淺談雙線(xiàn)鐵路連續(xù)梁的支架設(shè)計(jì)驗(yàn)算

唐德瓊

中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司 廣西柳州 545007

1 工程概況

哈佳鐵路上部結(jié)構(gòu)類(lèi)型為跨依七高速公路有砟軌道（40+64+40）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁連續(xù)箱梁。鐵路橋梁與道路中心交叉于DIK254+526處（對(duì)應(yīng)高速公路主線(xiàn)里程為G1011K1+500），交叉點(diǎn)距依蘭縣高速收費(fèi)站約1.5公里。主跨位于主墩12#-13#間，高速路面寬度為24m，依七高速與大里程右角交角為77°33′。跨路墩采用鋼管立柱支架法搭設(shè)再箱梁體0#塊澆筑。

（1）結(jié)構(gòu)尺寸：哈佳鐵路跨依七高速公路連續(xù)梁計(jì)算跨度為（40+64+40）m，為單箱單室變截面連續(xù)箱梁，邊支座中心線(xiàn)至梁端0.7m，梁全長(zhǎng)145.4m，中支點(diǎn)梁高5.0m，邊支點(diǎn)及跨中梁高3.0m，中跨跨中直線(xiàn)段長(zhǎng)10m，邊跨直線(xiàn)段長(zhǎng)13.7m。

（2）截面采用單箱單室直腹板形式，頂板厚度除梁端附近外均為35cm，腹板厚48-70-110cm,底板由跨中的40cm按二次拋物線(xiàn)變化至根部的80cm。線(xiàn)間距為5.04-5.07m，頂板寬度為13.3m，底板寬度為6.7m。箱梁兩側(cè)腹板與頂?shù)装逑嘟惶幘捎脠A弧倒角過(guò)渡，箱梁懸臂板下設(shè)置通長(zhǎng)的滴水槽，支座處及中跨跨中共設(shè)置5個(gè)橫隔板，梁面擋砟墻間軌道部分設(shè)2%人字橫坡排水。

2 連續(xù)梁0號(hào)塊鋼管柱支架搭設(shè)

2.1 支架簡(jiǎn)述

圖1 0#塊支架橫斷面圖

采用φ500×8mm鋼管柱做為主承重構(gòu)件，40a工字鋼為縱梁，其中腹板位置雙根，翼緣板下單根，橫向分配梁采用I36c工字鋼按50cm間距布設(shè)，在承臺(tái)上預(yù)埋鋼板做為鋼管柱的基礎(chǔ)連接件，鋼管柱間設(shè)置連接系增強(qiáng)其穩(wěn)定性，連接系水平件采用20#槽鋼，交叉連接件采用L100角鋼；箱梁底板部位利用15×15cm截面方木排架進(jìn)行調(diào)坡。底模板由10×10cm方木、15mm竹膠板組成，方木按20cm中心距排布，側(cè)模板采用定型鋼模，側(cè)模與底模為“側(cè)包底”型式，側(cè)模板懸臂部分利用腳手桿支撐。內(nèi)模支撐采用腳手桿，面板為膠合板，肋木采用10×10cm方木。由于腹板高度變化[1]，腹板與底板的圓倒角不能隨外側(cè)模一起定做，采用敷貼定型橡膠塊的方式完成底倒角的成型。根據(jù)箱梁分配情況，臨時(shí)支座以外為支架承載部分，即圖2的斷面1和斷面2之間，距支架的布置情況，將箱梁分為翼緣板、底腹板兩大部分。

圖2 0#塊支架縱斷面圖

2.2 鋼管柱支架的設(shè)計(jì)驗(yàn)算

（1）計(jì)算截面選取。偏安全取支架支撐部位的最大斷面即截面1做為驗(yàn)算荷載，此時(shí)4.93m，底板厚0.79m，腹板厚1.04m，頂板厚0.44m，分別按底板、腹板、頂板、翼緣板計(jì)算斷面面積。圖2的斷面1至斷面2之間距離為2.75m。

圖3 0#塊支架承載部分截面計(jì)算示意圖

（2）支架結(jié)構(gòu)材料參數(shù)：

①規(guī)格1220×2440×15mm。根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》查得，并綜合考慮浸水時(shí)間，竹膠合模板的力學(xué)指標(biāo)取下值：

彈性模量：E=5×103MPa

彎應(yīng)力：[σ]=80Mpa

剪應(yīng)力：[τ]=1.3Mpa

密度：9.5KN/m3（以上數(shù)據(jù)為廠(chǎng)家提供）

②木材（A-3紅松）

順紋彎應(yīng)力[σ]=12Mpa

順紋彎曲剪應(yīng)力[τ]=2.3Mpa，

橫紋彎曲剪應(yīng)力[τ]=3.2Mpa

彈性模量E=9×103MPa

③Q235鋼材

(依據(jù)現(xiàn)行《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》取值)：

拉壓應(yīng)力[σ]=140Mpa

彎曲應(yīng)力[σw]=140Mpa

剪應(yīng)力[τ]=85Mpa

彈性模量E=2.1×105MPa

（3）各構(gòu)件驗(yàn)算。翼緣板下構(gòu)件無(wú)論從重量還是跨度均遠(yuǎn)小于腹板下，故只計(jì)算腹板下構(gòu)件，在荷載取值時(shí)偏安全的外加翼緣板部位的自重荷載。

①荷載取值：

恒載：

a.混凝土自重：

新澆混凝土容重按26KN/m3計(jì)算

底 腹 板 +頂 板 部 分：q1=26kN/m3×（10.3+2.2+3.8）=423.8kN/m單側(cè)翼緣板部分：q2=26kN/m3×1.3=33.8kN/m

模板自重（按實(shí)際材料、尺寸計(jì)算）按3KN/m2計(jì)算

b.模板支架自重：q3=13.3×3=39.9kN/m

可變荷載：

施工人員、施工料具堆放、運(yùn)輸荷載按2.5KN/m2計(jì)算

c.施工人員、施工料具堆放、運(yùn)輸荷載：q4=13.3×2.5=33.3kN/m

傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載按2.0KN/m2計(jì)算

d.傾倒混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載：q5=13.3×2.0=26.6kN/m

振搗混凝土產(chǎn)生的荷載按2.0KN/m2計(jì)算

e.振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：q6=13.3×2.0=26.6kN/m

②鋼管立柱的驗(yàn)算

由于翼緣板部位荷載很小，偏安全假定箱梁荷載全部由腹板下4根立柱承擔(dān)，取1.2倍的安全系數(shù)

驗(yàn)算荷載：

∑q=423.8+33.8×2+39.9+33.3+26.6+26.6=617.8kN/m

軸心抗壓強(qiáng)度

σ=P/A=509.7/123.65=41.2Mpa＜[σ]=140Mpa

剛度（穩(wěn)定性）

立柱按兩端鉸接，則計(jì)算長(zhǎng)度按13#墩最長(zhǎng)管高l0=1.0×9.24=9.24m

λ=l0/i=9.24/17.397=53＜[λ]=150（鋼構(gòu)件立柱）

查表ψ=0.81

③縱向工字鋼I40a

腹板下縱向工字鋼同樣按承受全部箱梁自重考慮

強(qiáng)度驗(yàn)算：

剛度驗(yàn)算：

=2.52mm＜[f]=L/400=2750/400=6.87mm

橫梁剪力V=ql/2=0.5×（308.9×2.75）=424.7kn

剪應(yīng)力τ=VSx/(Ix.tw)=424.7/(2×34.1×10.5)

=59＜[τ]=85Mpa

滿(mǎn)足施工要求！

④橫梁（I36c）。根據(jù)支架結(jié)構(gòu)底腹板下橫梁按承受底板、頂板以及腹板的一半計(jì)算，模板自重很輕，可忽略不計(jì)。橫梁間距為50cm，跨度按立柱間距5.7m，計(jì)算則荷載取值為：

q=26×（5.15+3.8+2.2）×0.5/5.7+（2.5+2+2）×0.5=28.6kN/m

強(qiáng)度驗(yàn)算：

剛度驗(yàn)算：

=10.8mm＜[f]=L/400=5700/400=14.25mm

剪力：

V=ql/2=0.5×（28.6×5.7）=81.5kn

剪應(yīng)力τ=VSx/(Ix.tw)=81.5/(29.9×14)=19＜[τ]=85Mpa

滿(mǎn)足施工要求！

⑤底模板15mm竹膠板。按箱梁截面最高處腹板段進(jìn)行驗(yàn)算，此時(shí)梁高取4.93m，橫向分配方木為0.20m間距，竹膠板按支承在分布肋木上簡(jiǎn)支梁進(jìn)行受力分析，模板的凈跨徑==100mm，取模板順跨度方向1毫米寬計(jì)算。

腹板荷載組合

∑q=26×4.93+3+2.5+2+2=137.68kN/m2

換算成線(xiàn)荷載q=137.7×10-3N/mm

強(qiáng)度驗(yàn)算：

模板截面抵抗矩：

模板截面慣性矩：

模板橫截面的最大應(yīng)力：

模板最大剪力：

V=ql/2=(137.7×10-3×100)/2=6.88N

模板最大剪應(yīng)力：

剛度驗(yàn)算：

=0.12mm＜[f]=L/400=100/400=0.25mm

⑥橫向分配方木（10×10cm截面）驗(yàn)算。腹板下方木凈跨徑按0.15m，底板下凈跨徑按0.45m考慮，分別計(jì)算不同荷載不同跨徑下受力狀況。

a.腹板下：

承受20cm寬度的荷載，均布荷載取值為：

q=26×4.93+2.5+2+2=134.7kn/m2

轉(zhuǎn)換為線(xiàn)荷載q=134.7×0.2=269n/cm

M=1/8ql2=0.125×269×152=7565n.cm

W=bh2/6=15×152/6=166.7cm3

截面積：A=10×10=100cm2

彈性模量：E=9×103MPa

慣性矩：I=bh3/12=10×103/12=833cm4

強(qiáng)度驗(yàn)算：

σw=M/W=0.45MPa＜[σw]=12MPa,強(qiáng)度滿(mǎn)足要求（參考紅松木）。

由矩形梁剪應(yīng)力計(jì)算公式得：

模板最大剪力：

V=Q=ql/2=2017N

τ=3Q/2A=0.3MPa＜[τ]=2.3MPa，剪應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

剛度驗(yàn)算：

=0.023mm＜[f]=L/400=150/400=0.375mm

剛度滿(mǎn)足要求。

b.底板下：

承受20cm寬度的荷載，均布荷載取值為：

q=26×1.25+2.5+2+2=39kn/m2

轉(zhuǎn)換為線(xiàn)荷載q=39×0.2=78n/cm

M=1/8ql2=0.125×39×452=9872n.cm

W=bh2/6=15×152/6=166.7cm3

截面積：A=10×10=100cm2

彈性模量：E=9×103MPa

慣性矩：I=bh3/12=10×103/12=833cm4

強(qiáng)度驗(yàn)算：

σw=M/W=0.59MPa＜[σw]=12MPa，強(qiáng)度滿(mǎn)足要求（參考紅松木）。

模板最大剪力：

V=Q=ql/2=1755N

由矩形梁剪應(yīng)力計(jì)算公式得：

τ=3Q/2A=0.263MPa＜[τ]=2.3MPa，剪應(yīng)力滿(mǎn)足要求。

剛度驗(yàn)算：

=0.05mm＜[f]=L/400=450/400=1.12mm

滿(mǎn)足施工要求！

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鐵路雙線(xiàn)連續(xù)梁0號(hào)塊施工的鋼管柱支架法設(shè)計(jì)，經(jīng)驗(yàn)算支架滿(mǎn)足施工承載安全要求[2]。鋼管柱支架法施工連續(xù)梁0號(hào)塊應(yīng)用于中等高度的墩身較適合。實(shí)際施工過(guò)程中可以采用加設(shè)鋼管立柱增加安全性，而且在靠墩側(cè)的一排鋼管柱和墩身之間通過(guò)墩身內(nèi)預(yù)埋鋼板與鋼管柱連接焊接加強(qiáng)，且箱梁采用二次澆筑工藝，能夠保證鋼管柱支架的安全儲(chǔ)備系數(shù)在1.45倍以上。工程施工應(yīng)事先對(duì)支架進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)算及認(rèn)證，使得方案成熟可行，工程建造安全可控[3]。