上跨機場快速輔道大跨度40m軌道交通簡支箱梁施工關鍵技術

結合成都市軌道交通資陽線一座上跨機場快速路輔道大跨度現(xiàn)澆40 m簡支箱梁，對其施工關鍵技術進行專項研究。與常規(guī)梁體不同，本跨箱梁跨度自重大、受場地和交通限制，危險系數(shù)高。結合地質(zhì)及周邊環(huán)境實際情況，研究設計了鋼管立柱貝雷梁現(xiàn)澆支架，對支架結構進行部跨研究和受力分析，最后采用有限元法對支架進行整體受力分析和屈曲分析，驗證了其設計的可靠性。

大跨度簡支箱梁； 現(xiàn)澆支架； 設計與施工

U445.35 A

［定稿日期］2022-02-17

［作者簡介］孔冬梅（1980—），女，本科，工程師，從事土木工程施工管理工作。

1 工程概況

成都軌道交通資陽線福田站—呂家咀站高架區(qū)間位于四川省成都市簡陽市，高架區(qū)間起止里程：YDK76+307.594～YDK82+124.000，總長5 816.406 m。本工程現(xiàn)澆雙線簡支梁位于區(qū)間B號橋，位于里程YDK79+918.302～YDK79+958.202（B93～B94號墩）范圍內(nèi)，小里程端與30 m預制簡支梁相接，大里程端與（48+88+48） m連續(xù)梁相接。該簡支梁上跨空港大道輔道，線路與空港大道輔道斜交角度約66.5°，空港大道輔道寬約12 m，B93號墩距空港大道輔道路肩距離約20 m，右側為人行便道和小型車便道，B94號墩距路肩距離約5 m，其相互位置關系如圖1所示。簡支梁采用等高度單箱單室結構，簡支梁頂板寬10.8 m，底板寬4.57 m，梁高2.5 m，底板厚0.25 m，在支點梁根部加厚至0.65 m；頂板厚度為0.25 m，在支點處加厚至0.5 m；腹板厚0.52 m，在支點處加厚至0.95 m；簡支梁翼緣板垂直厚0.284～0.584 m，箱梁梁端和跨中截面如圖2所示，整片梁重約863 t。

2 箱梁現(xiàn)澆支架設計

2.1 支架設計相關參數(shù)

40 m簡支梁支架采用鋼管貝雷支架方案，支架結構由底部鋼支柱、貝雷片縱梁、工字鋼橫梁、盤扣架組成，基礎采用柱下擴大獨立基礎，翼緣板支撐系統(tǒng)采用盤扣式鋼管腳手架，內(nèi)模支撐系統(tǒng)采用扣件式鋼管腳手架。鑒于貝雷梁跨越能力有限，跨度部為兩跨或三跨。

桁架單元桿件性能見表1，幾何特性見表2，桁架容許內(nèi)力見表3。

2.2 荷載分析

2.2.1 箱梁自重

由設計圖紙知箱梁澆筑混凝土316.23 m3，鋼筋混凝土密度取2 600 kg/m3，自重對荷載組合不利，取重要性系數(shù)1.05，則箱梁自重：

G1=1.05×316.23×2600=863307.9 kg=8633.08 kN

貝雷梁計算跨度l=36 m，換算為作用在貝雷梁上的均布荷載為q1=8633.08/36=239.81 kN/m。

2.2.2 模板及方木自重

模板采用15 mm厚Ⅰ類竹膠模板，按1.5 kN/m2計，換算均布荷載為q2=1.5×10.8=16.2 kN/m。

2.2.3 貝雷梁自重

先布置為18排單層加強型，一排內(nèi)有12個3 m標準貝雷片，1個3 m標準貝雷片自重270 kg，則一排自重為12×270=3240 kg，18排共重18×3240=58320 kg=583.2 kN，換算作均布荷載為q3=583.2/36=16.2 kN/m。

2.2.4 施工荷載

按1 kN/m2計算，換算均布荷載為q4=1×10.8=10.8 kN/m。

2.2.5 振搗混凝土產(chǎn)生荷載

按2 kN/m2計算，換算均布荷載為q5=2×10.8=21.6 kN/m。

2.2.6 風荷載

根據(jù)路橋施工計算手冊，橫橋向風壓計算公式W=K1K2K3K4W0。其中：WO=0.81 kN/m2基本風壓；K1=1設計風速頻率轉換系數(shù)；K2=1.3風載體形系數(shù)（桁架）；K3=1.13風壓高度系數(shù)；K4=1.5地形、地理條件系數(shù)。

算得桁架橫橋向風壓W=1.78 kN/m2，算作均布線荷載q6=1.78×1.7=3.026 kN/m。

2.3 支架承載力與形變理論研究

采用容許內(nèi)力法，恒載分項系數(shù)取1.2，活載分項系數(shù)取1.4，荷載組合q=1.2（q1+q2+q3）+1.4（q4+q5+q6）=1.2×（239.81+16.2+16.2）+1.4×（10.8+21.6+3.026）=1.2×272.21+1.4×35.426=376.25 kN/m。初步布設為12.96 m+2 m+21.04 m的三跨連續(xù)梁，貝雷梁的受力分析簡圖如圖3所示。

圖4為其彎矩，同時顯示支反力?？缰兄c2支座反力R2=-296.14 kN，支點3支座反力R3最大，達879.36 t。而支點2出現(xiàn)了負的支座反力，說明該連續(xù)梁結構布設不合理。

現(xiàn)將梁在支點2斷開，重新布置為兩跨簡支梁結構，其受力簡圖如圖5所示。

經(jīng)計算，左跨彎矩和左跨剪力分別如圖6、圖7所示。

左跨計算結果：跨中產(chǎn)生最大彎矩Mmax=7862.91 kN·m，支座處產(chǎn)生最大剪力Fs，max=2432.46 kN。單排單層貝雷梁容許彎矩［M］=788.2 kN·m， 容許剪力［Fs］=245.2 kN。該跨需要貝雷梁排數(shù)n=7862.9/788.2=9.976排，偏于安全起見，該跨布設18排，可提供抗彎和抗剪承載力為：

M=18×788.2=14187.6 kN·m>7862.91 kN·m

Fs=18×245.2=4413.6 kN>2432.46 kN，滿足要求。

剛度驗算：荷載取q=1.25（q1+q2）=1.25×（239.81+16.2）=320.01 kN/m。

跨中撓度：

ω=5ql4384EI=5×320.01×12.934384×18×526044.12=44722662.83636016957.44=12.30mm<12960400=32.4mm，滿足要求。

經(jīng)計算，右跨彎矩和右跨剪力分別如圖8、圖9所示。

右跨計算結果：跨中產(chǎn)生最大彎矩Mmax=20622.43 kN·m，支座處產(chǎn)生最大剪力Fs，max=3939.34 kN。單排單層貝雷梁容許彎矩［M］=788.2 kN·m， 容許剪力［Fs］=245.2 kN。該跨需要貝雷梁排數(shù)n=20622.43/788.2=26.16排，為保險起見，該跨布設28排，為避免布設太密，改為布設18排單層加強型?？商峁┑目箯澓涂辜舫休d力為：

M=18×1687.5=23625 kN·m>20622.43 kN·m

Fs=18×245.2=4413.6 kN>3939.34 kN，滿足要求。

剛度驗算：荷載取q=1.25（q1+q2）=1.25×（239.81+16.2）=320.01 kN·m。

跨中撓度：

ω=5ql4384EI=5×320.01×20.944384×18×16963800=307638201.38375270400=36.73 mm<20940400=52.35 mm，滿足要求。

3 現(xiàn)澆支架有限元分析

根據(jù)以上理論分析，設計了如圖10所示的40 m簡支箱梁現(xiàn)澆支架。簡支梁中間臨時墩均落在便道瀝青混凝土路面上，采用雙柱下擴大基礎，基礎為矩形階梯型，一級臺階，臺階長3 m，寬3 m，臺階高為0.8 m。鋼管柱采用609 mm、壁厚16 mm，下共設4排，每排2根，橫向間距為5.4 m，縱向間距為12.92 m+2 m+20.78 m?？拷憾虽撝Ф樟⒂诙罩信_上，中間鋼支墩立于獨立擴大基礎上。鋼支墩之間采用圓鋼管或槽鋼桁架連接系連接，連接系上平連距鋼支墩頂0.5 m，連接系上下平連高度為5 m。鋼管柱上設置40 cm高沙箱，左跨右鋼管樁上和中間沙箱上設置12 m長三拼I56a工字鋼作為橫梁，左跨靠近簡支梁端沙箱上設置12 m長雙拼I56a工字鋼作為橫梁，橫梁上左跨架設18排單層貝雷片，右跨架設18排加強型貝雷片。腹板位置貝雷片間距45 cm，底板及翼板位置貝雷片間距90 cm，貝雷片上橫向鋪設2排長6 m的I10工字鋼作為分配梁，靠近簡支梁端5.15 m范圍內(nèi)間距按60 cm布置，中間間距按90 cm布置。

使用Midas建立貝雷梁支架整體有限元模型進行受力分析。為簡化模型，貝雷片使用截面慣性矩相同的矩形截面梁單元等效。在貝雷梁上建立板單元，荷載通過圖11所示的面荷載傳遞至貝雷梁上。

3.1 支反力校核

支反力之和=全部外荷載之和，則建立模型正確（圖12）。

3.2 剛度分析

貝雷梁跨中最大撓度43.36 mm，發(fā)生在右跨跨中小于L/400；分配梁最大撓度26.59 mm，發(fā)生在左跨右邊墩上的分配梁懸臂端，小于L/400，均滿足要求，見圖13～圖14。

3.3 強度分析

左跨貝雷梁跨中最大彎矩228.37 kN·m，小于抗彎承載力788.5 kN·m，最大剪力206.95 kN，小于抗剪承載力245.2 kN，均滿足要求，見圖15～圖16。

右跨貝雷梁跨中最大彎矩832.54 kN·m，見圖17，小于抗彎承載力1 687.5 kN·m，滿足要求；剪力分布如圖18所示，其中有若干片梁兩端剪力大于抗剪承載力245.2 kN，因此支點處豎桿兩側采用2根槽鋼10進行加強。

分配梁最大彎矩1 438.14 kN·m，見圖19，發(fā)生在右跨右邊柱頂分配梁，為負彎矩。對應彎曲拉應力為204.82 MPa，見圖20，小于鋼材抗拉強度215 MPa。分配梁最大剪應力56.92 MPa，見圖21，小于鋼材抗剪強度125 MPa，滿足要求。

3.4 屈曲分析

支架一階屈曲模態(tài)如圖22所示，臨界荷載系數(shù)為10.6，大于4，穩(wěn)定性滿足。

4 結束語

對于上跨機場快速路輔道重達860 t以上的軌道交通40 m簡支箱梁現(xiàn)澆支架關鍵技術進行研究，根據(jù)承載力及形變理論分析結果，得出合理的貝雷梁現(xiàn)澆支架跨度布置以及貝雷梁數(shù)量。最后對現(xiàn)澆支架進行空間有限元整體分析，對構件的強度、剛度、穩(wěn)定性分別作了詳細計算，揭示了桿件局部危險部位，計算成果正確科學地指導支架設計與施工，為橋梁施工提供了安全保障。

參考文獻

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