哈大鐵路客運專線新開河大橋138 m鋼箱疊拱過運架設備施工檢算

楊正華

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司橋隧處，西安 710043)

1 工程概況

哈大客運專線新開河大橋跨越長春市富民大街，受路寬和斜交角度影響，考慮橋梁建筑高度受控和景觀要求，采用1-138 m鋼箱疊拱(圖1)，全橋長144 m，橋面寬度為18 m。兩側系梁為等寬變高度箱形截面。端橫梁為單箱三室箱形結構，截面尺寸4 500 mm(高)×7 300 mm(寬)×13 060 mm。中橫梁為工字形。全橋設4道2 000 mm×800 mm工字形縱梁。拱肋為1 800 mm×2 000 mm等截面箱形，上、下拱肋在拱腳處聯結在一起。

2 橋梁施工方案及特點

圖1 新開河大橋鋼箱疊拱效果圖

本橋兩側均接常規32 m簡支箱梁，架橋機由小里程向大里程側架梁，拱腳內側凈距14 m，考慮運梁車和架橋機運架普通簡支箱梁的需要，需在成拱前通過運梁車和架橋機。本橋采用先梁后拱的施工方法，主要步驟為:

施工主橋樁基及墩身→施工臨時墩及支架→架設系梁→分段吊裝鋼縱梁、橫梁→橫放工字鋼橫梁，上鋪20 mm厚鋼板，形成臨時運梁通道→過運梁車及架橋機→安裝拱腳段→搭設支架，拼裝拱肋成拱→安裝橫撐，修補拱肋涂裝→拆除拱肋支架→安裝吊桿，施加吊桿初張力→分段現澆橋面板→施工人行道、欄桿等橋面系。

3 施工檢算

3.1 臨時橋面系檢算

本橋橋面設計為鋼混結合體系，為保證成橋后鋼混結合橋面系質量，運梁車及架橋機通過期間采用鋼結構臨時橋面系，總長140.5 m。在縱橫梁剪力釘之間橫橋向鋪設I22b型鋼，工字鋼頂面鋪設δ=20 mm鋼板，焊接成整體橋面，架梁完成后拆除臨時橋面系。考慮到138 m鋼箱疊拱與兩側32 m簡支箱梁橋面的高差，為滿足運梁車的最大爬坡能力，在拱橋端部與簡支梁連接處形成坡度，端橫梁部分工字鋼變為I25b/I28b。工字鋼縱向最大間距按20 cm設計，與剪力釘的布置沖突時，可適當移動。

運梁車橫向輪距為5.0 m，輪寬為1.2 m，總寬度為6.2 m，運梁車支腿中心距為5.8 m，作用寬度為0.5 m，總寬度為6.3 m。考慮以上因素，工字鋼長度取8.0 m，鋼板寬度取3.0 m。臨時橋面系斷面見圖2。

圖2 臨時橋面系斷面(單位:mm)

(1)運梁車計算圖式

運梁車為TLC900型號，額定負荷9 000 kN，自重2 800 kN，共16個軸，64個輪胎。偏裝運輸32 m箱梁荷載計算圖示見圖3。

圖3 偏裝運輸32 m箱梁工況(單位:m)

(2)臨時橋面板檢算

工字鋼沿橋縱向間距為20 cm，TLC900運梁車采用的為26.5R25輪胎(寬714 mm)，根據圖3工況知:P1～P8的單胎作用面積為3 384 cm2，單胎作用力為195 kN;P8～P16的單胎作用面積為1 934 cm2，單胎作用力174 kN。檢算臨時橋面板時，輪胎接地面積采用700 mm×400 mm(縱×橫)，最大均布壓力為195/(0.4×0.7)=696.4 kPa。

采用Midas軟件中板單元建立臨時鋼板的模型，依據運梁車偏裝運輸32 m箱梁荷載工況，考慮荷載最不利布置后，計算鋼板的最大應力為39.8 MPa＜［σ］=135 MPa，強度滿足。

(3)臨時工字鋼檢算

I22b型鋼腹板檢算:腹板厚度9.5 mm，輪胎寬度為700 mm，受壓承載力為898 kN。單個輪胎的最大作用力為195 kN＜898 kN，滿足要求。

I22b型鋼截面模量Wx=325 cm3，根據《鐵路橋涵鋼結構設計規范》(TB10002.2—2005)I22b型鋼的彎曲容許應力［σw］=140 MPa，截面容許彎矩［M］=Wx×［σw］=45.5 kN·m，工字梁橫向支承于與縱梁之上，根據縱梁間距得出工字鋼的計算圖式見圖4。根據輪胎的接觸面積，假定運梁車每側的一個軸重由2條I22b型鋼承擔，即1條工字鋼承重195 kN，均布在每側縱梁間2 m范圍內的工字鋼上，均布荷載集度q=195/2=97.5 kN/m。

圖4 工字鋼計算圖式(單位:m)

計算得 Mmax=41.4 kN·m ＜［M］，σw=127 MPa，工字鋼強度滿足規范要求。

3.2 運梁車過梁檢算

(1)臨時支墩的布置

設計初期按照不影響富民大街機動車通行的原則，同時滿足相關計算要求，在模型的每側系梁布置6個支承點，具體位置見圖5。

圖5 臨時支墩布置(單位:m)

(2)模型的建立

采用Midas中的梁單元建立無拱肋的縱橫梁模型，荷載考慮結構自重、臨時橋面系荷載等，計算中將運梁車荷載分別加在4道縱梁上，然后進行組合。由于運梁車過梁時速度很慢，故不考慮運梁車的動力作用。

(3)計算結果

通過計算，運梁車過橋時，縱梁的最大應力為25.2 MPa，橫梁最大應力為71.6 MPa，系梁最大應力為37.5 MPa。恒載作用下的橋梁最大豎向位移為－3.5 mm，恒載+運梁車作用下的最大豎向位移為－12.1 mm。計算結果均滿足規范要求。

3.3 架橋機過梁檢算

采用運梁車馱運架橋機過梁，根據TLJ900型架橋機橋間轉移圖，無論是低位馱運過橋還是高位馱運過橋，總架橋機作用力為5 600 kN，遠小于32 m簡支箱梁重，故該荷載工況不控制。

3.4 架橋機架設箱梁檢算

(1)架設過程中整體檢算

建立Midas模型，將架設過程中的運梁車各軸重分攤到此位置的4道縱梁上，不考慮運梁車的每個單胎作用力對縱梁的扭轉作用。架橋機支腿反力、運梁車支腿反力及P1按集中荷載加到端橫梁上，并考慮對端橫梁產生的扭矩。

計算結果表明:架梁過程中梁體最大豎向位移為－13.1 mm，最大組合應力為78.3 MPa，均出現在第13道橫梁附近，計算結果滿足要求。

(2)架設過程中局部檢算

由于架設本橋兩端簡支箱梁過程中，端橫梁上頂板要承受巨大的架橋機支腿反力，同時端橫梁又為箱室結構，受力復雜，需建立有限元模型進行局部分析。考慮架橋機支腿位置及作用力關于橋面中心線對稱，計算中沿橋面中心線取一半端橫梁進行分析，對稱面上設對稱約束，采用Midas板單元建立模型如圖6所示，支腿作用力按面荷載考慮。

圖6 端橫梁局部計算模型

根據架橋機架設荷載工況，在架設本橋兩側的簡支箱梁過程中，端橫梁要承受的前支腿最大反力為3 110 kN，后支腿最大反力為2 215 kN。通過Midas局部模型計算，借助簡單的橋面板局部加勁，端橫梁上頂板應力均超過鋼材的屈服強度，應力和變形均不能滿足要求。

考慮到盡可能地將支腿反力傳至橋墩承受，減少端橫梁上頂板的受力，最終施工方案采用支腿下設50 mm厚的鋼墊板N4，并在端橫梁內外部加豎向鋼支撐，且內外鋼支承要求豎向對齊支腿中心，鋼支承下部為了達到支承端橫梁的目的，在鋼支承下部與端橫梁底板考慮用楔形鋼板N5打緊，前支腿鋼支承構造見圖7。

采用上述措施后，前、后支腿作用下端橫梁頂板最大正應力分別為111.4 MPa和97.2 MPa，最大組合應力分別為107.7 MPa和86.4 MPa，同時對架橋過程中內外部鋼支承的應力、變形進行了檢算，結果表明上述均滿足規范要求。

圖7 前支腿鋼支承截面(單位:mm)

4 結語

通過對成拱前運梁車過梁和架設箱梁過程分析，研究了鋼箱疊拱橋縱橫梁和端橫梁的受力特點，為制定可行的施工方案提供依據，為以后同類橋梁的施工檢算提供有益參考。

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