張 振 （合肥信睦工程建設(shè)有限公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

隨著我國(guó)鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，部分老站需要擴(kuò)能改造以滿(mǎn)足正常的運(yùn)輸需求，而多數(shù)車(chē)站改造往往要求不停站。但在既有電氣化鐵路運(yùn)輸繁忙區(qū)段的樞紐車(chē)站新建跨線旅客天橋，受車(chē)站列車(chē)密集到發(fā)的影響，難以提供天橋架設(shè)施工的場(chǎng)地和時(shí)間，且存在施工和列車(chē)安全等風(fēng)險(xiǎn)。采用頂推法施工，可以利用場(chǎng)外施工場(chǎng)地，優(yōu)化工藝流程，完善組織措施，減少施工與鐵路運(yùn)輸?shù)南嗷ビ绊?。本文以杭深鐵路蒼南站改擴(kuò)建項(xiàng)目上跨5 股道鋼桁架旅客天橋架設(shè)項(xiàng)目為依托，研究鋼桁架頂推施工技術(shù)[1]。

本文利用MIDAS CIVIL 軟件對(duì)鋼桁架天橋進(jìn)行受力分析，從而確?？缇€旅客天橋頂推施工的安全性[2]。

2 工程概況

工程項(xiàng)目位于浙江省溫州市蒼南縣靈溪鎮(zhèn)山東村，為杭深線蒼南站既有火車(chē)站改擴(kuò)建工程，全站共5股道。

站場(chǎng)新建一座旅客天橋，采用箱型鋼桁架結(jié)構(gòu)形式，鋼桁架全長(zhǎng)約62.00m，寬9.10m，重約150t，分別跨35.87m 和15.50m 列車(chē)通道。天橋支座一端在站房混凝結(jié)構(gòu)牛腿上，另兩處分別在2站臺(tái)和3站臺(tái)設(shè)置支座。

天橋由兩榀62.0m，高為5.3m 的桁架+桁架間上下弦橫梁組成，屋面設(shè)縱梁檁條，底部鋪設(shè)壓型鋼板組合樓蓋板。桁架下弦桿為500mm×400mm×12mm×16mm，桁架上弦桿為400mm×400mm×12mm×16mm，桁架直、斜腹桿均為300mm×350mm×14mm×14mm，上弦間 橫 梁 為 400～720mm×250mm×12mm×16mm，下弦間橫梁為H500 mm×300mm×11mm×18mm，屋面檁條為 250mm×150mm×6mm×8mm，材質(zhì)均為Q345C。

3 頂推施工方案設(shè)計(jì)

面對(duì)工期緊、施工難度高、安全風(fēng)險(xiǎn)大、交叉作業(yè)多等難點(diǎn)，對(duì)項(xiàng)目施工方案進(jìn)行優(yōu)化，決定采用頂推滑移施工法，在拼裝平臺(tái)設(shè)置專(zhuān)用的滑移軌道，并在滑移軌道上進(jìn)行天橋拼裝，通過(guò)液壓爬行器施力，借助滑道、滑板等滑動(dòng)裝置，分階段將天橋向前頂推，直至滑移到站房支座，既保證了安全高效完成作業(yè)任務(wù)，又不影響線路正常運(yùn)營(yíng)。

天橋鋼桁架主體結(jié)構(gòu)施工采用就近3 站臺(tái)外側(cè)搭設(shè)等高拼裝平臺(tái)，整體拼裝成型后采用頂推滑移技術(shù)進(jìn)行安裝。

4 有限元分析

4.1 荷載選取

根據(jù)相關(guān)規(guī)范，需要考慮的計(jì)算荷載包括以下幾個(gè)方面。①自重。軟件直接定義，自重系數(shù)取1.1。②壓型鋼板組合樓蓋自重。自重為70t。③桁架下弦配重。當(dāng)天橋懸挑長(zhǎng)度達(dá)到總長(zhǎng)1/3時(shí)，在桁架尾端下弦桿增加50t 配重，配重均勻布置在桁架最后5m 范圍內(nèi)。④水平摩阻力。滾動(dòng)摩擦系數(shù)取0.05。⑤風(fēng)荷載。按《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB 50009-2019）規(guī)定采用，查附錄E 溫州地區(qū)基本風(fēng)壓10年一遇為0.35kN/m2。

采用承載能力極限狀態(tài)法計(jì)算，荷載組合系數(shù)為恒載取1.2，活載取1.4[3]。

4.2 計(jì)算工況分析及模型

通過(guò)分析，鋼桁架結(jié)構(gòu)頂推過(guò)程中，共有4種控制工況。

①工況一

鋼桁架開(kāi)始頂推，但未到達(dá)2 號(hào)臺(tái)，此時(shí)懸挑長(zhǎng)度18.00m，為鋼桁架第一個(gè)控制工況。

②工況二

此時(shí)鋼桁架接觸2 號(hào)臺(tái)滾軸結(jié)構(gòu)后繼續(xù)頂推，未到達(dá)接收墩，頂推過(guò)程懸挑長(zhǎng)度達(dá)到22.00m，斜腹桿與弦桿交點(diǎn)位于2 號(hào)臺(tái)支點(diǎn)位置，此工況是為了檢算斜腹桿的受力情況。

③工況三

此時(shí)桁架沒(méi)有到達(dá)接收墩，頂推過(guò)程懸挑長(zhǎng)度為25.60m，支點(diǎn)位于第七和第八根斜腹桿中間時(shí)，為鋼桁架控制工況。

④工況四

此時(shí)桁架沒(méi)有到達(dá)接收墩，頂推過(guò)程懸挑最大長(zhǎng)度為26.75m，考慮為不利工況。

模型中，鋼桁架各構(gòu)件均采用梁?jiǎn)卧?，材料選用Q345C。

4.3 強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果

①工況一計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，下弦桿最大組合應(yīng)力為100MPa＜305MPa，最大剪應(yīng)力為40MPa＜175MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

②工況二計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，下弦桿最大組合應(yīng)力為70MPa＜305MPa，最大剪應(yīng)力為12MPa＜175MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

③工況三計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，下弦桿最大組合應(yīng)力為418MPa＞305MPa，最大剪應(yīng)力為58MPa＜175MPa，抗彎強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

④工況四計(jì)算結(jié)果

由計(jì)算結(jié)果可知，下弦桿最大組合應(yīng)力為394MPa＞305MPa，最大剪應(yīng)力為85MPa＜175MPa，抗彎強(qiáng)度不滿(mǎn)足規(guī)范要求。

通過(guò)以上工況計(jì)算，鋼桁架強(qiáng)度計(jì)算匯總?cè)绫?所示。

表1 計(jì)算結(jié)果匯總表

4.4 剛度計(jì)算結(jié)果

考慮當(dāng)鋼桁架懸挑最長(zhǎng)時(shí)，最不利。

由圖中結(jié)果顯示，當(dāng)懸挑最長(zhǎng)26.75m 時(shí)，鋼桁架最大撓度為f=滿(mǎn)足規(guī)范要求[4]。

4.5 斜腹桿穩(wěn)定性驗(yàn)算

桁架斜腹桿采用300mm×350mm×14mm×14mm 鋼箱梁，材質(zhì)Q345C，截面面積為A=17416mm2，慣性距I=2.475×108mm4。通過(guò)有限元分析，在工況四中斜腹桿的軸力設(shè)計(jì)值最大，為N=739kN。對(duì)應(yīng)計(jì)算長(zhǎng)度為6.3m。

根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50017-2017）附錄D，查表得φ=0.842，305.0MPa，穩(wěn)定性滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4.6 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

天橋頂推過(guò)程中，當(dāng)鋼桁架滑過(guò)2號(hào)臺(tái)時(shí)，懸挑長(zhǎng)度達(dá)到最大26.75m 時(shí)，為最不利工況，計(jì)算受力簡(jiǎn)圖如圖18 所示。

圖1 天橋結(jié)構(gòu)示意圖（mm）

圖2 鋼桁架整體拼裝示意圖

圖3 鋼桁架頂推施工示意圖

圖4 工況一邊界條件

圖5 工況二邊界條件

圖6 工況三邊界條件

圖7 工況四邊界條件

圖8 工況一組合應(yīng)力（單位：MPa）

圖9 工況一剪應(yīng)力（單位：MPa）

圖10 工況二組合應(yīng)力（單位：MPa）

圖11 工況二剪應(yīng)力（單位：MPa）

圖12 工況三組合應(yīng)力（單位：MPa）

圖13 工況三剪應(yīng)力（單位：MPa）

圖14 工況四組合應(yīng)力（單位：MPa）

圖15 工況四剪應(yīng)力（單位：MPa）

圖16 撓度（單位：mm）

圖17 軸力設(shè)計(jì)值（kN）

圖18 計(jì)算受力示意圖（單位：mm）

P1=250÷62.37×26.75=107t（懸挑段鋼桁架重量），P2=250-107=143t（支點(diǎn)右側(cè)鋼桁架重量），P3=50t（配重）。

風(fēng)荷載。溫州地區(qū)10 年一遇基本風(fēng)壓為w=0.35kN/m2。考慮最不利工況，支點(diǎn)左側(cè)風(fēng)荷載Pw1方向向下，支點(diǎn)右側(cè)風(fēng)荷載Pw2方向向上[5]。

由此，

M傾=1.2×P1×13.375+1.4×（Pw1×13.375+Pw2×17.81）=21598kN·m，

M抗=1.2×P2×17.81+1.2×P3×33.12=5043.4kN·m。

鋼桁架抗傾覆安全系數(shù)M抗∕M傾=50434/21598=2.3＞2.0，抗傾覆滿(mǎn)足規(guī)范要求[6]（抗傾覆安全系數(shù)2.0 參考《橋梁懸臂澆筑施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T281-2018）第7.3.1 節(jié)，橋梁主體施工時(shí)，抗傾覆安全系數(shù)不得小于2.0）。

4.7 下弦桿加固措施

下弦桿采用500mm×400mm×12mm×16mm 鋼箱梁，根據(jù)4.3 節(jié)強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，需要對(duì)距離頂推前端14.848～29.196m 段下弦桿進(jìn)行加固，內(nèi)側(cè)幫焊12mm 鋼板，材質(zhì)均為Q345 C，如圖19所示。

圖19 下弦桿加固示意圖（單位：mm）

圖20 組合應(yīng)力（單位：MPa）

圖21 剪應(yīng)力（單位：MPa）

加固后下弦桿計(jì)算結(jié)果。

由計(jì)算結(jié)果可知，下弦桿最大組合應(yīng)力為278MPa＜305MPa，最大剪應(yīng)力為53MPa＜175MPa，弦桿加固后強(qiáng)度滿(mǎn)足規(guī)范要求。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)杭深鐵路蒼南站鋼桁架旅客天橋頂推施工工況進(jìn)行受力分析，得出以下結(jié)論。

①天橋頂推過(guò)程中，當(dāng)鋼桁架懸挑長(zhǎng)度大于20m 時(shí)，下弦桿應(yīng)力超過(guò)抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值305MPa。為了確保弦桿承載力滿(mǎn)足要求，需要對(duì)下弦桿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

②天橋頂推過(guò)程中，鋼桁架其他桿件強(qiáng)度均滿(mǎn)足規(guī)范要求。

③天橋頂推過(guò)程中，當(dāng)懸挑最長(zhǎng)26.75m 時(shí)，鋼桁架最大撓度97mm＜133.75mm，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

④頂推過(guò)程中鋼桁架抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2.3＞2.0，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

綜上所述，采用頂推法施工能減小對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)挠绊?，確保在不停站情況下進(jìn)行施工，改善施工作業(yè)環(huán)境[7]，提高施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度，確保施工安全，減少大型機(jī)械設(shè)備的投入，節(jié)約施工成本。

經(jīng)理論計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，如圖22 所示，表明了頂推施工的安全性和便利性，為以后類(lèi)似工程提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

圖22 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施照片