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。