一種利用框架貝雷梁進(jìn)行管道懸吊的施工設(shè)計(jì)

李連生

(陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 渭南 714000)

1 工程概況

桂春路站是南寧市軌道交通3號線的一座地下兩層島式帶雙停車線車站。車站位于金湖路與桂春路交叉路口上，沿金湖路東北-西南向敷設(shè)，向東北延伸至匯春路口。

車站外包總長468.9 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度19.7 m，采用11 m島式站臺。主體及附屬基坑均采用明挖法。地面標(biāo)高約74.7 m，結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高約58.5 m，車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻厚800 mm。在匯春路口處，原街道路面之下鋪設(shè)的兩根市政雨水管穿過地下連續(xù)墻，從主體結(jié)構(gòu)頂板上方橫跨。兩根雨水管位于基坑地下連續(xù)墻的冠梁之下，如圖1所示。破除原鋼筋混凝土雨水管后，臨時替換為兩根大直徑鋼制排水管通過，保證車站基坑內(nèi)主體結(jié)構(gòu)修建期間的市政排水通暢。車站基坑回填后期恢復(fù)原雨水管。

圖1 雨水管布置圖

2 方案設(shè)計(jì)

工程采用框架貝雷梁，即框架加貝雷梁的組合結(jié)構(gòu)，包括上方的貝雷梁和下方的矩形框架，貝雷梁通過矩形框架將兩根雨水管環(huán)抱而懸吊起來。

貝雷梁采用“321”裝配式公路鋼橋，主梁桁架組合為雙排單層形式，采取7片貝雷桁架單元，計(jì)算跨度為21 m，如圖2a、圖2b所示。貝雷梁支座設(shè)置于基坑地下連續(xù)墻的冠梁之上。每側(cè)主梁的兩排貝雷架中心間距為45 cm，內(nèi)側(cè)貝雷架中心間距為4.2 m，兩根雨水管的內(nèi)側(cè)凈距為90 cm，如圖2c所示。

矩形框架是固定在貝雷梁下弦桿上的懸吊架，一共7道。每道是由一根上橫梁、一根下橫梁和兩根吊桿首尾鉸接而成的閉合四邊形結(jié)構(gòu)，如圖2c所示。

圖2 框架貝雷梁的組成

3 設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 雨水管

兩根雨水管支撐于懸吊架的下橫梁之上，中心間距2.32 m，外徑1.42 m、壁厚14 mm。雨水管橫向穿過車站基坑的地下連續(xù)墻，連續(xù)墻內(nèi)側(cè)墻壁之間距離為19.7 m。單根雨水管視為計(jì)算跨度為19.7 m的多跨連續(xù)梁，兩端的連續(xù)墻內(nèi)側(cè)墻壁為固定端支座，7道懸吊架的吊點(diǎn)(即下橫梁的支撐點(diǎn))為活動鉸支座。

多跨連續(xù)梁的自重均布荷載：qs=3.14/4×(1.4202-1.3922)×78.5=4.85 kN/m。

雨水管按照重力流污水管道的非滿流進(jìn)行計(jì)算，現(xiàn)管徑1 420 mm大于1 000 mm，故最大設(shè)計(jì)充滿度取值為0.75[1]。

污水的自重均布荷載：qw=(1.392/2)2×(2×3.14/3+1.732/4)×10.3=12.61 kN/m；

設(shè)計(jì)計(jì)算采用的雨水管均布荷載：q=qs+qw=4.85+12.61=17.46 kN/m。

據(jù)MIDAS/Civil軟件建立有限元模型，如圖3所示。

圖3 有限元模型

分析結(jié)果如圖4所示。

圖4 雨水管分析結(jié)果

由圖4b可見，最大組合拉應(yīng)力0.61 MPa

由圖4c可見，最大撓度fmax=0.01 mm

3.2 框架貝雷梁

將圖4a的雨水管支座反力，即吊點(diǎn)反力，反向施加給矩形框架的下橫梁。建立MIDAS/Civil有限元模型，如圖5所示。模型共有節(jié)點(diǎn)793個，單元1 157個，彈性連接92個，支撐邊界條件22個，梁端約束釋放48個。每排主梁各桁架單元之間設(shè)定為鉸接。

圖5 框架貝雷梁有限元模型

3.2.1 強(qiáng)度檢算

(1)貝雷梁主桁的應(yīng)力分析結(jié)果:如圖6所示。

圖6 主桁組合應(yīng)力圖

可見，貝雷梁主桁上的最大組合拉應(yīng)力：204.79 MPa <[σ]=273 MPa[4,5]，強(qiáng)度符合要求；貝雷梁主桁上的最大組合壓應(yīng)力225.15 MPa<[σ]=273 MPa，強(qiáng)度符合要求。

(2)矩形框架的上橫梁、下橫梁應(yīng)力分析結(jié)果:如圖7所示。

圖7 框架橫梁組合應(yīng)力

可見，框架橫梁組合壓應(yīng)力179.93 MPa

3)矩形框架的吊桿應(yīng)力分析結(jié)果:如圖8所示。

圖8 吊桿組合應(yīng)力

可見，吊桿最大組合拉應(yīng)力14.16 MPa

3.2.2 剛度檢算

貝雷梁主桁的撓度圖如圖9所示。

圖9 主桁豎向撓度

4 結(jié) 論

框架貝雷梁的力學(xué)受力分析計(jì)算表明：貝雷梁主桁上存在最大組合應(yīng)力，最大組合拉應(yīng)力與最大組合壓應(yīng)力均滿足強(qiáng)度要求；貝雷梁主桁的最大豎向撓度值約等于撓度限值，故剛度滿足要求?？傊?，桂春路車站的框架加貝雷梁組合懸吊雨水管的施工設(shè)計(jì)是安全可行的。