跨主干道連續(xù)梁附著式防護(hù)棚架制作與結(jié)構(gòu)受力分析

郭 瑞

(中鐵二十一局集團(tuán)第二工程有限公司，甘肅 蘭州 730000)

1 概述

本大跨度連續(xù)梁是為排洪兼立交而設(shè)，主跨跨越天水城市主干道羲皇大道，中跨合攏段正位于羲皇大道、G310國(guó)道、麥賈公路交叉口處，車流量較大、行人較多。為了防止梁部施工高空墜物威脅到車輛及行人安全，設(shè)計(jì)施工防護(hù)采用鋼性棚架防護(hù)，其施工難度大、周期長(zhǎng)、成本較高。該連續(xù)梁前期由于拆遷影響，導(dǎo)致工期滯后，且該連續(xù)梁位于社棠渭河特大橋架梁通道上，工期滯后勢(shì)必影響全橋的架梁工期及無咋軌道工期[1]。在此背景下，為了實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)、節(jié)約成本，確保施工安全，特改進(jìn)設(shè)計(jì)施工防護(hù)方案，采用附著式棚架對(duì)位于主干道上的梁段進(jìn)行安全防護(hù)[2]。

2 附著式防護(hù)棚架方案

附著式防護(hù)棚架采用在掛籃底部前、后橫梁焊接提吊槽鋼及鋼板組成防護(hù)棚架。附著式防護(hù)棚架立面圖如圖1所示。

圖1 附著式防護(hù)棚架立面圖

棚架底板平臺(tái)骨架采用10#槽鋼、間距100×100cm,槽鋼與底板平臺(tái)底部3mm鋼板進(jìn)行滿焊，橫向長(zhǎng)度1520cm、縱向?qū)挾?50cm；四周圍擋骨架采用5cm角鋼，間距200cm，角鋼與四周圍擋3mm鋼板進(jìn)行滿焊，高度150cm；底板平臺(tái)底部鋼板與四周圍擋鋼板采用5cm角鋼進(jìn)行焊接連接；最后采用10#槽鋼把掛籃底部前（后）橫梁、棚架橫向槽鋼、棚架縱向槽鋼焊接成為整體。

3 附著式防護(hù)棚架受力驗(yàn)算

3.1 荷載計(jì)算

底板平臺(tái)：3mm鋼板，尺寸為1520cm×750cm；棚架底板平臺(tái)骨架即縱肋和橫肋：10#槽鋼，間距100cm×100cm；吊桿：10# 槽鋼；四周圍擋：3mm 鋼板，高150cm；四周圍擋骨架：5cm×5cm角鋼。材料為 Q235 鋼材，材料的容許應(yīng)力為：[σ]=170Mpa，[τ]=100Mpa。

棚架自重在有限元模型中計(jì)入，棚架上掉落的材料、垃圾、混凝土養(yǎng)護(hù)水以及清理人員等荷載按3KN/m2考慮，此外根據(jù)施工情況考慮最不利600kg重物墜落到防護(hù)棚上，沖擊系數(shù)為2.0。荷載組合：棚架自重+棚架頂面均布荷載+墜物沖擊荷載。在模型計(jì)算時(shí)考慮1.2的安全系數(shù)。

3.2 模型建立

防護(hù)棚架主體模型如圖2所示。

圖2 防護(hù)棚架主體模型圖

3.3 計(jì)算結(jié)果

1）吊桿強(qiáng)度。經(jīng)計(jì)算可知，吊桿的最大軸應(yīng)力為 29.42Mpa＜[σ]=170Mpa，表明吊桿強(qiáng)度滿足要求。如圖3所示。

圖3 底板平臺(tái)計(jì)算結(jié)果

2）底板平臺(tái)

計(jì)算可知底板平臺(tái)的最大應(yīng)力為154.65Mpa＜[σ]=170Mpa，最大剪應(yīng)力為 98.28Mpa＜[τ]=100Mpa，表明底板平臺(tái)強(qiáng)度滿足要求；底板平臺(tái)的最大位移為15.25mm＜7500/400=18.75mm，表明底板平臺(tái)剛度滿足要求。

3）縱肋

計(jì)算可知縱肋的最大組合應(yīng)力為133.67Mpa＜[σ]=170Mpa，最大剪應(yīng)力為 21.77Mpa＜[τ]=170Mpa，表明縱肋的強(qiáng)度滿足要求?？v肋的最大位移為9.88mm＜7500/400=18.75mm，表明縱肋剛度滿足要求，如圖4所示。

圖4 縱肋計(jì)算結(jié)果

計(jì)算可知橫肋的最大組合應(yīng)力為93.70Mpa＜[σ]=170Mpa，最大剪應(yīng)力為 16.97Mpa＜[τ]=100Mpa，表明橫肋的強(qiáng)度滿足要求。橫肋的最大位移為19.75mm＜15200/400=38mm，表明橫肋剛度滿足要求。如圖5所示。

圖5 橫肋計(jì)算結(jié)果

3.4 結(jié)論

經(jīng)檢算，附著式防護(hù)棚架的吊桿、底板平臺(tái)、縱肋及橫肋的強(qiáng)度和剛度均滿足規(guī)范要求,即附著式防護(hù)棚架受力驗(yàn)算合格。

4 附著式防護(hù)棚架實(shí)施要點(diǎn)

4.1 棚架焊接

1）施工焊接過程中，確保各部件連接的焊接質(zhì)量，焊縫應(yīng)飽滿。

2）施焊時(shí)應(yīng)選擇適合的電流，避免電弧咬傷鋼板，操作時(shí)要保持焊腳寬度和焊縫高度達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，同時(shí)嚴(yán)禁在焊縫區(qū)以外的母材上打火引弧。

4.2 質(zhì)量控制措施

1）要符合 《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）和 《鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)程》（GB 50661-2011）等現(xiàn)行的規(guī)范。操作前應(yīng)進(jìn)行技術(shù)交底并嚴(yán)格進(jìn)行各道工序交接驗(yàn)收。

2）嚴(yán)格進(jìn)行材料和半成品的的進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)，各種材料和半成品應(yīng)有試驗(yàn)和出廠合格證明，嚴(yán)禁使用不合格的材料。

4.3 安全環(huán)?？刂拼胧?/h3>

1）防護(hù)棚架在上掛籃之前，應(yīng)對(duì)T構(gòu)相對(duì)應(yīng)側(cè)進(jìn)行配重，配重材料采用混凝土塊。掛籃在走行時(shí)，也應(yīng)移動(dòng)混凝土塊，使T構(gòu)兩側(cè)達(dá)到相對(duì)平衡；

2）施工過程中，定期對(duì)防護(hù)棚架上掉落的材料及垃圾進(jìn)行清理；重量較大的機(jī)械、材料等嚴(yán)禁堆放在防護(hù)棚架上，以免棚架承重過大，發(fā)生損壞；

3）為確保安全，箱梁頂面至防護(hù)棚架四周安裝5mm×5mm不銹鋼防護(hù)網(wǎng)，防護(hù)網(wǎng)與骨架用鐵絲綁扎，每60cm綁扎一道，相鄰兩塊鋼絲網(wǎng)進(jìn)行綁扎；

4）施工過程中，應(yīng)對(duì)防護(hù)棚架底部距離既有路面進(jìn)行限高控制，限高＞5m，并在棚架側(cè)面周圍鋼板上粘貼反光條、安裝警示燈帶，提醒夜間行駛車輛，防止車輛掛碰防護(hù)棚架。

5）電焊機(jī)外殼必須接地良好，其電源的裝拆要由電工進(jìn)行。電焊機(jī)要設(shè)單獨(dú)開關(guān)，并放置在防雨閘箱內(nèi)。工作結(jié)束后要切斷電源，并檢查操作地點(diǎn)，確認(rèn)無火災(zāi)隱患后，方可離開。

6）焊接時(shí)，防護(hù)設(shè)施周圍應(yīng)用彩條布圍住，防止電弧光污染。

5 灌水實(shí)驗(yàn)

防護(hù)棚架底板平臺(tái)制作完成后，將其注滿水，靜止5min，檢查是否有漏水現(xiàn)場(chǎng)，若有漏水進(jìn)行補(bǔ)焊，確保底板平臺(tái)密封不漏水。在防護(hù)棚架底板平臺(tái)內(nèi)配備一臺(tái)抽水泵，將排水管引至既有公路范圍外；另外將梁上預(yù)留孔臨時(shí)封堵。

6 結(jié)語

實(shí)踐證明，跨既有路連續(xù)梁施工梁段采用附著式防護(hù)棚架工藝簡(jiǎn)便、工期短、成本低、施工安全。本大跨度連續(xù)梁是為排洪兼立交而設(shè)，主跨跨越天水城市羲皇大道，車流量較大、行人較多。為了防止梁部施工高空墜物威脅到車輛及行人安全，設(shè)計(jì)并實(shí)施了施工防護(hù)采用鋼性棚架防護(hù)。

1）構(gòu)造及特點(diǎn)。附著式防護(hù)棚架采用在掛籃底部前、后橫梁焊接提吊槽鋼及鋼板組成防護(hù)棚架，改進(jìn)了傳統(tǒng)防護(hù)方法。棚架底板平臺(tái)骨架采用10#槽鋼、間距100×100cm,槽鋼與底板平臺(tái)底部3mm鋼板進(jìn)行滿焊，橫向長(zhǎng)度1520cm、縱向?qū)挾?50cm；四周圍擋骨架采用5cm角鋼，間距200cm，角鋼與四周圍擋3mm鋼板進(jìn)行滿焊，高度150cm；底板平臺(tái)底部鋼板與四周圍擋鋼板采用5cm角鋼進(jìn)行焊接連接；最后采用10#槽鋼把掛籃底部前 （后）橫梁、棚架橫向槽鋼、棚架縱向槽鋼焊接成為整體，使得改進(jìn)后的防護(hù)架裝置科學(xué)合理、安全可靠。

2）附著式防護(hù)棚架受力驗(yàn)算。首次對(duì)附著式防護(hù)棚架進(jìn)行了受力驗(yàn)算，驗(yàn)證了防護(hù)棚架材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和結(jié)構(gòu)的安全性。建立了防護(hù)棚架主體模型，對(duì)吊桿、縱橫肋進(jìn)行了驗(yàn)算，充分保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度指標(biāo)達(dá)到使用要求。

3）效益分析。傳統(tǒng)防護(hù)方法是搭設(shè)整體防護(hù)架，工期長(zhǎng)且成本高，關(guān)鍵是該連續(xù)梁前期由于拆遷影響，導(dǎo)致工期滯后，且該連續(xù)梁位于社棠渭河特大橋架梁通道上，工期滯后勢(shì)必影響全橋的架梁工期及無咋軌道工期。在此背景下，為了實(shí)現(xiàn)工期目標(biāo)、節(jié)約成本，確保施工安全，特改進(jìn)設(shè)計(jì)施工防護(hù)方案，采用附著式棚架對(duì)位于主干道上的梁段進(jìn)行安全防護(hù)。