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        XT300桁架梁在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)支架中的應(yīng)用

        2022-07-21 01:24:02周偉明
        中國(guó)鐵路 2022年6期
        關(guān)鍵詞:箱梁支架

        周偉明

        (中鐵二十四局集團(tuán)安徽工程有限公司 工程管理部,安徽 合肥 230011)

        0 引言

        傳統(tǒng)施工工法中,現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)施工臨時(shí)支架采用墩梁式支架時(shí),大多采用型鋼、貝雷梁、軍用梁等作為承重主梁,其中貝雷梁應(yīng)用最為廣泛。受限于貝雷梁結(jié)構(gòu)尺寸及材質(zhì),作為施工臨時(shí)支架,承重主梁的經(jīng)濟(jì)跨徑一般在12~15 m,該跨徑下的支架結(jié)構(gòu)受力合理,材料用量及安全儲(chǔ)備適中。特殊工況下,支架跨度超過18 m時(shí),該跨徑下的支架擾度控制難度大,進(jìn)而導(dǎo)致現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的線形無法滿足設(shè)計(jì)要求[1-5]。

        隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的不斷完善,在特殊環(huán)境下修建橋梁越來越多。以鐵路雙線32 m簡(jiǎn)支箱梁現(xiàn)澆施工為例,若跨中不設(shè)支墩,采用一跨式臨時(shí)支架時(shí),貝雷梁需采用雙層加強(qiáng)型布置方可滿足施工要求。即便如此,臨時(shí)支架的材料用量大、擾度大、安全儲(chǔ)備低,施工仍有一定風(fēng)險(xiǎn)。

        橋梁施工臨時(shí)支架材料需更新迭代以適用更加復(fù)雜的施工工況,在承載力和跨度上要有所突破。因此,一種新型桁架結(jié)構(gòu)梁——XT300桁架梁,因其構(gòu)造特點(diǎn)更能適應(yīng)復(fù)雜應(yīng)用情況。

        1 XT300桁架梁

        1.1 總體介紹

        XT300桁架梁是一種新型的桁架結(jié)構(gòu),其結(jié)構(gòu)形式跟傳統(tǒng)的貝雷梁、大橋1號(hào)桁梁基本相似,但在結(jié)構(gòu)尺寸、桁架構(gòu)件的材質(zhì)上有所區(qū)別。結(jié)構(gòu)尺寸及材料上的改變使其跨度更大、承載力更強(qiáng)、適用范圍更廣。XT300桁架梁由標(biāo)準(zhǔn)桁架、高抗剪桁架、支撐架、銷軸等構(gòu)件組成。標(biāo)準(zhǔn)桁架結(jié)構(gòu)尺寸為6 m×3 m,由上下弦桿、豎桿及斜桿組焊而成,上下弦桿的端部設(shè)有雙陰陽接頭,接頭之間采用銷軸連接,單片桁架質(zhì)量為1 213 kg。為了適用不同跨度及提高抗剪能力,XT300桁架梁還有節(jié)段長(zhǎng)3、2、1.5 m高抗剪桁架,其高度和連接方式與標(biāo)準(zhǔn)桁架相同,單片桁架質(zhì)量分別為832、650、549 kg。XT300桁架梁構(gòu)造見圖1,XT300桁架梁與貝雷梁?jiǎn)卧獥U件參數(shù)對(duì)照見表1。

        圖1 XT300桁架梁構(gòu)造

        表1 XT300桁架梁與貝雷梁?jiǎn)卧獥U件參數(shù)對(duì)照

        1.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        (1)為適用不同跨徑的支架并提高支架的抗剪承載力,支架拼裝時(shí),標(biāo)準(zhǔn)桁架需放在中間,高抗剪桁架放在兩端[4-6]。

        (2)桁架上下弦桿兩端采用雙陰陽頭設(shè)計(jì),桁架間縱向采用雙銷軸連接,無安裝方向區(qū)分,XT300桁架雙陰陽節(jié)點(diǎn)構(gòu)造見圖2。

        圖2 XT300桁架梁雙陰陽節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

        (3)桁架上下弦桿區(qū)分,上弦桿設(shè)有頂托安裝孔,極大方便了現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)底部線形調(diào)節(jié)。桁架上弦桿頂托固定構(gòu)造見圖3。

        圖3 XT300桁架梁上弦桿頂托固定構(gòu)造

        (4)優(yōu)化支撐架設(shè)計(jì)及安裝位置,支撐架分塊設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)在桁架豎向及水平向共用。安裝位置進(jìn)一步優(yōu)化,豎向支撐架既可以安裝在桁架的中間豎桿上,也可以安裝在桁架兩端的豎桿上;水平支撐架既可以安裝在桁架下弦桿的中間,也可以跨桁架間節(jié)點(diǎn)安裝,提高了支架的橫向穩(wěn)定性(見圖4)。

        圖4 XT300桁架梁支撐架構(gòu)造

        1.3 幾何及力學(xué)特性

        XT300桁架梁在高度上與雙層加強(qiáng)型貝雷梁相同,因此以雙層加強(qiáng)型貝雷梁為參照,對(duì)比分析XT300桁架梁的幾何及力學(xué)特性,XT300桁架梁極限承載力見表2;桁架梁與雙層加強(qiáng)型貝雷梁幾何特性對(duì)照見表3;標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段軸力、抗剪力、彎矩模型見圖5—圖7;桁架梁與雙層加強(qiáng)型貝雷梁內(nèi)力特性對(duì)照見表4。

        表4 XT300桁架梁與雙層加強(qiáng)型貝雷梁內(nèi)力特性對(duì)照

        圖7 XT300桁架梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段彎矩模型

        表2 XT300桁架梁極限承載力 kN

        圖5 XT300桁架梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段軸力模型

        圖6 XT300桁架梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段抗剪力模型

        表3 XT300桁架梁與雙層加強(qiáng)型貝雷梁幾何特性對(duì)照

        綜合表1—表4可以看出:

        (1)由于XT300桁架梁的幾何尺寸及各桿件的材料加大,與加強(qiáng)型貝雷梁相比,XT300桁架梁的幾何特性參數(shù)提高較大,各桿件的承載能力顯著增強(qiáng)。

        (2)排數(shù)相同,XT300桁架梁層數(shù)是加強(qiáng)型貝雷梁層數(shù)一半的情況下,XT300桁架梁的彎矩提高約40%。

        (3)XT300高抗剪桁架抗剪力顯著高于標(biāo)準(zhǔn)桁架。

        1.4 銷軸接頭驗(yàn)算

        XT300桁架梁采用雙陰陽頭設(shè)計(jì),雙銷軸連接,接頭剪切面增加,承載力增大。由于位于跨中的6 m標(biāo)準(zhǔn)桁架弦桿承載最大彎矩,以6 m桁架弦桿最大軸力1 790 kN驗(yàn)算,驗(yàn)算結(jié)果與設(shè)計(jì)值對(duì)照見表5。

        表5 XT300桁架梁銷軸接頭驗(yàn)算結(jié)果對(duì)照 MPa

        2 工程應(yīng)用

        2.1 工程概況

        某鐵路雙線32 m簡(jiǎn)支箱梁全長(zhǎng)32.70 m,計(jì)算跨度31.20 m,支座橫橋向中心距4.50 m,箱梁采用單箱單室斜腹板等高度結(jié)構(gòu),頂板最低處梁高3.05 m,最高處3.14 m,橋梁頂寬12.20 m,底寬5.50 m。箱梁頂板厚0.43~0.69 m,底板厚0.40~0.60 m,腹板厚0.50~0.80 m,支點(diǎn)處腹板加厚至1.10 m。標(biāo)準(zhǔn)段翼緣板長(zhǎng)2.75 m,箱室內(nèi)頂板設(shè)0.78 m×0.26 m倒角,底板設(shè)0.50 m×0.30 m倒角。

        2.2 支架設(shè)計(jì)

        該現(xiàn)澆箱梁采用一跨式鋼管立柱+XT300桁架梁支架結(jié)構(gòu)。支架各部位構(gòu)造如下:

        (1)在承臺(tái)上預(yù)埋地腳螺栓,然后安裝鋼管立柱與地腳螺栓連接,每側(cè)承臺(tái)上設(shè)置1排φ630 mm×10 mm鋼管立柱,橫橋向間距3 m。橫橋向鋼管立柱之間采用20#b槽鋼連接系連接成整體。鋼管立柱與鄰近橋墩通過φ25 mm精軋螺紋鋼穿過預(yù)留孔洞形成連墻結(jié)構(gòu)。

        (2)鋼管立柱頂部加蓋板形成柱帽結(jié)構(gòu),然后在其頂部橫橋向設(shè)置3I45b工字鋼組拼成承重梁,承重梁長(zhǎng)14 m,承重梁在位于鋼管立柱處的翼緣處設(shè)置加勁板,防止承重梁局部屈曲[7-8]。

        (3)順橋向承重主梁采用XT300桁架梁,組拼方式為(1.50+3+3×6+2×3)m,全長(zhǎng)28.50 m。橫橋向設(shè)置13組,間距為(2×1.50+2×0.45+1.10+2×0.75+1.10+2×0.45+2×1.50)m,全寬11.50 m。桁架順橋向用銷軸連接,橫橋向采用支撐架連接。

        (4)XT300桁架梁上弦桿設(shè)有用于調(diào)整梁底縱坡的頂托安裝孔,順橋向最大間距0.80 m,然后在頂托上橫橋向放置2I12.6工字鋼作為分配梁,長(zhǎng)14 m,分配梁最大跨度1.50 m,最大懸挑2 m。

        (5)垂直分配梁上方設(shè)置方木,方木在箱梁腹板下間距0.20 m,其他部分間距0.30 m,然后滿鋪15 mm厚橋梁專用竹膠板,形成現(xiàn)澆箱梁模板支撐架系統(tǒng)(見圖8)。

        圖8 現(xiàn)澆箱梁支架構(gòu)造

        2.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算

        2.3.1 支架建模

        臨時(shí)支架采用Midas Civil軟件建模,臨時(shí)支架邊界條件為:鋼管立柱在柱腳處固結(jié),鋼管立柱與平聯(lián)斜撐共節(jié)點(diǎn),鋼管立柱與墩身處固結(jié),鋼管立柱與桁架梁、桁架梁與分配梁間均采用一般連接模擬[9](見圖9)。

        圖9 臨時(shí)支架三維模型

        2.3.2 桁架梁計(jì)算

        案例中主承重梁采用1.5、3、6 m共3種規(guī)格的XT300桁架梁,桁架梁計(jì)算跨徑27.7 m,橫橋向桁架梁最大間距1.5 m,在橫向承重梁頂部桁架梁做加強(qiáng)處理,在計(jì)算中同樣按加強(qiáng)處理[10-11]。桁架梁組合應(yīng)力、抗剪應(yīng)力、位移計(jì)算最大值位置見圖10—圖12;計(jì)算結(jié)果對(duì)照見表6。

        表6 XT300桁架梁計(jì)算結(jié)果對(duì)照

        圖10 XT300桁架梁組合應(yīng)力

        圖11 XT300桁架梁抗剪應(yīng)力

        圖12 XT300桁架梁位移

        2.3.3 銷軸強(qiáng)度計(jì)算

        XT300桁架梁兩端采用銷軸連接,銷軸直徑為60 mm,材質(zhì)為30CrMnTi,該材質(zhì)彎曲容許應(yīng)力[σ]=1 100 MPa,剪切容許應(yīng)力[τ]=585 MPa。

        (1)抗剪能力計(jì)算:受剪切面數(shù)目:n v=2,最大抗剪力的計(jì)算方法見式(1):

        (2)抗彎能力計(jì)算:兩端陰頭厚l=72 mm;中間陽頭厚c=39 mm,銷軸最大允許彎矩計(jì)算方法見式(2):

        式中:[F]τ代表銷軸最大允許剪力;q代表均布荷載;[M]代表銷軸最大允許彎矩;[F]σ代表銷軸最大允許軸力;w代表銷軸抗彎截面系數(shù);d代表銷軸直徑。

        XT300桁架梁下弦桿軸力、抗剪力見圖13—圖14。

        圖13 XT300桁架梁下弦桿軸力

        圖14 XT300桁架梁下弦桿剪力

        綜上所得:桁架梁下弦桿軸力為963.2 kN<[F]σ=1 742.4 kN;桁架梁下弦桿剪力為214.1 kN<[F]τ=3 306 kN;銷軸強(qiáng)度滿足要求。

        3 結(jié)論

        以雙層加強(qiáng)型貝雷梁為參考,主要介紹了XT300桁架梁的構(gòu)造特點(diǎn)、幾何特性及力學(xué)特性,并以鐵路雙線32 m簡(jiǎn)支箱梁為案例進(jìn)行受力分析,得出主要結(jié)論如下:

        (1)與雙層加強(qiáng)型貝雷梁支架相比,XT300桁架梁的力學(xué)指標(biāo)明顯提高,承載能力顯著增強(qiáng),可以作為雙層加強(qiáng)型貝雷梁優(yōu)化替代方案。

        (2)特殊地形地貌條件下,隨著臨時(shí)支架跨度的增大,XT300桁架梁的優(yōu)勢(shì)更加明顯。

        (3)隨著鐵路40 m簡(jiǎn)支箱梁的開始應(yīng)用,采用一跨式鋼管立柱+XT300桁架梁臨時(shí)支架現(xiàn)澆施工是否滿足施工要求,可做為下一步研究的方向。

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