跨鐵路預(yù)制拼裝式安全防護棚施工技術(shù)

喬振宙

（中鐵二十二局集團第四工程有限公司 天津 301700）

0 前言

長株潭城際鐵路易家灣特大橋與京廣鐵路以26°夾角相交，跨京廣鐵路連續(xù)梁主跨80m。連續(xù)梁設(shè)計采用掛籃上跨現(xiàn)澆施工，梁體幅寬為12.2m，施工影響京廣鐵路區(qū)間線路70m。

1 方案選擇

掛籃現(xiàn)澆連續(xù)梁上跨鐵路通常采用棚架式防護和移動式（兜底）防護兩種，二者從技術(shù)、經(jīng)濟及安全等方面來說各有優(yōu)缺點，具體見表1。

表1 防護措施方案比較

從表1中可看出，棚架式防護和移動式（兜底）防護，均存在一定程度上的優(yōu)缺點。

2 預(yù)制拼裝式防護棚設(shè)計及驗算

2.1 棚架設(shè)計

易家灣跨京廣鐵路連續(xù)梁安全防護棚架采用預(yù)制拼裝式，棚架長72m，寬17m，高9.5m，基礎(chǔ)采用鋼筋混凝土擴大基礎(chǔ)，立柱采用H400型鋼，間距為6m，立柱上設(shè)置縱梁，縱梁采用H400型鋼，縱梁上設(shè)置軌道，軌道采用[16槽鋼。

防護棚頂分為20個預(yù)制單元，每個單元由兩榀橫梁組成，間距3.6m，每榀橫梁采用2根H400型鋼，采用法蘭連接，橫梁兩側(cè)由縱向兩根3.6m長H400型鋼連接為矩形，內(nèi)側(cè)縱向設(shè)置分配梁連為整體，分配梁采用C16型鋼，間距1m，縱梁兩端安裝鋼輪，組成可移動的長3.6m，寬17m的可動式單元。橫梁頂部設(shè)置5%雙向排水坡，頂部鋪設(shè)1.2mm厚915型鍍鋅樓承板。

2.2 棚架驗算

2.2.1 荷載計算

①鋼材自重：78.5kN/m3；1.2mm樓承板自重：0.129kN/m2；②棚架頂面均布荷載：取0.5kN/m2；③風荷載：風荷載強度按下式計算：W=K1K2K3W0；式中：W-風載強度；K1-風載體型系數(shù)，工字鋼取1.3；K2-風壓高度變化系數(shù)取1.0；K3-地形、地理條件系數(shù)，取1.0；W0-基本風壓；10年一遇基本風壓：0.25kN/m2。風荷載強度：

W=1.3×1×1×0.25=0.325kN/m2

④墜物沖擊荷載：考慮1.5kN物體墜落，沖擊系數(shù)2.0；

⑤氣動力：由于水平氣動力作用在軌頂之上的最大高度為5m，棚架凈高9.5m，因此對棚架的氣動力作用不考慮。

表2 C16型鋼分配梁參數(shù)

表3 H400型鋼橫梁參數(shù)

2.2.2 荷載組合

棚架自重+棚架頂面均布荷載+墜物沖擊荷載+風荷載

2.2.3 棚架驗算

（1）分配梁驗算

①受力分析：分配梁采用C16型鋼，間距為1m，作用在其上的荷載為：C16型鋼自重0.048kN/m，棚架頂面均布荷載0.5kN/m2，915型鍍鋅樓層板自重0.129kN/m2，沖擊荷載1.5kN。

荷載組合：q=1.2×（0.048+0.129）+0.5×1.4=0.912kN/m

沖擊荷載：P=1.5×2=3.0kN

②截面特性見表2。

③結(jié)構(gòu)驗算：

跨中彎矩：

M=Pl/4+ql2/8=4.18kN·m＜[M]=6.06kN·m，強度滿足要求。

跨中撓度：

Δ=Pl3/48EI+5ql4/384EI=10mm＜l/200=18mm，剛度滿足要求。

（2）橫梁驗算

①受力分析：H400型鋼橫梁的跨度為17m，間距為3.6m，則作用在H400型鋼的均布荷載為：H400型鋼自重0.643kN/m，C16型鋼自重0.048kN/m，棚架頂面均布荷載0.5kN/m2，915型鍍鋅樓層板自重0.129kN/m2，沖擊荷載1.5kN。

荷載組合：q=[16×3.6×0.048/17+3.6×（0.129+0.5）]/2+0.643=1.86kN/m

沖擊荷載：P=3.0kN

②截面特性見表3。

③結(jié)構(gòu)驗算：

跨中彎矩：

M=Pl/4+ql2/8=80kN·m＜[M]=235kN·m，剛度滿足要求。

跨中撓度：

Δ=Pl3/48EI+5ql4/384EI=46mm＜l/200=85mm，剛度滿足要求。

（3）縱梁驗算

①受力分析：H400型鋼縱梁的跨度為6m，作用在H400型鋼的均布荷載為：縱梁自重，棚頂重量，棚架頂面均布荷載0.5kN/m，沖擊荷載1.5kN。

荷載組合：q=9.1+0.643=9.743kN/m

沖擊荷載：按1.05系數(shù)計算。

②截面特性見表4。

表4 H400型鋼縱梁參數(shù)

③結(jié)構(gòu)驗算：

跨中彎矩：

M=ql2/8=46kN·m＜[M]=235kN·m，剛度滿足要求。

跨中撓度：

Δ=5ql4/384EI=3.6mm＜l/200=30mm，剛度滿足要求。

（4）立柱驗算

①受力分析：H400型鋼立柱最大高度為11m，受力主要為反力及自重。

F=68.5kN

②截面特性：

面積：A=81.92cm2；

回轉(zhuǎn)半徑：i=4.6cm；

③結(jié)構(gòu)驗算：

立柱在反力及自重作用下最大壓應(yīng)力：

σ1=F/A=8.36MPa

在風荷載作用下的強度驗算，作用在立柱上的風荷載按均布荷載布置，qf=0.2×wz=0.065kN/m；

棚架頂產(chǎn)生的風荷載為：pf=0325×7×0.4=0.91kN；

將立柱按下端固結(jié)，上端自由計算，此時風荷載引起立柱底部的彎矩最大。

由此引起的彎曲應(yīng)力為：

σ2=8.03MPa

由此可得：總壓力為σ=σ1+σ2=16.33MPa＜[σ]=140MPa；

強度滿足要求。

保守按兩端鉸接計算，取長度系數(shù)，則：

λ=1100/4.6=239.13

查表得：φ=0.142；

σ=59MPa＜[σ]=140MPa；

鋼管柱穩(wěn)定性驗算滿足要求。

3 結(jié)語

預(yù)制拼裝式安全防護棚架采用先預(yù)制后安裝，主要構(gòu)件工廠化預(yù)制不僅提高了施工質(zhì)量，還大大縮短跨既有線施工時間，降低了跨線施工安全風險，確?？缇€連續(xù)梁施工安全順利進行。