唐 剛

(中國(guó)中鐵股份有限公司，北京 100039)

1 工程概況

本工程為秦皇島市河北大街及和平大街鐵路橋梁改造工程，既有兩座框架涵分別為山海旅游鐵路(原柳江地方鐵路)跨河北大街中段及和平大街而設(shè)，兩座框架橋分別為6.5～9～6.5 m 3孔、6.8～8～6.8 m 3孔鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。兩舊橋建于1981年，作為城市主要通行通道供機(jī)動(dòng)車、非機(jī)動(dòng)車和行人通行，現(xiàn)已使用37年；為滿足城市發(fā)展的需求，現(xiàn)對(duì)河北大街及和平大街既有框架橋橋進(jìn)行改造，拆除舊橋后在原位置各新建一座拱橋，新橋采用尼爾森體系鋼管混凝土拱橋。

采用1～56 m雙線簡(jiǎn)支拱橋，全橋長(zhǎng)68.31 m。雙線T型橋臺(tái)，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)。主梁為梁拱組合體系結(jié)構(gòu)，線路兩側(cè)各對(duì)稱設(shè)置一道邊縱梁，縱梁橫截面為矩形截面，縱梁間由橋面板進(jìn)行連接。拱管為鋼管結(jié)構(gòu)，雙拱管體系。主橋采用1～56 m預(yù)應(yīng)力槽形梁與剛性斜吊桿的鋼管混凝土加勁拱的組合簡(jiǎn)支體系，拱橋施工采用先梁后拱方案，主梁采用滿布支架現(xiàn)澆。支架搭設(shè)時(shí)需預(yù)留施工棚洞，但是，橋梁受橋下凈空和橋上鐵路縱坡雙重限制，橋梁成橋后設(shè)計(jì)凈空僅滿足正常城市車輛通行，施工過(guò)程中在保持道路正常通行的條件下，支撐體系高度受限，棚洞及支撐體系設(shè)置難度大。因此本文對(duì)施工前對(duì)支架和施工棚洞高度、承載力等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，確保施工安全與交通線路正常運(yùn)行。

2 支架棚洞設(shè)計(jì)

上跨城市主干道施工時(shí)均需設(shè)置施工棚洞保證車輛行人正常通行，本工程新建的上垮橋建成后橋下道路凈空為5.2 m，設(shè)計(jì)通行限高為5 m。綜合考慮設(shè)計(jì)強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性和施工棚洞凈高等因素，橋下施工棚洞凈空設(shè)計(jì)值為3.4 m，同時(shí)保證雙向四車道通行，綜合橋梁結(jié)構(gòu)參數(shù)，通過(guò)MIDAS建立模型，設(shè)計(jì)一種極限支架體系，橋體支架體系分為三種形式，第一種形式是為保證車輛行人通行的施工棚洞：“支墩-橫梁型支架”，第二種形式是常規(guī)“滿堂型”支架，第三種形式是設(shè)置在橋臺(tái)頂面的“沙箱型”支架。

2.1 “支墩-橫梁型”支架設(shè)置

“支墩-橫梁支架”是和平大街、河北大街簡(jiǎn)支拱橋主梁支架為保證道路通暢設(shè)置的施工棚洞。自下而上由條形基礎(chǔ)、鋼管立柱、H500型鋼、防護(hù)鋼板、I14雙拼工字鋼、底托、盤口架、頂托以及底模背肋(工字鋼+方木)組成。其孔跨組成為(2.87+6.5+6.5+2.87)m，中間兩跨棚洞用于道路機(jī)動(dòng)車雙向四車道通行，行車道凈寬6.5 m，兩側(cè)兩跨棚洞用于道路非機(jī)動(dòng)車道雙向通行，非機(jī)動(dòng)車道凈寬2.87 m。

受橋下道路凈空(5.2 m)與橋下施工棚洞凈空(3.4 m)制約，剩余1.6 m空間不滿足支架設(shè)置要求，故臨時(shí)降低原主路路面0.2 m以達(dá)到盤扣支架最低設(shè)置空間，該空間達(dá)到1.8 m，自下而上依次為：0.5 m厚型鋼+3 mm厚防護(hù)鋼板+0.14 m高雙拼I14工字鋼+0.922 m高盤扣支架+0.12 m高I12工字鋼主龍骨+0.1 m高方木次龍骨+15 mm厚清水模板。

2.2 橋臺(tái)頂面“沙箱型”支架

帽石上采用縱橫布置方木與簡(jiǎn)易沙箱相結(jié)合的方式，既保證該處支架的支撐力和穩(wěn)定性，又便于主梁完成后拆卸。橋臺(tái)頂面支架示意圖1所示。

圖1 橋臺(tái)頂面支架示意圖

3 棚洞上部支撐梁計(jì)算

3.1 棚洞頂部支架支承梁荷載計(jì)算

將棚洞頂部的盤扣支架底托作用于支承梁上的荷載作為集中力施加于支承梁上，兩側(cè)平臺(tái)均布荷載折算成線荷載施加于支承梁之上。支承梁上集中荷載及線荷載計(jì)算如下。

(1)棚洞頂部支架支承梁集中荷載標(biāo)準(zhǔn)值

①中梁部位

活荷載q活=(3+2+2)×1.2×0.6=5.04 kN

恒荷載q恒=49.04×1.2+0.2×1.5-5.04=54.11 kN

②中板部位

活荷載q活=(3+2+2)×1.2×0.9=7.56 kN

恒荷載q恒=33.96×1.2+0.2×1.5-7.56=33.49 kN

(2)棚洞頂部支架支承梁平臺(tái)線荷載標(biāo)準(zhǔn)值

線荷載q平臺(tái)=3×1.2=3.6 kN/m

3.2 盤扣支架支承梁計(jì)算結(jié)果

根據(jù)方案，盤扣支架底部支承梁采用雙拼I14普通熱軋工字鋼，縱橋向間距1.2m。支承梁強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 工字鋼2/14支承梁強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

由圖2可知，支承梁最大應(yīng)力為壓應(yīng)力169.5 <215 MPa，滿足要求。此外，支承梁撓度變形計(jì)算最大值為1.5 mm，出現(xiàn)在1.6 m跨度，由于1.5 mm<1 600/500=3.2mm，因此變形滿足要求。

3.3 棚洞分配梁計(jì)算結(jié)果

棚洞分配梁采用2H500 mm×250 mm×10 mm×20 mm型鋼，直接簡(jiǎn)支于鋼管柱頂部，共計(jì)11根。分配梁強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 分配梁2H500型鋼強(qiáng)度應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

由圖3可知，分配梁最大應(yīng)力為壓應(yīng)力162.1<215 MPa，滿足要求。此外，分配梁撓度變形計(jì)算最大值為6 mm，出現(xiàn)在棚洞中間7.7 m跨度(城市道路主路跨)，由于6 mm<7 700/500=15.4 mm，因此變形滿足要求。

4 結(jié)論與建議

(1)受限空間條件下的橋體支架體系設(shè)計(jì)兼顧施工與交通因素，設(shè)計(jì)形式采用：“支墩-橫梁型”、“滿堂型”和“沙箱型”綜合支架形式。

(2)通過(guò)理論計(jì)算與數(shù)值模擬手段，驗(yàn)證了支架形式的可靠性和可行性。支承梁和分配梁最大應(yīng)力均小于215 MPa，滿足承壓要求，支承梁和分配梁的撓度變形計(jì)算最大值分別為1.5 mm和6 mm，變形滿足要求。

(3)極限支架體系，鋼管柱底與混凝土基礎(chǔ)固結(jié)，柱間[20a交叉支撐與鋼管柱鉸接連接。盤扣支架支承梁鋪放于柱頂分配梁頂部滿鋪的15 mm竹膠板之上。分配梁連續(xù)簡(jiǎn)支于鋼管柱頂。該支架體系既保證橋梁支架體系的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，又滿足橋下城市道路正常通行的要求。