鐵路道岔連續(xù)梁柱梁法現(xiàn)澆支架設(shè)計和檢算

黃攀

摘要：道岔連續(xù)梁是鐵路工程中一種特殊的結(jié)構(gòu)形式，文章以渝懷鐵路增建二線舞水灣灘1#特大橋40#-45#墩道岔連續(xù)梁為例，結(jié)合橋跨結(jié)構(gòu)和地質(zhì)情況，采用鋼管立柱和貝雷梁桁架作為主要受力構(gòu)件，進行柱梁法現(xiàn)澆支架設(shè)計，通過有限元軟件MIDAS/civ-il建立模型，對支撐系統(tǒng)的強度、剛度、穩(wěn)定性、基礎(chǔ)承栽力等進行檢算，分析了支架結(jié)構(gòu)安全。

關(guān)鍵詞：支架;設(shè)計;檢算;安全

中圖分類號：u445.4 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）12-0001-04

1概述

隨著目前國內(nèi)橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展，我國橋梁建設(shè)水平日新月異，柱梁法現(xiàn)澆支架被越來越多的應(yīng)用于變截面連續(xù)梁。本文以渝懷鐵路增建二線一種典型的變截面道岔連續(xù)梁為例，較為全面的考慮到各種因素的影響，針對性的進行柱梁法現(xiàn)澆支架的設(shè)計，并采用有限元軟件進行結(jié)構(gòu)計算分析，驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性，對于變截面連續(xù)梁高大模板支架施工具有一定的借鑒意義。

2工程概況

渝懷鐵路增建二線引入懷化樞紐工程舞水灣灘1#特大橋40#～45#墩采用（3x32+2x24）m的道岔連續(xù)梁，連續(xù)梁全長147.3m，縱坡1.2%，正線里程為YHXDK9+543.285～YHXDK9+690.785，于YHXDK9+543處開始由單線變雙線鐵路橋梁，形成道岔連續(xù)梁。梁體為單箱單室變單箱雙室、直腹板、等梁高結(jié)構(gòu)，截面最低點處梁高為3.05m。梁體結(jié)構(gòu)形式為C50預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，箱梁頂寬6.6m～11.81m，箱梁底寬4.2～9.41m;頂板厚度30cm，腹板厚度50～80cm，底板厚度30cm，在支承處、箱梁頂、底腹板局部加厚。全橋共設(shè)6道橫隔板，分別設(shè)于中支點、端支點，并設(shè)進人孔，供檢查人員通過。全梁C50混凝土1415m³，鋼筋297t，預(yù)應(yīng)力鋼絞線57t。該連續(xù)梁處于清山溪停車場，場地較為平整，有15cm混凝土硬化，地質(zhì)從上往下依次為：0～9m厚人工填土、0～3m全風(fēng)化板巖（承載力200kPa）、18.5m～24.5m強風(fēng)化板巖（承載力400kPa）、中風(fēng)化板巖（承載力600kPa）。

3支架設(shè)計

3.1模板體系

底模采用15mm厚竹膠板，竹膠板下緊貼60x80mm木方作為縱梁，木方在箱梁實心腹板處間距l(xiāng)OOmm布置，在箱室底板區(qū)間距200mm布置，木方下采用I14工字鋼橫梁，橫梁間距考慮貝雷梁受力節(jié)點，按照750mm間距布置。箱梁側(cè)模和翼緣板底模采用整體桁架式定型鋼模，規(guī)格1500mm/塊，背肋和支撐采用槽鋼焊接而成。

3.2柱梁支撐體系

3.2.1貝雷梁布置

采用321型貝雷梁，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為3000x1500mm，根據(jù)道岔連續(xù)梁墩頂之間凈跨情況增加部分1500x1500mm型號。橫橋向貝雷梁在底板區(qū)均勻布置，腹板區(qū)加密布置。由于道岔連續(xù)梁從42#墩開始為向左側(cè)曲線加寬，并增加中腹板，因此需要適當(dāng)增加貝雷梁以滿足曲線段腹板全部位于加密區(qū)。貝雷梁采用標(biāo)準(zhǔn)450mm支撐架作為橫向連接。

貝雷梁底部主橫梁采用雙拼488x300H型鋼，主橫梁和貝雷梁之間采用u型扣鎖定，確保穩(wěn)定性。

3.2.2臨時支墩鋼管立柱布置

該道岔連續(xù)梁跨度有32m和24m兩種跨度類型，根據(jù)每跨之間凈跨進行支架布置，同時應(yīng)考慮到貝雷梁的受力特點，貝雷梁跨度按照3m和1.5m整數(shù)倍且不超過12m為宜。此外由于橋墩有30：1的坡度，故前4跨均需要貝雷梁懸臂1.5m，以滿足鋼管立柱和橋墩斜坡面之間的部分支架要求。詳具體布置見表1。

每跨中支墩采用Ф630x8mm鋼管立柱，邊支墩采用Ф457x7mm鋼管立柱，立柱高度統(tǒng)一為16.5m，用12m和4.5m長度螺旋鋼管法蘭連接。

鋼管立柱之間、鋼管立柱和橋墩之間均采用橫向、縱向采用[25槽鋼作為水平連接，橫向每排臨時支墩的鋼管立柱采用斜撐加強，形成整體，確保架體穩(wěn)定性。

3.2.3卸落系統(tǒng)

為方便支架卸落，在鋼管立柱頂部安裝卸落砂箱，總高480mm，砂箱外鋼管和立柱同規(guī)格，內(nèi)套管小50mm，砂箱頂部和底部各設(shè)15mm厚鋼板。砂箱底部鋼板與立柱鋼管法蘭連接，頂部鋼板用于支撐2H488主橫梁。砂箱內(nèi)灌潔凈河砂，外鋼管設(shè)出砂口，可卸落高度控制在15-20cm，方便支架卸落。

3.2.4基礎(chǔ)設(shè)計

根據(jù)設(shè)計圖紙中地質(zhì)資料，人工填土層填料、密實情況不均勻，情況復(fù)雜，不能作為基礎(chǔ)，因此中支墩采用樁基礎(chǔ)，樁徑1.0m，采用C30鋼筋混凝土，樁底進入強風(fēng)化板巖（承載力400kPa）層不小于2m。為方便樁基礎(chǔ)與鋼管立柱連接，在樁頂設(shè)置1.0x1.0x0.8m的樁帽，采用C30鋼筋混凝土，樁帽頂部預(yù)埋鋼板，與鋼管立柱法蘭連接。

邊支墩鄰近橋墩承臺，將承臺局部加寬50cm，頂面預(yù)埋鋼板作為基礎(chǔ)，和鋼管立柱螺栓連接。

4支架檢算

4.1檢算內(nèi)容

對本文柱梁法現(xiàn)澆支架支承系統(tǒng)，主要檢算在結(jié)構(gòu)自重及施工荷載作用下支架系統(tǒng)的強度、剛度、穩(wěn)定性、基礎(chǔ)承載力、抗傾覆穩(wěn)定性。

4.2荷載及荷載組合

4.2.1荷載取值

荷載是支架設(shè)計方案的決定性因素，支模架系統(tǒng)檢算時，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，主要考慮以下荷載：

（1）新澆混凝土濕重形成的豎向壓力及側(cè)向壓力，其容重取26kN/m³。

（2）支架自重，按照圖紙建立模型，定義相應(yīng)的材料特性，由軟件自動計算。

（3）模板重量按照0.105kN/m²計算。

（4）梁段翼緣板下支架按照對應(yīng)縱梁數(shù)目不同分別取0.53kN/m和0.35kN/m。

（5）施工人員及施工設(shè)備荷載，取2.5kN/m²;

（6）振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，取2.0kN/m²;

（7）泵送混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，取2.0kN/m²;

（8）風(fēng)荷載參照規(guī)范，按0.32kPa施加于支架橫橋向。

4.2.2材料特性

（1）混凝土自重G=26kN/m³。

（2）鋼材彈性模量E=206GPa。

（3）方木彈性模量E=9GPa。

（4）材料強度設(shè)計值見表2所示：

4.2.3荷載組合

在進行強度、內(nèi)力驗算時，采用基本組合，支架結(jié)構(gòu)自重、新澆混凝土荷載及模板等恒載分項系數(shù)取1.2，施工活載分項系數(shù)取1.4;在進行剛度驗算時，采用標(biāo)準(zhǔn)組合，分項系數(shù)均取1;在進行穩(wěn)定性分析時，根據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，恒載分項系數(shù)取1.2，施工活載分項系數(shù)取0.9×1.4。

本橋根據(jù)設(shè)計圖，支架取其上架設(shè)箱梁總重，分至支架對應(yīng)各的部位處，其中第1～2跨箱梁截面是單箱單室，第3～5跨截面是單箱雙室。根據(jù)箱梁截面的受力特點，劃分箱梁斷面如圖1得到箱梁各分?jǐn)嗝鎸?yīng)的重量，見表3。

4.3支架系統(tǒng)檢算

4.3.1支架計算模型

支架采用有限元軟件MIDAS/civil進行計算，計算采用整體模型，計算模型如圖2所示，其余跨略。由于支架共有5跨，需對各跨分別進行驗算，本文中僅以第3跨為例進行分析。

4.3.2支架結(jié)構(gòu)強度檢算

（1）鋼管立柱及橫縱向連接桿

鋼管立柱及橫縱向連接桿最大應(yīng)力為186.0MPa，發(fā)生在第一列第二排鋼管立柱頂部縱向連接桿處，如圖3，支架最大應(yīng)力小于215Mpa，滿足要求。

（2）鋼管立柱頂部橫梁

由模型計算出主橫梁應(yīng)力等值線圖知橫梁最大應(yīng)力為71.60MPa，發(fā)生在橫梁與第一列第三排鋼管立柱搭接位置，最大應(yīng)力值小于310MPa，橫梁強度滿足要求。

（3）貝雷梁

貝雷梁最大應(yīng)力為307.4MPa，發(fā)生在貝雷梁與第二列第二排鋼管立柱頂部貝雷梁豎桿處，如圖4，最大應(yīng)力值小于310MPa，貝雷梁強度滿足要求。

4.4支架結(jié)構(gòu)剛度驗算

考慮混凝土梁體的濕重，標(biāo)準(zhǔn)組合作用取：1.0×梁體混凝土濕重+1.0×模板重量+1.0x施工荷載）下。參考《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011第5.2.7條，支架的容許壓縮變形或彈性撓度，為相應(yīng)結(jié)構(gòu)計算跨度的1/400。

由圖5，可知支架整體結(jié)構(gòu)豎向最大位移值為11.9mm，該跨最大計算撓跨比為9000/400mm=22.5mm>11.9mm，滿足規(guī)范要求。

4.5支架穩(wěn)定性驗算

考慮混凝土梁體的濕重，根據(jù)《鐵路混凝土梁支架法現(xiàn)澆施工技術(shù)規(guī)程》（TBl0110-2011）相關(guān)規(guī)定，應(yīng)對支架結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性進行驗算，荷載組合為1.0x梁體混凝土濕重+1.0x模板重量+0.9xlax施工活載。利用Midas/civil對本結(jié)構(gòu)進行屈曲分析，第3跨支架的穩(wěn)定性驗算如圖6。

由圖6，可知支架的一階模態(tài)穩(wěn)定系數(shù)為7.9，大于規(guī)范規(guī)定的穩(wěn)定系數(shù)4，因此該支架整體穩(wěn)定性滿足要求。

4.6支架基礎(chǔ)承載力驗算

由圖7知，該荷載組合下支架底部單根鋼管立柱反力最大值為878.8kN。支架基礎(chǔ)均為直徑1.0m的樁基礎(chǔ)，樁底入基巖深度不小于2.0m，基巖單軸抗壓強度1600kPa，樁基頂部澆筑1.0x1.0x0.8m的C30鋼筋混凝土樁帽。

σ1=N/A=878.8×103/（800x800）=1.373MPa≤[σ]=8.0MPa，合格。

樁底容許承載力為

[P]=R（C1A+C2Uh）=1600x（0.4x3.14x1×1/4+0.03x3.14x1×10）=2009.6KN>878.8KN故地基承載力滿足要求。

4.7支架整體抗傾覆穩(wěn)定性驗算

由作用在支架結(jié)構(gòu)和模板體系上的風(fēng)荷載共同對傾覆支點取矩，得到結(jié)構(gòu)傾覆力矩;由模板體系和支架結(jié)構(gòu)重力荷載對傾覆支點取矩得到結(jié)構(gòu)抗傾覆力矩。要求兩者之比不小于1.5。

結(jié)構(gòu)傾覆力矩：

Mq=55.26×21.8/2=602.334kN.m

結(jié)構(gòu)抗傾覆力矩：

Mk=1211.868×9.3/2=5635.19kN·m

結(jié)構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K=M1/Mn=9.4>1.5

故第二跨支架抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

4.8檢算結(jié)果

本文選取第3跨計算為例，支架強度、剛度、穩(wěn)定性、基礎(chǔ)承載力、抗傾覆穩(wěn)定性均滿足要求。其他跨通過同樣的計算，結(jié)果均滿足要求，故本支架設(shè)計檢算合格，滿足要求。

5結(jié)束語

道岔連續(xù)梁相對一般等截面現(xiàn)澆梁來說，其箱室由單箱變?yōu)殡p箱，橫向?qū)挾劝辞€變化，逐漸加寬，結(jié)構(gòu)形式相對復(fù)雜。本工程中支架還受到橋墩坡率、地質(zhì)情況等影響，每跨情況均不一樣，在支架設(shè)計時需要綜合考慮，逐跨分析，逐跨設(shè)計，同時采用有限元軟件MIDAS/civil對支架逐跨建模，逐跨檢算，較為全面的檢算了支架的強度、剛度、穩(wěn)定性、基礎(chǔ)承載力等關(guān)鍵指標(biāo)，保證了結(jié)構(gòu)設(shè)計安全，工程已順利施工完成，可供其他類似工程參考借鑒。