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        鐵路箱梁運架施工受力分析

        2012-03-09 08:14:38
        關(guān)鍵詞:運梁架梁架橋機

        (中鐵第四勘察設(shè)計院集團有限公司 武漢 430063)

        0 引 言

        預(yù)制簡支箱梁是鐵路橋梁工程中較為常用的結(jié)構(gòu),在箱梁運架施工過程中,由于受較大施工機械荷載的影響(如900t級運梁車自重達250t,900t級架橋機自重達500t[1-2]),作業(yè)平臺處箱梁的強度、抗裂等安全系數(shù)可能小于運營階段,為保障結(jié)構(gòu)安全,必須重視箱梁在運架梁施工過程中的受力分析.本文以寧安城際鐵路、青煙榮城際鐵路工程實例,結(jié)合運架梁過程中的多種施工機械,對預(yù)制箱梁在施工階段進行深入計算分析.

        工程均為城際鐵路客運專線,設(shè)計時速250 km,橋梁結(jié)構(gòu)采用預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土簡支整孔箱梁,梁長32.6m,跨度31.5m,梁型為單箱單室截面,箱梁截面中心梁高2.635m,橫橋向支座中心距為4.4m.箱梁截面尺寸見圖1.運架梁施工機械主要有HZQ900型運梁車、架橋機;DCY900型運梁車、SPJ900型架橋機;JQ900B型運梁車、架橋機.

        圖1 箱梁截面圖(單位:mm)

        1 荷載工況與技術(shù)控制指標

        1.1 荷載工況

        1)運架梁施工過程 預(yù)制箱梁架設(shè)施工,首先運梁車從梁場馱運箱梁①,駛過已就位的箱梁②,至喂梁位置,架橋機以就位箱梁②為作業(yè)平臺,提取待架箱梁①,并縱移至相應(yīng)位置后落梁,該孔箱梁①架設(shè)就位,運梁車返回梁場,架橋機以箱梁①為作業(yè)平臺移動過孔就位,一班架梁作業(yè)完成,等待架設(shè)下一片箱梁[3].

        2)主要荷載 分析對象為作業(yè)平臺處的箱梁,主要施工荷載包括移動荷載和靜荷載,其中,移動荷載為:運梁荷載、架橋機過孔荷載;靜力荷載為:架橋機提梁、落梁過程中的作用荷載[4].根據(jù)運架梁施工特點,移動荷載考慮1.05的沖擊系數(shù);運梁階段除運梁荷載外,考慮溫度荷載與施工偏載(箱梁升溫溫差10℃、降溫溫差8℃,荷載橫橋向偏載200mm);支座考慮1.2的設(shè)計承載能力提高系數(shù).

        施工機械中HZQ900型運梁車最大輪壓為737kN,JQ900B型架橋機最大支腿力為2 271.5 kN,箱梁荷載分布見圖2、圖3.

        1.2 技術(shù)控制指標

        運架梁施工階段主要技術(shù)指標控制條件見表1.

        圖2 HZQ900型運梁車荷載布置圖(單位:mm)

        圖3 JQ900B型架橋機最大支腿力工況荷載布置圖(單位:mm)

        表1 運架梁施工階段主要技術(shù)控制指標

        2 結(jié)果分析

        2.1 箱梁整體受力分析

        選取運梁、架梁過程中最不利荷載工況,按預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)計算箱梁整體結(jié)構(gòu)強度安全系數(shù)、抗裂安全系數(shù)、混凝土應(yīng)力等控制指標[5],并與箱梁運營階段進行對比.箱梁計算結(jié)果見表2.

        表2 箱梁計算結(jié)果匯總表

        計算結(jié)果表明,運梁階段箱梁強度、抗裂系數(shù)均小于運營階段設(shè)計安全系數(shù),其中HZQ900型運梁車最小強度系數(shù)為1.82,最小抗裂系數(shù)為1.2.架梁階段箱梁強度、抗裂系數(shù)均接近或大于運營階段設(shè)計安全系數(shù),其中JQ900B型架橋機最小強度系數(shù)為2.26,最小抗裂系數(shù)為1.52.

        運梁階段箱梁混凝土最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力均大于架梁階段和運營階段,其中HZQ900型運梁車最大主拉應(yīng)力較運營階段高252.78%,最大剪應(yīng)力高35.21%.箱梁上緣混凝土最小壓應(yīng)力變化幅度不大,而運梁階段下緣混凝土壓應(yīng)力均遠小于運營階段,其中HZQ900型運梁車僅0.2MPa.

        因此,運梁荷載較架梁荷載而言,對箱梁整體受力影響更明顯,對箱梁強度、抗裂、混凝土應(yīng)力產(chǎn)生的不利影響更大.

        2.2 箱梁局部受力分析

        運梁荷載通過運梁車輪胎作用在箱梁頂板上,架梁荷載通過架橋機支腿作用在梁端及靠近梁端的頂板上,箱梁局部范圍荷載作用較大.運架梁階段箱梁局部受力空間分析見圖4、圖5.按鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)對箱梁進行橫向計算分析,箱梁橫向鋼筋應(yīng)力及混凝土裂縫計算結(jié)果見表3.

        空間分析結(jié)果表明,運梁階段箱梁頂板橫橋向拉應(yīng)力集中在運梁車輪壓范圍,應(yīng)力值為2.343MPa;架梁階段梁端頂板橫橋向拉應(yīng)力分布范圍較大,應(yīng)力值為2.102MPa,梁端底板產(chǎn)生較大壓應(yīng)力,支座及進人孔位置應(yīng)力集中,最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在進人孔位置,應(yīng)力值為8.236MPa.

        運梁階段在運梁車輪壓作用范圍內(nèi),箱梁頂板為受壓構(gòu)件,橫向鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度均遠小于規(guī)范限值,有較大的安全儲備.架梁階段因施工荷載作用力較大,箱梁頂板多為受拉構(gòu)件,梁端頂板各項計算指標較運梁階段明顯,更接近規(guī)范限值.JQ900B架橋機作用荷載下,最大單個支腿力2 271.5kN,梁端鋼筋拉應(yīng)力也達到185MPa,裂縫0.197mm.

        圖4 HZQ900型運梁車運梁階段箱梁跨中橫橋向正應(yīng)力云圖

        圖5 JQ900B型架橋機架梁階段最大支腿力工況梁端橫橋向應(yīng)力云圖(應(yīng)力云圖中正號表示拉應(yīng)力,負號表示壓應(yīng)力)

        表3 箱梁橫向鋼筋應(yīng)力及混凝土裂縫計算結(jié)果表

        表4 箱梁最大支反力匯總表

        2.3 箱梁最大支反力分析

        平臺箱梁往往同時承載著運梁車、架橋機和待架箱梁三者的重量,在架梁過程中會集中作用在箱梁一端,不僅對箱梁結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生較大影響,也產(chǎn)生較大的支座反力,對支座構(gòu)件的安全性能也有一定影響.3種施工機械各階段最大支反力與箱梁運營階段最大支反力進行對比,結(jié)果見表4.

        計算結(jié)果表明,運梁階段、架梁階段箱梁最大支反力均大于運營階段.運梁階段最大支反力滿足1.2倍支座設(shè)計承載力限值要求.架梁階段最大支反力工況下,單端支反力均超出限值要求,最高達到1.55倍,需采取有效措施保證支座受力安全可靠.

        3 結(jié) 論

        經(jīng)上述分析研究,通過計算HZQ900,DCY900,SPJ900,JQ900B等多種型號施工機械荷載作用,32m預(yù)制箱梁運架梁階段受力分析主要結(jié)論為:

        1)運梁階段箱梁強度、抗裂安全系數(shù)均小于運營階段,混凝土最大主應(yīng)力、最大剪應(yīng)力均大于運營階段,運梁工況是簡支箱梁縱向預(yù)應(yīng)力設(shè)計控制工況.

        2)運梁階段箱梁頂板橫橋向拉應(yīng)力集中在運梁車輪壓范圍;架梁階段梁端頂板橫橋向拉應(yīng)力分布范圍較大,梁端底板產(chǎn)生較大壓應(yīng)力,支座及進人孔位置應(yīng)力集中.

        3)運梁階段箱梁頂板鋼筋應(yīng)力、裂縫寬度均遠小于規(guī)范限值,有較大的安全儲備.架梁階段頂板各項計算指標較運梁階段明顯,更接近規(guī)范限值,架梁工況為簡支箱梁橫向鋼筋設(shè)計控制工況.

        4)運、架梁階段箱梁最大支反力均大于運營階段.運梁階段箱梁支座具有一定的安全儲備量.架梁階段最大支反力均超出限值要求,JQ900B型架橋機最大支反力達到1.55倍,需采取有效措施保證支座受力安全可靠.

        [1]唐經(jīng)世.鐵路架橋機、運梁車的發(fā)展歷程及成就[J].建設(shè)機械技術(shù)與管理,2009,22(11):97-99.

        [2]陳 靈.高速鐵路箱梁架運設(shè)備的一些新發(fā)展[J].建設(shè)機械化,20010,31(4):39-43.

        [3]郭 華.客運專線32m整孔箱梁架設(shè)施工技術(shù)[J].鐵道建筑技術(shù),2009(12):39-43.

        [4]鄧運清,盛黎明.秦沈客運專線大噸位架橋設(shè)備的應(yīng)用[J].鐵道標準設(shè)計,2001,21(9):13-17.

        [5]鄧運清.客運專線鐵路整孔簡支箱梁優(yōu)化設(shè)計研究[D].北京:北京交通大學(xué),2006.

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