鐵路箱梁運架施工受力分析

（中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 武漢 430063）

0 引 言

預(yù)制簡支箱梁是鐵路橋梁工程中較為常用的結(jié)構(gòu)，在箱梁運架施工過程中，由于受較大施工機械荷載的影響（如900t級運梁車自重達(dá)250t，900t級架橋機自重達(dá)500t［1－2］），作業(yè)平臺處箱梁的強度、抗裂等安全系數(shù)可能小于運營階段，為保障結(jié)構(gòu)安全，必須重視箱梁在運架梁施工過程中的受力分析．本文以寧安城際鐵路、青煙榮城際鐵路工程實例，結(jié)合運架梁過程中的多種施工機械，對預(yù)制箱梁在施工階段進(jìn)行深入計算分析．

工程均為城際鐵路客運專線，設(shè)計時速250 km，橋梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支整孔箱梁，梁長32．6m，跨度31．5m，梁型為單箱單室截面，箱梁截面中心梁高2．635m，橫橋向支座中心距為4．4m．箱梁截面尺寸見圖1．運架梁施工機械主要有HZQ900型運梁車、架橋機；DCY900型運梁車、SPJ900型架橋機；JQ900B型運梁車、架橋機．

圖1 箱梁截面圖（單位：mm）

1 荷載工況與技術(shù)控制指標(biāo)

1.1 荷載工況

1）運架梁施工過程 預(yù)制箱梁架設(shè)施工，首先運梁車從梁場馱運箱梁①，駛過已就位的箱梁②，至喂梁位置，架橋機以就位箱梁②為作業(yè)平臺，提取待架箱梁①，并縱移至相應(yīng)位置后落梁，該孔箱梁①架設(shè)就位，運梁車返回梁場，架橋機以箱梁①為作業(yè)平臺移動過孔就位，一班架梁作業(yè)完成，等待架設(shè)下一片箱梁［3］．

2）主要荷載 分析對象為作業(yè)平臺處的箱梁，主要施工荷載包括移動荷載和靜荷載，其中，移動荷載為：運梁荷載、架橋機過孔荷載；靜力荷載為：架橋機提梁、落梁過程中的作用荷載［4］．根據(jù)運架梁施工特點，移動荷載考慮1．05的沖擊系數(shù)；運梁階段除運梁荷載外，考慮溫度荷載與施工偏載（箱梁升溫溫差10℃、降溫溫差8℃，荷載橫橋向偏載200mm）；支座考慮1．2的設(shè)計承載能力提高系數(shù)．

施工機械中HZQ900型運梁車最大輪壓為737kN，JQ900B型架橋機最大支腿力為2 271．5 kN，箱梁荷載分布見圖2、圖3．

1.2 技術(shù)控制指標(biāo)

運架梁施工階段主要技術(shù)指標(biāo)控制條件見表1．

圖2 HZQ900型運梁車荷載布置圖（單位：mm）

圖3 JQ900B型架橋機最大支腿力工況荷載布置圖（單位：mm）

表1 運架梁施工階段主要技術(shù)控制指標(biāo)

2 結(jié)果分析

2.1 箱梁整體受力分析

選取運梁、架梁過程中最不利荷載工況，按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計算箱梁整體結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、混凝土應(yīng)力等控制指標(biāo)［5］，并與箱梁運營階段進(jìn)行對比．箱梁計算結(jié)果見表2．

表2 箱梁計算結(jié)果匯總表

計算結(jié)果表明，運梁階段箱梁強度、抗裂系數(shù)均小于運營階段設(shè)計安全系數(shù)，其中HZQ900型運梁車最小強度系數(shù)為1．82，最小抗裂系數(shù)為1．2．架梁階段箱梁強度、抗裂系數(shù)均接近或大于運營階段設(shè)計安全系數(shù)，其中JQ900B型架橋機最小強度系數(shù)為2．26，最小抗裂系數(shù)為1．52．

運梁階段箱梁混凝土最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力均大于架梁階段和運營階段，其中HZQ900型運梁車最大主拉應(yīng)力較運營階段高252．78%，最大剪應(yīng)力高35．21%．箱梁上緣混凝土最小壓應(yīng)力變化幅度不大，而運梁階段下緣混凝土壓應(yīng)力均遠(yuǎn)小于運營階段，其中HZQ900型運梁車僅0．2MPa．

因此，運梁荷載較架梁荷載而言，對箱梁整體受力影響更明顯，對箱梁強度、抗裂、混凝土應(yīng)力產(chǎn)生的不利影響更大．

2.2 箱梁局部受力分析

運梁荷載通過運梁車輪胎作用在箱梁頂板上，架梁荷載通過架橋機支腿作用在梁端及靠近梁端的頂板上，箱梁局部范圍荷載作用較大．運架梁階段箱梁局部受力空間分析見圖4、圖5．按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對箱梁進(jìn)行橫向計算分析，箱梁橫向鋼筋應(yīng)力及混凝土裂縫計算結(jié)果見表3．

空間分析結(jié)果表明，運梁階段箱梁頂板橫橋向拉應(yīng)力集中在運梁車輪壓范圍，應(yīng)力值為2．343MPa；架梁階段梁端頂板橫橋向拉應(yīng)力分布范圍較大，應(yīng)力值為2．102MPa，梁端底板產(chǎn)生較大壓應(yīng)力，支座及進(jìn)人孔位置應(yīng)力集中，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在進(jìn)人孔位置，應(yīng)力值為8．236MPa．

運梁階段在運梁車輪壓作用范圍內(nèi)，箱梁頂板為受壓構(gòu)件，橫向鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度均遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，有較大的安全儲備．架梁階段因施工荷載作用力較大，箱梁頂板多為受拉構(gòu)件，梁端頂板各項計算指標(biāo)較運梁階段明顯，更接近規(guī)范限值．JQ900B架橋機作用荷載下，最大單個支腿力2 271．5kN，梁端鋼筋拉應(yīng)力也達(dá)到185MPa，裂縫0．197mm．

圖4 HZQ900型運梁車運梁階段箱梁跨中橫橋向正應(yīng)力云圖

圖5 JQ900B型架橋機架梁階段最大支腿力工況梁端橫橋向應(yīng)力云圖（應(yīng)力云圖中正號表示拉應(yīng)力，負(fù)號表示壓應(yīng)力）

表3 箱梁橫向鋼筋應(yīng)力及混凝土裂縫計算結(jié)果表

表4 箱梁最大支反力匯總表

2.3 箱梁最大支反力分析

平臺箱梁往往同時承載著運梁車、架橋機和待架箱梁三者的重量，在架梁過程中會集中作用在箱梁一端，不僅對箱梁結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生較大影響，也產(chǎn)生較大的支座反力，對支座構(gòu)件的安全性能也有一定影響．3種施工機械各階段最大支反力與箱梁運營階段最大支反力進(jìn)行對比，結(jié)果見表4．

計算結(jié)果表明，運梁階段、架梁階段箱梁最大支反力均大于運營階段．運梁階段最大支反力滿足1．2倍支座設(shè)計承載力限值要求．架梁階段最大支反力工況下，單端支反力均超出限值要求，最高達(dá)到1．55倍，需采取有效措施保證支座受力安全可靠．

3 結(jié) 論

經(jīng)上述分析研究，通過計算HZQ900，DCY900，SPJ900，JQ900B等多種型號施工機械荷載作用，32m預(yù)制箱梁運架梁階段受力分析主要結(jié)論為：

1）運梁階段箱梁強度、抗裂安全系數(shù)均小于運營階段，混凝土最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力均大于運營階段，運梁工況是簡支箱梁縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計控制工況．

2）運梁階段箱梁頂板橫橋向拉應(yīng)力集中在運梁車輪壓范圍；架梁階段梁端頂板橫橋向拉應(yīng)力分布范圍較大，梁端底板產(chǎn)生較大壓應(yīng)力，支座及進(jìn)人孔位置應(yīng)力集中．

3）運梁階段箱梁頂板鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度均遠(yuǎn)小于規(guī)范限值，有較大的安全儲備．架梁階段頂板各項計算指標(biāo)較運梁階段明顯，更接近規(guī)范限值，架梁工況為簡支箱梁橫向鋼筋設(shè)計控制工況．

4）運、架梁階段箱梁最大支反力均大于運營階段．運梁階段箱梁支座具有一定的安全儲備量．架梁階段最大支反力均超出限值要求，JQ900B型架橋機最大支反力達(dá)到1．55倍，需采取有效措施保證支座受力安全可靠．

［1］唐經(jīng)世．鐵路架橋機、運梁車的發(fā)展歷程及成就［J］．建設(shè)機械技術(shù)與管理，2009，22（11）：97－99．

［2］陳 靈．高速鐵路箱梁架運設(shè)備的一些新發(fā)展［J］．建設(shè)機械化，20010，31（4）：39－43．

［3］郭 華．客運專線32m整孔箱梁架設(shè)施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2009（12）：39－43．

［4］鄧運清，盛黎明．秦沈客運專線大噸位架橋設(shè)備的應(yīng)用［J］．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，2001，21（9）：13－17．

［5］鄧運清．客運專線鐵路整孔簡支箱梁優(yōu)化設(shè)計研究［D］．北京：北京交通大學(xué)，2006．