陳飛

（中交通力建設(shè)股份有限公司蘇南分公司，江蘇常州 213002）

0 引言

簡(jiǎn)支鋼桁梁橋鋪設(shè)無縫線路，平整穩(wěn)定，可使交通安全性、行車舒適度得到良好保障，且后續(xù)軌道養(yǎng)護(hù)檢修工作量較小，現(xiàn)已成為主流趨勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外研究人員和施工單位的高度重視，并對(duì)此類線路的梁軌相互作用規(guī)律、伸縮力影響因素展開大量研究。研究成果表明，無縫線路伸縮力受縱向水平剛度、橋梁結(jié)構(gòu)跨數(shù)、線路阻力分布、結(jié)構(gòu)支座形式等因素的影響較大，本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目特征進(jìn)行深入探究，以期使簡(jiǎn)支鋼桁梁無縫線路設(shè)計(jì)更加科學(xué)高效。

1 100m 簡(jiǎn)支鋼桁梁橋施工控制要點(diǎn)

1.1 鋼梁制造與安裝

簡(jiǎn)支鋼桁梁橋的主要受力結(jié)構(gòu)為鋼板，因此，應(yīng)結(jié)合項(xiàng)目需求采購(gòu)優(yōu)質(zhì)鋼板，使型鋼、下弦內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)、輔助結(jié)構(gòu)所用鋼板均滿足施工要求。在板塊劃分階段，主桁弦桿為整體節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)，與腹桿相連接；橋面板采用梁板組合結(jié)構(gòu)，鋼梁全橋面板縱向劃分為9 段，長(zhǎng)寬為10.5m×4.5m，橫向不劃分。橋面板板件經(jīng)過拼裝后進(jìn)行焊接，剩余段與段間均利用高強(qiáng)度螺栓連接；在焊接階段，各段構(gòu)件間的焊縫應(yīng)控制得當(dāng)，應(yīng)在固定胎架上施工，并事先預(yù)熱，要求點(diǎn)固焊接不開裂，盡可能減少焊接變形現(xiàn)象，經(jīng)過探傷檢測(cè)合格后才可開展后續(xù)施工。待全部焊接完畢后，對(duì)接焊縫應(yīng)順著受力方向進(jìn)行打磨，角焊縫則順著焊接方向進(jìn)行打磨，使其表面光滑平整。在鋼梁制造后應(yīng)按照規(guī)定要求在廠內(nèi)拼裝，經(jīng)審核合格后才可正式投入使用；箱梁安裝應(yīng)確保拼裝沖釘?shù)臄?shù)量、規(guī)格符合標(biāo)準(zhǔn)，連接多采用高強(qiáng)度螺栓，橫縱焊縫優(yōu)先選用單面焊雙面成型技術(shù)，鋼梁桿件長(zhǎng)度、重量等方面也要滿足相關(guān)規(guī)定。

1.2 施工組織方案制訂

結(jié)合項(xiàng)目所在地周圍環(huán)境、工期要求，制訂多種施工組織方案，從中選出最貼合實(shí)際、最經(jīng)濟(jì)適用的一種。部分橋梁工程臨近鐵路，現(xiàn)場(chǎng)施工范圍有限，經(jīng)過研究，推薦使用異位拼裝、頂推橫移法，可有效解決施工難題，其控制要點(diǎn)如下：

一是采用汽車起重機(jī)由中間向兩側(cè)拼裝鋼桁梁，橋面板焊縫施工需要先焊接下弦桿，然后是橋面板橫向焊縫、縱向焊縫，最后拼接成一體。

二是拆除貝雷梁時(shí)，利用千斤頂將鋼桁梁移動(dòng)到滑道梁上，再頂推鋼桁梁，使其移動(dòng)到設(shè)計(jì)橋位，與相同橫梁上的千斤頂并聯(lián)，同時(shí)頂落。

三是滑道梁拆除，鋼桁梁需要支承在墩頂臨時(shí)支垛上，并將其落至標(biāo)高，修整平面位置；安裝支座后，陸續(xù)拆除臨時(shí)墩以及其他附屬設(shè)施。

1.3 預(yù)拱度施工控制

在大跨度鋼桁梁橋施工中，受荷載影響，橋梁結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)一定變形，影響軌道平順性與行駛安全。在設(shè)計(jì)階段多采用設(shè)置預(yù)拱度的方式，使橋面線形盡量符合線路設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)與施工相統(tǒng)一。在設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，由橋梁廠家生產(chǎn)拼裝、附屬鋪裝施工后得到預(yù)拱度，因涉及環(huán)節(jié)較多，施工應(yīng)按照設(shè)計(jì)計(jì)算值控制，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況，把握100m 跨度簡(jiǎn)支鋼桁梁橋預(yù)拱度施工要點(diǎn)。設(shè)計(jì)單位在數(shù)據(jù)計(jì)算與圖紙繪制期間，應(yīng)注意核算各工序的荷載變化，制定合理的現(xiàn)場(chǎng)施工順序；在施工期間，還需要核對(duì)圖紙?jiān)O(shè)定的荷載、預(yù)拱度等工況條件，如若發(fā)現(xiàn)偏差，應(yīng)立即與橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師聯(lián)系，并結(jié)合實(shí)際修改相關(guān)數(shù)值，使偏差得到良好糾正。施工過程中，受項(xiàng)目統(tǒng)籌因素影響，應(yīng)先將工序安排為：首先在支架上拼裝桁架，復(fù)核支座高度，平移桁架；其次進(jìn)行鋼混橋面板施工，鋪設(shè)鋼軌；最后施工和檢修道路、欄桿、電纜支架等相關(guān)設(shè)施。

2 影響簡(jiǎn)支鋼桁梁橋無縫線路伸縮力的因素探究

2.1 縱向水平剛度

2.1.1 剛度取值

該項(xiàng)目涉及的工況較多，如伸縮工況、撓曲工況、制動(dòng)工況等，為了確定縱向水平剛度的數(shù)值，應(yīng)結(jié)合各類工況特點(diǎn)，探究不同橋墩剛度對(duì)無縫線路受力的影響，以100m 簡(jiǎn)支鋼桁梁墩為例，將鋼軌強(qiáng)度、梁軌間的相對(duì)位移作為控制指標(biāo)進(jìn)行取值。無論在何種工況下，鋼軌應(yīng)力的計(jì)算公式均為：

式（1）中：N表示鋼軌應(yīng)力；N1表示鋼軌縱向力；St表示鋼軌截面積。在該項(xiàng)目中，梁軌相對(duì)位移不受σt的影響，假設(shè)控制指標(biāo)為4mm，當(dāng)簡(jiǎn)支鋼桁梁墩縱向水平剛度為1000kN/cm 時(shí)，相對(duì)位移為3.99mm，與要求的40mm 限值相符合[1]。

2.1.2 剛度與伸縮力、墩臺(tái)力之間的關(guān)聯(lián)

在相關(guān)參數(shù)固定的前提下，單純調(diào)整鋼桁梁墩的縱向水平剛度，探究不同剛度下，伸縮力、墩臺(tái)力之間的變化規(guī)律。根據(jù)曲線走向可知，水平剛度與伸縮壓力、伸縮拉力具有正比關(guān)系，但隨著剛度逐漸增加，提升幅度開始放緩；與墩臺(tái)力之間具有反比關(guān)系，且隨著剛度的增加，下降幅度開始放緩。究其原因，橋墩處水平剛度的增加使橋梁承受更多的約束，橋墩承擔(dān)的墩臺(tái)力提升，使橋墩位置獲得的墩臺(tái)力降低。在墩臺(tái)水平剛度為500kN/cm 的情況下，鋼軌的伸縮壓力為564.14kN，拉力為350.57kN；當(dāng)剛度提高到1 萬kN/cm 時(shí)，伸縮壓力提高3%左右、拉力提升0.5%左右。根據(jù)上述變化規(guī)律可知，為了降低鋼軌伸縮力、合理控制墩臺(tái)受力程度，應(yīng)嚴(yán)格控制橋墩的水平剛度，使其始終處于合理范圍。

2.1.3 剛度優(yōu)化

常阻力扣件鋪設(shè)期間，在軌溫50℃條件下，梁橋水平剛度限值會(huì)高于單線橋臺(tái)，因此需要優(yōu)化橋墩位置的水平剛度，可通過增設(shè)小阻力扣件的方式來實(shí)現(xiàn)。結(jié)合項(xiàng)目情況，在橋墩水平剛度為1400kN/cm 的情況下，需要對(duì)鋼桁梁布設(shè)小阻力扣件，此時(shí)在不同軌溫變化中，根據(jù)《鐵路無縫線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（TB 10015—2012），對(duì)鋼軌強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)和控制，檢驗(yàn)公式如下：

式（2）中：σd表示動(dòng)彎應(yīng)力；σt表示鋼軌溫度應(yīng)力；σf表示伸縮應(yīng)力；[ ]σ表示容許應(yīng)力；K表示安全系數(shù)；σs表示屈服強(qiáng)度。將項(xiàng)目相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（2），便可得出軌溫幅度變化與溫度應(yīng)力、鋼軌強(qiáng)度、伸縮應(yīng)力之間的關(guān)聯(lián)。

2.2 橋梁結(jié)構(gòu)跨數(shù)

2.2.1 鋼桁梁跨數(shù)

根據(jù)該項(xiàng)目的支座類型，適當(dāng)調(diào)節(jié)鋼桁梁跨數(shù)，探尋不同跨數(shù)時(shí)鋼軌伸縮力的變化規(guī)律，如圖1所示。

圖1 跨數(shù)與伸縮力的變化規(guī)律

當(dāng)鋼桁梁跨數(shù)增加時(shí)，鋼軌伸縮力隨之提升，但伸縮拉力逐漸降低；在跨數(shù)提高到8 后，各項(xiàng)參數(shù)變化幅度明顯縮小。在溫度逐漸升高時(shí)，橋梁朝著活動(dòng)支座方向伸縮，因跨數(shù)逐漸增加，支座周圍鋼軌伸縮壓力加大，固定支座周圍的鋼軌伸縮力拉力降低。受扣件阻力限制，伸縮壓力的影響范圍較小，在跨數(shù)超過8 時(shí)，伸縮力的變化微乎其微，此時(shí)鋼軌伸縮壓力達(dá)到最高，與跨數(shù)為1 時(shí)相比增加45.26%?？梢?，在簡(jiǎn)支鋼桁梁伸縮力研究中，如若跨數(shù)大于8，則只需分析跨數(shù)為8 時(shí)的相關(guān)指標(biāo)即可；如若跨數(shù)小于8，則應(yīng)對(duì)各個(gè)力進(jìn)行綜合分析。

2.2.2 相鄰混凝土箱梁跨數(shù)

在支座形式固定的前提下，探究不同跨數(shù)下鋼軌伸縮力、墩臺(tái)力之間的關(guān)聯(lián)，如表1 所示。

表1 混凝土箱梁跨數(shù)與鋼軌伸縮力、墩臺(tái)力之間的關(guān)聯(lián)

根據(jù)表1 中數(shù)據(jù)可知，當(dāng)箱梁跨數(shù)增加時(shí)，鋼軌伸縮壓力、伸縮拉力反而降低，且降低幅度逐漸放緩。對(duì)于鋼桁梁而言，與無箱梁相比，在跨數(shù)為1 時(shí)伸縮壓力降低15%左右，由此說明可采取在鋼桁梁兩側(cè)增設(shè)混凝土箱梁的方式，使伸縮壓力降低到合理范圍。當(dāng)跨數(shù)由5 提高到8 時(shí)，箱梁墩臺(tái)力先降低1%左右，再提升1.1%左右。為了便于計(jì)算，當(dāng)箱梁跨數(shù)大于5時(shí)，可按5 計(jì)算，如若小于5，則相鄰箱梁應(yīng)綜合分析[2]。

2.3 線路阻力分布

該項(xiàng)目采用小阻力扣件，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，提出以下四種線路阻力分布模式，使鋼軌縱向力得到有效調(diào)節(jié)。

模式一：將阻力扣件單純?cè)O(shè)置在鋼桁梁上。

模式二：將阻力扣件設(shè)置在鋼桁梁、相鄰1 跨箱梁上。

模式三：將阻力扣件設(shè)置在鋼桁梁、相鄰2 跨箱梁上。

模式四：將阻力扣件設(shè)置在鋼桁梁、相鄰4 跨箱梁上。

不同方案中鋼軌伸縮力、墩臺(tái)力不盡相同，具體如表2 所示。根據(jù)表2 中數(shù)據(jù)可知，阻力扣件設(shè)置在鋼桁梁上后，鋼軌的伸縮壓力、伸縮拉力均會(huì)降低。與常規(guī)布設(shè)模式相比，模式一下伸縮壓力下降約50%，伸縮拉力下降約35%；模式四下，伸縮壓力下降約60%，伸縮拉力下降約30%。由此說明在相鄰橋跨中，阻力扣件對(duì)鋼軌伸縮性能的干擾較小，且會(huì)改變鋼軌縱向力分布，使得在阻力扣件數(shù)量增加時(shí)，伸縮壓力、伸縮拉力均逐漸降低。

表2 阻力扣件布設(shè)與鋼軌伸縮力、墩臺(tái)力之間的關(guān)聯(lián) 單位：kN

2.4 結(jié)構(gòu)支座形式

為了探究相鄰簡(jiǎn)支箱梁約束形式對(duì)鋼桁梁伸縮力產(chǎn)生的影響，該項(xiàng)目在建設(shè)之前先提出以下四種結(jié)構(gòu)支座的布設(shè)方案，如圖2 所示。不同方案的支座形式有所區(qū)別，與之對(duì)應(yīng)的伸縮壓力、伸縮拉力也不盡相同。在方案1 中，伸縮壓力為572.63kN、伸縮拉力為352.96kN；方案2 的伸縮壓力為596.34kN、伸縮拉力為351.27kN；方案3 的伸縮壓力為578.63kN、伸縮拉力為375.46kN；方案4 的伸縮壓力為596.42kN、伸縮拉力為388.54kN。

圖2 支座布設(shè)方案

在四種布設(shè)方案中，相鄰支梁支座模式基本不會(huì)對(duì)鋼軌伸縮力產(chǎn)生較大影響，與方案2、4 相比，方案1、3 的最大伸縮壓力相對(duì)較小，且二者相近。究其原因，是因?yàn)橛覀?cè)簡(jiǎn)支相連的固定支座方向與鋼桁梁支座方向相反。與方案2 相比，方案1 中伸縮壓力的最大值下降3%左右；與方案3 相比，方案1 的墩臺(tái)力下降23%左右。主要因?yàn)榉桨? 將相鄰相連的固定支座安裝到另一橋墩上，使墩臺(tái)水平力被分走一部分。該項(xiàng)目施工中，鋼桁梁相鄰簡(jiǎn)支箱梁支座設(shè)置采用方案1 的形式，使其與簡(jiǎn)支鋼桁梁支座布設(shè)形式相同，由此滿足各項(xiàng)力的要求，充分符合施工標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)語

綜上所述，鋼桁梁具有承載力強(qiáng)、跨度大、施工方便快捷等優(yōu)勢(shì)，在簡(jiǎn)支鋼桁梁無縫線路施工中，應(yīng)充分考慮縱向水平剛度、橋梁結(jié)構(gòu)跨數(shù)、線路阻力分布、結(jié)構(gòu)支座形式對(duì)無縫線路伸縮力產(chǎn)生的影響，并牢牢把握施工控制要點(diǎn)，做好鋼梁制造與安裝、施工組織方案制訂、預(yù)拱度設(shè)定等工作，使橋梁工程更加安全穩(wěn)定。