1反力最大，为

同理，

根据钢叠合梁吊装方案，通过计算比较，220吨汽车吊在吊装50m跨钢叠合梁节段FDL3-1工况最为不利。220吨汽车吊自重71.87吨，起吊时配重75吨，最大起重量为33.04吨，当起重臂与汽车吊成135°或225°时，支腿反力最大为852.7kN，而支腿反力最小仅为46.9kN，因此，吊装过程中施工单位需密切关注汽车吊的稳定性。

3旧桥实际承载力验算方法

根据规范规定，旧桥实际承载力要从承载能力极限状态、正常使用极限状态两类极限状态进行验算。

3.1承载能力极限状态验算方法

桥梁结构承载能力极限状态评定采用荷载效应比较分析法。首先，依据设计荷载得出桥梁主要控制截面内力组合值；然后计算出桥梁各构件承载能力极限状态下的抵抗力；最后，通过比较两者的大小来判断该桥承载能力极限状态能否满足要求，只有当荷载效应不利组合值小于或等于抵抗效应时，其承载能力满足设计要求，即γ0S≦R。

式中：γ0—桥梁结构的重要性系数，本桥为1.0；S—作用（或荷载）效应（其中汽车荷载应计入冲击系数）的组合设计值；R—构件承载力设计值。

3.2正常使用极限状态验算方法

本桥上部结构主梁为预制的全预应力混凝土构件，正常使用极限状态验算包括抗裂性验算及竖向刚度验算；下部结构盖梁为钢筋混凝土构件，正常使用极限状态验算主要为裂缝宽度验算。应力、竖向挠度及裂缝宽度均需满足规范限值。

3.3荷载组合

由于施工荷载为短期作用荷载，且为考虑最不利受力情况的验算，本次承载能力极限状态验算综合考虑施工其他临时荷载及动力冲击效应取分项系数1.4，基本组合为1.2S恒+1.4S施，验算桩柱时组合为S恒+S施；正常使用极限状态验算短期效应组合恒载和施工荷载均考虑动力增大系数1.15，组合为1.15S恒+1.15S施。

4安全性分析

地面旧桥的实际承载力能否满足钢叠合梁的吊装要求，关系到吊装安全及旧桥后续运营安全。本文根据规范对该桥上部结构及下部结构进行承载能力极限状态及正常使用极限状态验算，以分析评估吊装施工的安全性。

4.1计算荷载

地面旧桥桥上吊装作业安全性验算中，桥上荷载包括：自重、桥面铺装的8cm厚C40钢筋砼+6cm厚沥青砼的二期恒载以及施工荷载。其中，施工荷载包括吊装荷载（考虑最不利工况）、临时支墩总重（34.65吨）、最不利工况下已吊装完成搁置在临时支墩上的钢梁节段自重。

4.2旧桥实际承载力验算结果

4.2.1承载能力极限状态验算结果

根据规范要求，主梁和盖梁的设计安全系数应大于等于1，桩柱的设计安全系数应大于等于2。主梁、盖梁及桩柱的验算结果如表1所示，从表中可看出，地面旧桥上部结构受力最不利主梁的抗弯及抗剪能力、下部结构盖梁的抗弯及抗剪能力能满足要求；但下部结构单根桩柱的极限承载力与所承受的最不竖向荷载比值为1.58，小于桩的设计安全系数2.0，不满足设计要求。

4.2.2正常使用极限状态验算

地面旧桥主梁及盖梁的正常使用极限状态抗裂验算结果如表2～表3所示，从表中可看出地面旧桥主梁的正截面抗裂性能不满足钢叠合梁的吊装要求，斜截面抗裂性能满足吊装要求。主梁跨中最大挠度21.9mm，小于规范允许值35.5mm，盖梁最大裂缝宽度0.192mm，小于规范限值0.2mm，满足吊装要求。

5安全性分析

根据前述钢叠合梁吊装施工中地面旧桥的实际承载力验算结果，得到如下结论：

（1）上部结构主梁及盖梁的极限状态下承载力均满足吊装要求，正常使用极限状态下主梁斜截面抗裂、竖向刚度及盖梁裂缝宽度均满足吊装要求；

（2）下部结构单根柱的极限状态下承载力与所承受的最不利竖向荷载比值为1.58，小于桩的设计安全系数2.0；

（3）正常使用极限状态下主梁正截面抗裂性能不能满足吊装要求，在施工最不利荷载作用下部分主梁的梁底将出现超限拉应力甚至会开裂。

表3.5上部结构主梁正截面抗裂验算结果

表3.6上部结构主梁斜截面抗裂验算结果

6结语

钢叠合梁吊装过程中，应尽量避免将220吨的吊机安排在桥跨内，并在吊装过程中对地面旧桥关键截面的应力及变形进行监测，以确保吊装施工的安全及地面旧桥后期运营的安全。

参考文献：

[1]杨文渊.起重吊装常用数据手册[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]杨文柱.起重吊装简易计算[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]杨玉琦，史占云.起重机桥上吊装作业对桥梁影响的简易分析计算[J].建筑机械化.1998，2（10）：27-29.