“六四式”鐵路桁梁在高鐵大跨度連續(xù)梁施工中的運(yùn)用

徐傳銀 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司上海鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部

1 “六四式”桁梁的特點(diǎn)

“六四式”鐵路桁梁是我國自行研究設(shè)計(jì)的、中等跨度適用、標(biāo)準(zhǔn)軌距和1 m軌通用的一種鐵路橋梁搶修制式器材，1964年經(jīng)國務(wù)院軍工產(chǎn)品定型委員會(huì)設(shè)計(jì)定型，代號(hào)為102。在實(shí)際使用于1967年將其主要構(gòu)件（標(biāo)準(zhǔn)三角標(biāo)準(zhǔn)弦桿）的部分材料改為15錳釩鈦高強(qiáng)低合金鋼后提高了構(gòu)件承載能力，增大了適用性。改良后的“六四式”鐵路桁梁定名為“加強(qiáng)型六四式鐵路桁梁”，其代號(hào)為102-2，不進(jìn)行加強(qiáng)處理的桁梁則定為102-1，兩種型號(hào)的構(gòu)件可以互換裝配。“六四式”鐵路桁梁是一種全焊構(gòu)架、銷接組裝、單層或雙層多片式上承鋼桁梁，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）構(gòu)件型號(hào)少，構(gòu)件、配件具有高度的互換性，不論組拼何種跨度和型式的桁梁，所有構(gòu)件和配件全部通用。

（2）結(jié)構(gòu)輕便，構(gòu)造簡單，可用人工或小型機(jī)具組拼，適合全天候作業(yè)。

（3）可以逐片組拼，分片或分組架設(shè)，分組、分片的重量輕，可以采用簡易設(shè)備進(jìn)行安裝，安裝速度快、效率高。

（4）輪廓尺寸小，單元重量輕，運(yùn)輸及安拆方便。

“六四式”鐵路桁梁適用跨度在16 m～48 m跨度范圍內(nèi)，加強(qiáng)型六四式鐵路桁梁器材在16 m～53 m跨度范圍內(nèi)，作為靜態(tài)結(jié)構(gòu)的受力桿件，則需要通過受力計(jì)算確定是否滿足結(jié)構(gòu)受力要求。桁梁除可以拼組鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨度外，配用不同長度的輔助端構(gòu)架，除 18.5 m、22.5 m、26.5 m、30.5 m、34.5 m、38.5 m、42.5 m、46.5 m、50.5 m等幾種跨度不能拼組外，其余都可以按每0.5 m變化跨度，能夠完全適應(yīng)我國鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨度和現(xiàn)有非標(biāo)準(zhǔn)跨度橋梁的梁部結(jié)構(gòu)的搶修之用。低支點(diǎn)套器材除可以拼組鐵路標(biāo)準(zhǔn)跨度梁外，非標(biāo)準(zhǔn)跨度的梁只能按標(biāo)準(zhǔn)跨度增加1 m或增加2 m兩種長度調(diào)整跨度。

2 “六四式”桁梁在高鐵大跨度連續(xù)梁膺架施工中的運(yùn)用

新建××高速鐵路跨洞涇港現(xiàn)澆連續(xù)梁施工里程為K026＋241.660～DK026＋463.360，梁體結(jié)構(gòu)形式為 60+100+60 m連續(xù)箱梁，位于洞涇港橋段36#墩至39#墩之間，兩側(cè)與32 m簡支梁橋墩連接，橋梁主跨37-38#墩處跨越洞涇港，河流與線路大里程方向夾角為37°，詳見圖1。

圖1 跨洞涇港連續(xù)梁橋址平面布置圖

連續(xù)梁主墩37、38#墩高度為12 m，中支點(diǎn)處梁高為7.85 m、跨中梁高4.85 m，梁底距施工河床水位最大高度為13m。其主跨跨越的新洞涇河道為六級(jí)航道，要求通航凈空為22 m×3.5 m。

跨洞涇港連續(xù)梁的梁部施工原設(shè)計(jì)為懸灌法施工，為滿足工期要求而變更為支架法施工，而支架法施工同樣又面臨以下難題：

（1）梁體荷載大，支架凈跨度大，膺架材料選擇困難；

（2）施工場地狹窄，水面凈空低，膺架加工、安拆難度大；

（3）航道區(qū)域內(nèi)水淺且作業(yè)面窄，不利于大噸位浮吊作業(yè)。

由于航道寬度要求22 m，加上水上防護(hù)措施的寬度，膺架主跨最大凈跨度達(dá)到26.5 m，膺架材料有“貝雷梁、桁梁、鋼桁梁及鋼箱梁”幾種方案可供選擇。經(jīng)過多種方案的技術(shù)及經(jīng)濟(jì)對比分析，最后決定采用相對經(jīng)濟(jì)且安裝方便的“六四”桁梁作為膺架材料。

2.1 連續(xù)梁支架的設(shè)計(jì)原則

混凝土梁現(xiàn)澆支架結(jié)構(gòu)由“六四式”鐵路桁梁和鋼管臨時(shí)墩拼組而成，采用梁墩式結(jié)構(gòu)，分成六個(gè)支墩組成，梁部結(jié)構(gòu)由“六四式”桁梁組成。考慮到通航要求和現(xiàn)澆支架應(yīng)具有足夠剛性，能滿足箱梁施工過程中撓度控制的需要，故將全橋分為5跨（16 m+16 m+28 m+16 m+16 m），分別采用16 m單層梁和28 m雙層梁，兩邊支墩均置于臨時(shí)墩頂墊梁上。28 m跨橫向布置18片桁梁，其中中間14跨為雙層六四梁，兩邊各有兩片單層六四梁；16 m跨橫向布置18片單層桁梁，永久墩側(cè)鋼管支撐上橫向布置18片桁梁，詳見圖2。

圖2 跨洞涇港連續(xù)梁膺架構(gòu)件布置

2.2 連續(xù)梁膺架部分受力計(jì)算

膺架結(jié)構(gòu)的受力計(jì)算可利用“MIDAS”、“橋梁博士”等施工軟件進(jìn)行計(jì)算，本文中僅以人工計(jì)算的模式闡述計(jì)算原理。

2.2.1 計(jì)算模型的建立

桁架模型計(jì)算不夠精確，有時(shí)誤差較大。如按完全剛架結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，則與結(jié)構(gòu)實(shí)際狀況不符，由于基本單元間的聯(lián)結(jié)采用銷釘連接，即可以認(rèn)為是鉸結(jié)，而按鋼架結(jié)構(gòu)處理顯然不合適，尤其對結(jié)構(gòu)位移的計(jì)算誤差較大。鑒于按桁架模型和鋼架模型存在的諸多問題，考慮其基本單元的全焊特性和全部桿件的作用，及基本單元間的銷釘聯(lián)接方式，采用鋼鉸混合模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析是比較符合結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況的—即基本單元內(nèi)的聯(lián)結(jié)方式采用剛結(jié)，基本單元間的聯(lián)結(jié)方式采用鉸結(jié)，并考慮全部桿件的作用。該模型充分考慮了結(jié)構(gòu)單元內(nèi)部與外部聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，在力學(xué)模型上最為先進(jìn)，本計(jì)算就基于鋼鉸混合模型。

2.2.2 施工荷載取值

（1）鋼筋混凝土容重：取γ=26 kN/m3

（2）施工人員及機(jī)具：取2.5 kPa

（3）振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：取2.0 kPa

（4）六四梁自重：雙層每片：取0.28t/m（未含聯(lián)接系鋼枕）

（5）鋼枕（I 16）：20.5 kg/m，沿梁縱向間距1 m布置。

2.2.3 荷載計(jì)算

分施工過程和脫模兩個(gè)工況進(jìn)行分析。工況一考慮了梁體自重、施工荷載、模板、六四梁自重、鋼枕等荷載；工況二只考慮了系梁自重、六四梁自重、鋼枕等荷載。由于該箱梁斷面較小，按平均分配荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）28 m跨荷載分布計(jì)算

工況一（澆筑混凝土）：

箱梁每延米荷載：

梁體自重：38 t/m；施工人員與機(jī)具：6×2.5 kN/m2=1.5 t/m；振搗荷載：6×2.0kN/m2=1.2t/m；模板：取 3t；六四梁自重:3t/m；鋼枕（I 16）：60t/100m＝0.6t/m。

則每延米荷載合計(jì)：47 t/m，每片梁荷載分布為3.36 t/m(僅考慮中間14片六四梁的力)。

工況二（脫模以后）：

底板下方每延米荷載：

梁體自重：38 t/m；六四梁自重:3 t/m；鋼枕（I 16）：0.6 t/m。則每延米荷載合計(jì)：41.6 t/m，每片梁荷載分布為2.97 t/m。

內(nèi)力計(jì)算如下：

計(jì)算六四梁各個(gè)桿件受力，弦桿受力:

弦桿為兩個(gè)[16b，截面面積為 25.1 cm2×2=50.2 cm2；

16Mn 的允許受拉[σ]=210 MPa=2.1 t/cm2；

弦桿可承受的拉力為[T]=105.42 T；

T＜[T]，弦桿滿足受力條件。

每個(gè)豎桿所受的壓力為：N=3.36 t/2=1.68 t；

每個(gè)中豎桿允許受壓:[N]=10 t；

N＜[N]，同樣中豎桿滿足受力條件。

斜腹桿可承受42 t的壓力，實(shí)際承受的力遠(yuǎn)小于這個(gè)數(shù)，所以斜腹板受力滿足施工要求。

單片梁在中間兩個(gè)墩的受力為:47.04 t。

（2）16 m跨荷載分布計(jì)算

邊跨單片承受的壓力為3.36 t/m，具體受力詳見圖3。

圖3 邊跨受力圖

內(nèi)力計(jì)算如下:

承受的壓力分別為:N1=10.25 t；N2=47 t；N3=27.25 t。

首先檢算六四梁的弦桿受拉:

弦桿滿足受力要求。

綜上可知六四梁的受力滿足要求。

（3）膺架分配梁部分及管樁部分受力檢算

橫梁部分的受力檢算

受力最大的中間兩個(gè)臨時(shí)墩橫梁，具體受力詳見圖4。

圖4 中間臨時(shí)墩受力圖

受力大小詳見圖5和圖6，最大彎矩為：M=32.39 t·m。

圖5 剪力圖

圖6 彎矩圖

可承受的最大壓力為:N=205 t；

檢算橫梁:2I40a；W=2 180 cm3；

大橫梁下面墩橫梁檢算:

受力詳見圖7。

圖7 下橫梁受力圖

所受彎矩和剪力詳見圖8和圖9。

圖8 彎矩圖

圖9 剪力圖

橫梁的受力情況:

橫梁受力滿足施工要求。

2.3 桁梁的安裝及拆除施工

2.3.1 桁梁的安裝施工

桁梁的安裝在管樁立柱及上方的分配工字鋼安裝完畢后進(jìn)行?？缰胁糠至牧簽殡p層結(jié)構(gòu)，施工先按每聯(lián)的長度拼裝完下面一層，再拼裝上面一層。底層的六四梁先按每聯(lián)放在一條直線上，上層六四梁和底層連接采用吊機(jī)和導(dǎo)鏈進(jìn)行調(diào)整，打入銷子進(jìn)行銷接。端構(gòu)架拼裝采用先拼裝斜桿，再拼裝豎桿，然后再拼裝端構(gòu)架的方法。拼裝時(shí)用導(dǎo)鏈先將斜桿和豎桿臨時(shí)固定，用吊機(jī)吊裝端構(gòu)架進(jìn)行拼裝。

每組六四桁梁重約10 t，采用20 t浮吊吊裝。架設(shè)順序如下：

（1）在下部結(jié)構(gòu)頂橫梁上進(jìn)行測量放樣，定出六四梁的準(zhǔn)確位置。

（2）將拼裝好后的一組六四梁主桁片裝上運(yùn)輸船并運(yùn)至橋跨處。

（3）六四梁安裝到橫梁后先臨時(shí)固定，然后再安裝以下各組，最后用鋼枕連成一個(gè)整體。

為保證通航的需要，六四桁鋼的設(shè)置高度足滿12 m要求。要在六四梁上掛設(shè)警示標(biāo)志，標(biāo)明控制行航高度。

2.3.2 桁梁的拆除施工

根據(jù)橋梁的特點(diǎn)，六四桁梁分段搭設(shè)、分段拆除的原則進(jìn)行施工。拆除時(shí)先拆除主航道正上方部分，再拆除航道兩側(cè)單層搭設(shè)部分。

（1）主航道上方桁梁的拆除

主航道上方桁梁為雙層搭設(shè)，翼緣板下方部分可以排為單位整體卸落，梁體底板下方桁梁拆除時(shí)先解除桁梁之間的所有聯(lián)結(jié)構(gòu)件，再將桁梁以單節(jié)標(biāo)準(zhǔn)架或兩節(jié)標(biāo)準(zhǔn)架為單位卸落至地面，吊裝機(jī)械選用浮吊，浮吊置于航道中。

底層桁梁拆除時(shí)由于以梁底的最大凈空為7 m，可以排為單位整體拆除。

（2）航道兩側(cè)桁梁的拆除

每聯(lián)桁梁含7片標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)架，2片端構(gòu)架?？傊?.009 t，加聯(lián)結(jié)件按4.2 t計(jì)，施工采用浮吊結(jié)合汽車吊時(shí)以排為單位整體拆除，先解除桁梁與下方工字鋼的聯(lián)結(jié)，先、卸落翼緣板下方的部分，再將梁底部分平移至翼緣板下方卸落。平移桁梁時(shí)在兩端鋼管柱上焊接支點(diǎn)利用桁梁下方工字鋼做滑道，用手拉葫蘆將桁梁以排為單位移到梁連線正下方處再用浮吊結(jié)合汽車吊卸落，卸落桁梁時(shí)汽車吊置于河岸上。

3 “六四式”桁梁在高鐵大跨度連續(xù)梁膺架施工中的優(yōu)點(diǎn)

（1）從受力角度來說，由于主跨凈跨度大，采用貝雷梁需三層加強(qiáng)型拼裝方能滿足要求，且?guī)缀跤玫讲牧系某休d極限，施工安全風(fēng)險(xiǎn)大，同時(shí)梁面凈空低，施工空間不足。采用六四桁梁雙層拼裝即有效解決了這一難題。

（2）從經(jīng)濟(jì)角度來說，采用鋼箱梁或鋼桁梁需制作工藝復(fù)雜、制作后成品不利于周轉(zhuǎn)使用，從而造成材料浪費(fèi)且耗用鋼材數(shù)量大。而桁梁作為周轉(zhuǎn)料可直接向工廠租賃使用，從而節(jié)約了成本，也節(jié)省了制作時(shí)間。

（3）從施工角度來說，由于梁面凈空低，鋼桁梁及鋼箱梁自重大，不利于現(xiàn)場安裝尤其是拆除。而桁梁是構(gòu)件組裝、自重較輕，安裝方便，拆除時(shí)可以選擇多種方法，有利于工序安排。

4 結(jié)束語

跨洞涇港特大橋連續(xù)梁自開始進(jìn)行梁體部分的施工，至梁體施工結(jié)束，安全質(zhì)量控制良好。其間多種工序交叉作業(yè)，使用桁梁作為膺架材料安拆方便，節(jié)約了成本，提高了工效。