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        頂進(jìn)框構(gòu)橋既有線加固計(jì)算分析

        2015-01-09 01:07:10劉洪亮李克銀
        城市道橋與防洪 2015年4期
        關(guān)鍵詞:框構(gòu)活載縱梁

        劉洪亮,魏 慶,李克銀

        (鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津市 300251)

        0 引言

        近年來,公路與鐵路的相互交叉越來越多,加之平交道口事故頻發(fā),采用立交方案是解決這一問題的唯一途徑。頂進(jìn)式鐵路框構(gòu)橋與上跨公路橋方案相比,有占地和拆遷量小,節(jié)省投資等優(yōu)點(diǎn),因此多被采用。頂進(jìn)框構(gòu)橋?qū)扔芯€進(jìn)行加固,一般采用縱橫梁加固??v橫梁要承受鐵路列車荷載,受力復(fù)雜,本文采用如下基本假定:(1)最不利工況按框構(gòu)頂進(jìn)過程中側(cè)墻外土體剝落后橫梁架空考慮;(2)支撐節(jié)點(diǎn)按剛性考慮,縱梁邊界條件按簡支處理,縱橫梁之間按剛性連接處理;(3)計(jì)算模型考慮3-5-3扣軌及鐵軌剛度;(4)按《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》(鐵運(yùn)[2006]177號)部令相關(guān)規(guī)定,選取“前進(jìn)型”機(jī)車作為計(jì)算活載。按照以上假定對橫梁進(jìn)行強(qiáng)度、撓度驗(yàn)算,指導(dǎo)設(shè)計(jì)及施工。

        1 工程概況

        工點(diǎn)采用2~13 m雙孔框架橋,施工期間鐵路線不中斷行車,但需減速慢行。站場內(nèi)框架橋采用頂進(jìn)法對頂施工,站場外框架橋采用現(xiàn)澆法施工。既有鐵路線路呈東西走向,共10股道和道岔1處,從南至北依次為油庫線、京哈上行線、菱角山專用線上行線、18道、三場遷出線、17道、8道、菱角山專用線下行線、2道、京哈下行線。線路加固范圍分南側(cè)1#頂橋(京哈上行線)、北側(cè)2#頂橋(京哈下行線)兩部分,加固方式均采用“吊柜及縱橫工字鋼梁加固體系”??v梁采用2根一組I45b工字鋼,橫梁采用I40b工字鋼。吊柜按3-5-3形式扣設(shè)組裝,其下的枕木用φ22-U型螺栓聯(lián)結(jié)在一起。南側(cè)頂橋橫梁鋪設(shè)間距為0.9 m,北側(cè)頂橋橫梁鋪設(shè)間距0.6 m,縱梁工字鋼與橫梁工字鋼用φ22-U型螺栓聯(lián)結(jié)在一起,縱梁兩端支撐于舊枕木垛基座上。

        2 加固體系驗(yàn)算

        2.1 計(jì)算假定

        該加固體系橫梁為主要受力構(gòu)件,因此主要驗(yàn)算了橫梁強(qiáng)度及撓度,計(jì)算假定如下。

        (1)最不利工況按框構(gòu)頂進(jìn)過程中側(cè)墻外土體剝落后橫梁架空考慮,選取側(cè)墻以外5 m范圍內(nèi)的縱橫梁作為計(jì)算構(gòu)件。

        (2)支撐節(jié)點(diǎn)按剛性考慮,縱梁邊界條件按簡支處理,縱橫梁之間按剛性連接處理,較為保守地未考慮橫梁與冠梁之間的連接作用;鋼軌及扣軌與橫梁共節(jié)點(diǎn)。

        (3)計(jì)算模型考慮3-5-3扣軌及鐵軌剛度。

        (4)按《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》(鐵運(yùn)[2006]177號)部令相關(guān)規(guī)定,選取“前進(jìn)型”機(jī)車作為計(jì)算活載,容許應(yīng)力為170 MPa,容許位移為L/400。

        2.2 主要計(jì)算參數(shù)及荷載

        (1)橫梁:Q235工字鋼(I40b);

        (2)縱梁:Q235 工字鋼(兩個一組 I45b);

        (3)扣軌:43 kg/m鋼軌;

        (4)鐵軌:18道中線為43 kg/m鋼軌,菱角山專用線下行線為60 kg/m鋼軌,2道中線為50 kg/m鋼軌,道岔為50 kg/m鋼軌;

        (5)按《鐵路工務(wù)安全規(guī)則》(鐵運(yùn)[2006]177號)部令相關(guān)規(guī)定,選取“前進(jìn)型”機(jī)車作為計(jì)算活載,容許應(yīng)力為170 MPa,容許位移為L/400。

        2.3 荷載及組合

        鐵路:中—活載。

        公路:公路—I級。

        荷載組合:1.0恒載+1.0機(jī)車活載。

        2.4 計(jì)算模型

        計(jì)算采用軟件Midas civil,按鐵路實(shí)際作用位置加載。

        2.4.1 南側(cè)線路加固

        選取18道中線附近,頂進(jìn)方向右側(cè)側(cè)墻外約5 m范圍內(nèi)的縱橫梁建模,橫梁(I40b)間距0.9 m布置,最大跨度10 m,部分橫梁按支撐在框構(gòu)頂考慮。如圖1~圖3所示。

        圖1 南側(cè)線路加固計(jì)算模型

        圖2 橫梁應(yīng)力圖(南側(cè)線路)

        圖3 橫梁撓度圖(南側(cè)線路)(單位:mm)

        由計(jì)算可知橫梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁跨中附近,為181.5 MPa,略超容許應(yīng)力170 MPa;橫梁最大位移出現(xiàn)在橫梁跨中附近,約為40 mm,大于容許位移 L/400=9684/400=24.2(mm)。

        2.4.2 北側(cè)線路加固

        選取菱角山專用線下行線、2道中線附近,頂進(jìn)方向右側(cè)側(cè)墻外約5 m范圍內(nèi)的縱橫梁建模,橫梁(I40b)間距0.6 m布置,最大跨度11.3 m。如圖4~圖6所示。

        圖4 北側(cè)線路加固計(jì)算模型

        圖5 橫梁梁底應(yīng)力圖(北側(cè)線路)

        圖6 橫梁撓度圖(北側(cè)線路)

        由計(jì)算可知,橫梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁1/4跨附近,為116.3 MPa,小于容許應(yīng)力170 MPa,滿足要求;橫梁最大位移出現(xiàn)在橫梁跨中附近,約為24.1 mm,小于容許位移L/400=11300/400=28.3(mm),滿足要求。

        3 結(jié)論

        頂進(jìn)框構(gòu)橋施工對既有線加固通常采用縱橫梁加固法,本文在4個假定條件下運(yùn)用Midas civil軟件對橫梁進(jìn)行模擬受力分析,得出結(jié)論如下。

        (1)南側(cè)線路加固橫梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁跨中附近,為181.5 MPa,略超容許應(yīng)力170 MPa;橫梁最大位移出現(xiàn)在橫梁跨中附近,約為40 mm,大于容許位移L/400=9684/400=24.2(mm)。縱梁應(yīng)盡可能平行于鐵路布置,從而減小橫梁跨度,可適當(dāng)減小橫梁布置的間距。

        (2)北側(cè)線路加固橫梁最大應(yīng)力出現(xiàn)在橫梁1/4跨附近,為116.3 MPa,小于容許應(yīng)力170 MPa,滿足要求;橫梁最大位移出現(xiàn)在橫梁跨中附近,約為24.1 mm,小于容許位移L/400=11300/400=28.3(mm)。

        (3)經(jīng)驗(yàn)算得知,橫梁的跨度不宜太大,鐵路股道的具體位置對橫梁的受力影響較大,在滿足鐵路相關(guān)要求的情況下,縱梁應(yīng)盡量靠近鐵路以減小橫梁跨度。

        [1]Buick Davison,Graham W.Owens.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊[M].北京:中國電力出版社,2009.

        [2]Buick Davison,Graham W.Owens.Structural Steel Designer’s Handbook[M].Beijing:China Electric Power Press,2009.

        [3]GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[s].

        [4]孟國清.既有線框構(gòu)橋頂進(jìn)施工縱、橫梁加固體系的分析[J].鐵道工程學(xué)報(bào),2007(1):30-33.

        [5]但澤義,趙熙元.鋼桁架桿件次應(yīng)力的分布規(guī)律及設(shè)計(jì)建議[J].工業(yè)建筑,1984(1):30-33.

        [6]Dan Ze-yi,Zhao Xi-yuan.The Distribution Characteristic of Rod Secondary Stress and the Desgin Suggestion of Steel Truss[J].Industrial Construction,1984(1)30-33.

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