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    車站跨線鋼桁架旅客天橋頂推施工技術研究

    2023-12-28 10:41:08合肥信睦工程建設有限公司安徽合肥230001
    安徽建筑 2023年12期
    關鍵詞:腹桿天橋剪應力

    張 振 (合肥信睦工程建設有限公司,安徽 合肥 230001)

    1 引言

    隨著我國鐵路建設的飛速發(fā)展,部分老站需要擴能改造以滿足正常的運輸需求,而多數車站改造往往要求不停站。但在既有電氣化鐵路運輸繁忙區(qū)段的樞紐車站新建跨線旅客天橋,受車站列車密集到發(fā)的影響,難以提供天橋架設施工的場地和時間,且存在施工和列車安全等風險。采用頂推法施工,可以利用場外施工場地,優(yōu)化工藝流程,完善組織措施,減少施工與鐵路運輸的相互影響。本文以杭深鐵路蒼南站改擴建項目上跨5 股道鋼桁架旅客天橋架設項目為依托,研究鋼桁架頂推施工技術[1]。

    本文利用MIDAS CIVIL 軟件對鋼桁架天橋進行受力分析,從而確??缇€旅客天橋頂推施工的安全性[2]。

    2 工程概況

    工程項目位于浙江省溫州市蒼南縣靈溪鎮(zhèn)山東村,為杭深線蒼南站既有火車站改擴建工程,全站共5股道。

    站場新建一座旅客天橋,采用箱型鋼桁架結構形式,鋼桁架全長約62.00m,寬9.10m,重約150t,分別跨35.87m 和15.50m 列車通道。天橋支座一端在站房混凝結構牛腿上,另兩處分別在2站臺和3站臺設置支座。

    天橋由兩榀62.0m,高為5.3m 的桁架+桁架間上下弦橫梁組成,屋面設縱梁檁條,底部鋪設壓型鋼板組合樓蓋板。桁架下弦桿為500mm×400mm×12mm×16mm,桁架上弦桿為400mm×400mm×12mm×16mm,桁架直、斜腹桿均為300mm×350mm×14mm×14mm,上弦間 橫 梁 為 400~720mm×250mm×12mm×16mm,下弦間橫梁為H500 mm×300mm×11mm×18mm,屋面檁條為 250mm×150mm×6mm×8mm,材質均為Q345C。

    3 頂推施工方案設計

    面對工期緊、施工難度高、安全風險大、交叉作業(yè)多等難點,對項目施工方案進行優(yōu)化,決定采用頂推滑移施工法,在拼裝平臺設置專用的滑移軌道,并在滑移軌道上進行天橋拼裝,通過液壓爬行器施力,借助滑道、滑板等滑動裝置,分階段將天橋向前頂推,直至滑移到站房支座,既保證了安全高效完成作業(yè)任務,又不影響線路正常運營。

    天橋鋼桁架主體結構施工采用就近3 站臺外側搭設等高拼裝平臺,整體拼裝成型后采用頂推滑移技術進行安裝。

    4 有限元分析

    4.1 荷載選取

    根據相關規(guī)范,需要考慮的計算荷載包括以下幾個方面。①自重。軟件直接定義,自重系數取1.1。②壓型鋼板組合樓蓋自重。自重為70t。③桁架下弦配重。當天橋懸挑長度達到總長1/3時,在桁架尾端下弦桿增加50t 配重,配重均勻布置在桁架最后5m 范圍內。④水平摩阻力。滾動摩擦系數取0.05。⑤風荷載。按《建筑結構荷載規(guī)范》(GB 50009-2019)規(guī)定采用,查附錄E 溫州地區(qū)基本風壓10年一遇為0.35kN/m2。

    采用承載能力極限狀態(tài)法計算,荷載組合系數為恒載取1.2,活載取1.4[3]。

    4.2 計算工況分析及模型

    通過分析,鋼桁架結構頂推過程中,共有4種控制工況。

    ①工況一

    鋼桁架開始頂推,但未到達2 號臺,此時懸挑長度18.00m,為鋼桁架第一個控制工況。

    ②工況二

    此時鋼桁架接觸2 號臺滾軸結構后繼續(xù)頂推,未到達接收墩,頂推過程懸挑長度達到22.00m,斜腹桿與弦桿交點位于2 號臺支點位置,此工況是為了檢算斜腹桿的受力情況。

    ③工況三

    此時桁架沒有到達接收墩,頂推過程懸挑長度為25.60m,支點位于第七和第八根斜腹桿中間時,為鋼桁架控制工況。

    ④工況四

    此時桁架沒有到達接收墩,頂推過程懸挑最大長度為26.75m,考慮為不利工況。

    模型中,鋼桁架各構件均采用梁單元,材料選用Q345C。

    4.3 強度計算結果

    ①工況一計算結果

    由計算結果可知,下弦桿最大組合應力為100MPa<305MPa,最大剪應力為40MPa<175MPa,強度滿足規(guī)范要求。

    ②工況二計算結果

    由計算結果可知,下弦桿最大組合應力為70MPa<305MPa,最大剪應力為12MPa<175MPa,強度滿足規(guī)范要求。

    ③工況三計算結果

    由計算結果可知,下弦桿最大組合應力為418MPa>305MPa,最大剪應力為58MPa<175MPa,抗彎強度不滿足規(guī)范要求。

    ④工況四計算結果

    由計算結果可知,下弦桿最大組合應力為394MPa>305MPa,最大剪應力為85MPa<175MPa,抗彎強度不滿足規(guī)范要求。

    通過以上工況計算,鋼桁架強度計算匯總如表1所示。

    表1 計算結果匯總表

    4.4 剛度計算結果

    考慮當鋼桁架懸挑最長時,最不利。

    由圖中結果顯示,當懸挑最長26.75m 時,鋼桁架最大撓度為f=滿足規(guī)范要求[4]。

    4.5 斜腹桿穩(wěn)定性驗算

    桁架斜腹桿采用300mm×350mm×14mm×14mm 鋼箱梁,材質Q345C,截面面積為A=17416mm2,慣性距I=2.475×108mm4。通過有限元分析,在工況四中斜腹桿的軸力設計值最大,為N=739kN。對應計算長度為6.3m。

    根據《鋼結構設計標準》(GB 50017-2017)附錄D,查表得φ=0.842,305.0MPa,穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求。

    4.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗算

    天橋頂推過程中,當鋼桁架滑過2號臺時,懸挑長度達到最大26.75m 時,為最不利工況,計算受力簡圖如圖18 所示。

    圖1 天橋結構示意圖(mm)

    圖2 鋼桁架整體拼裝示意圖

    圖3 鋼桁架頂推施工示意圖

    圖4 工況一邊界條件

    圖5 工況二邊界條件

    圖6 工況三邊界條件

    圖7 工況四邊界條件

    圖8 工況一組合應力(單位:MPa)

    圖9 工況一剪應力(單位:MPa)

    圖10 工況二組合應力(單位:MPa)

    圖11 工況二剪應力(單位:MPa)

    圖12 工況三組合應力(單位:MPa)

    圖13 工況三剪應力(單位:MPa)

    圖14 工況四組合應力(單位:MPa)

    圖15 工況四剪應力(單位:MPa)

    圖16 撓度(單位:mm)

    圖17 軸力設計值(kN)

    圖18 計算受力示意圖(單位:mm)

    P1=250÷62.37×26.75=107t(懸挑段鋼桁架重量),P2=250-107=143t(支點右側鋼桁架重量),P3=50t(配重)。

    風荷載。溫州地區(qū)10 年一遇基本風壓為w=0.35kN/m2??紤]最不利工況,支點左側風荷載Pw1方向向下,支點右側風荷載Pw2方向向上[5]。

    由此,

    M傾=1.2×P1×13.375+1.4×(Pw1×13.375+Pw2×17.81)=21598kN·m,

    M抗=1.2×P2×17.81+1.2×P3×33.12=5043.4kN·m。

    鋼桁架抗傾覆安全系數M抗∕M傾=50434/21598=2.3>2.0,抗傾覆滿足規(guī)范要求[6](抗傾覆安全系數2.0 參考《橋梁懸臂澆筑施工技術標準》(CJJ/T281-2018)第7.3.1 節(jié),橋梁主體施工時,抗傾覆安全系數不得小于2.0)。

    4.7 下弦桿加固措施

    下弦桿采用500mm×400mm×12mm×16mm 鋼箱梁,根據4.3 節(jié)強度計算結果,需要對距離頂推前端14.848~29.196m 段下弦桿進行加固,內側幫焊12mm 鋼板,材質均為Q345 C,如圖19所示。

    圖19 下弦桿加固示意圖(單位:mm)

    圖20 組合應力(單位:MPa)

    圖21 剪應力(單位:MPa)

    加固后下弦桿計算結果。

    由計算結果可知,下弦桿最大組合應力為278MPa<305MPa,最大剪應力為53MPa<175MPa,弦桿加固后強度滿足規(guī)范要求。

    5 結語

    通過對杭深鐵路蒼南站鋼桁架旅客天橋頂推施工工況進行受力分析,得出以下結論。

    ①天橋頂推過程中,當鋼桁架懸挑長度大于20m 時,下弦桿應力超過抗彎強度設計值305MPa。為了確保弦桿承載力滿足要求,需要對下弦桿進行補強加固。

    ②天橋頂推過程中,鋼桁架其他桿件強度均滿足規(guī)范要求。

    ③天橋頂推過程中,當懸挑最長26.75m 時,鋼桁架最大撓度97mm<133.75mm,滿足規(guī)范要求。

    ④頂推過程中鋼桁架抗傾覆穩(wěn)定系數為2.3>2.0,滿足規(guī)范要求。

    綜上所述,采用頂推法施工能減小對鐵路運輸的影響,確保在不停站情況下進行施工,改善施工作業(yè)環(huán)境[7],提高施工質量,加快施工進度,確保施工安全,減少大型機械設備的投入,節(jié)約施工成本。

    經理論計算并結合現(xiàn)場實踐,如圖22 所示,表明了頂推施工的安全性和便利性,為以后類似工程提供借鑒經驗。

    圖22 現(xiàn)場實施照片

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