“六四式”鐵路桁梁在高鐵大跨度連續梁施工中的運用

徐傳銀 中國鐵路上海局集團有限公司上海鐵路樞紐工程建設指揮部

1 “六四式”桁梁的特點

“六四式”鐵路桁梁是我國自行研究設計的、中等跨度適用、標準軌距和1 m軌通用的一種鐵路橋梁搶修制式器材，1964年經國務院軍工產品定型委員會設計定型，代號為102。在實際使用于1967年將其主要構件（標準三角標準弦桿）的部分材料改為15錳釩鈦高強低合金鋼后提高了構件承載能力，增大了適用性。改良后的“六四式”鐵路桁梁定名為“加強型六四式鐵路桁梁”，其代號為102-2，不進行加強處理的桁梁則定為102-1，兩種型號的構件可以互換裝配。“六四式”鐵路桁梁是一種全焊構架、銷接組裝、單層或雙層多片式上承鋼桁梁，具有以下優點：

（1）構件型號少，構件、配件具有高度的互換性，不論組拼何種跨度和型式的桁梁，所有構件和配件全部通用。

（2）結構輕便，構造簡單，可用人工或小型機具組拼，適合全天候作業。

（3）可以逐片組拼，分片或分組架設，分組、分片的重量輕，可以采用簡易設備進行安裝，安裝速度快、效率高。

（4）輪廓尺寸小，單元重量輕，運輸及安拆方便。

“六四式”鐵路桁梁適用跨度在16 m～48 m跨度范圍內，加強型六四式鐵路桁梁器材在16 m～53 m跨度范圍內，作為靜態結構的受力桿件，則需要通過受力計算確定是否滿足結構受力要求。桁梁除可以拼組鐵路標準跨度外，配用不同長度的輔助端構架，除 18.5 m、22.5 m、26.5 m、30.5 m、34.5 m、38.5 m、42.5 m、46.5 m、50.5 m等幾種跨度不能拼組外，其余都可以按每0.5 m變化跨度，能夠完全適應我國鐵路標準跨度和現有非標準跨度橋梁的梁部結構的搶修之用。低支點套器材除可以拼組鐵路標準跨度梁外，非標準跨度的梁只能按標準跨度增加1 m或增加2 m兩種長度調整跨度。

2 “六四式”桁梁在高鐵大跨度連續梁膺架施工中的運用

新建××高速鐵路跨洞涇港現澆連續梁施工里程為K026＋241.660～DK026＋463.360，梁體結構形式為 60+100+60 m連續箱梁，位于洞涇港橋段36#墩至39#墩之間，兩側與32 m簡支梁橋墩連接，橋梁主跨37-38#墩處跨越洞涇港，河流與線路大里程方向夾角為37°，詳見圖1。

圖1 跨洞涇港連續梁橋址平面布置圖

連續梁主墩37、38#墩高度為12 m，中支點處梁高為7.85 m、跨中梁高4.85 m，梁底距施工河床水位最大高度為13m。其主跨跨越的新洞涇河道為六級航道，要求通航凈空為22 m×3.5 m。

跨洞涇港連續梁的梁部施工原設計為懸灌法施工，為滿足工期要求而變更為支架法施工，而支架法施工同樣又面臨以下難題：

（1）梁體荷載大，支架凈跨度大，膺架材料選擇困難；

（2）施工場地狹窄，水面凈空低，膺架加工、安拆難度大；

（3）航道區域內水淺且作業面窄，不利于大噸位浮吊作業。

由于航道寬度要求22 m，加上水上防護措施的寬度，膺架主跨最大凈跨度達到26.5 m，膺架材料有“貝雷梁、桁梁、鋼桁梁及鋼箱梁”幾種方案可供選擇。經過多種方案的技術及經濟對比分析，最后決定采用相對經濟且安裝方便的“六四”桁梁作為膺架材料。

2.1 連續梁支架的設計原則

混凝土梁現澆支架結構由“六四式”鐵路桁梁和鋼管臨時墩拼組而成，采用梁墩式結構，分成六個支墩組成，梁部結構由“六四式”桁梁組成。考慮到通航要求和現澆支架應具有足夠剛性，能滿足箱梁施工過程中撓度控制的需要，故將全橋分為5跨（16 m+16 m+28 m+16 m+16 m），分別采用16 m單層梁和28 m雙層梁，兩邊支墩均置于臨時墩頂墊梁上。28 m跨橫向布置18片桁梁，其中中間14跨為雙層六四梁，兩邊各有兩片單層六四梁；16 m跨橫向布置18片單層桁梁，永久墩側鋼管支撐上橫向布置18片桁梁，詳見圖2。

圖2 跨洞涇港連續梁膺架構件布置

2.2 連續梁膺架部分受力計算

膺架結構的受力計算可利用“MIDAS”、“橋梁博士”等施工軟件進行計算，本文中僅以人工計算的模式闡述計算原理。

2.2.1 計算模型的建立

桁架模型計算不夠精確，有時誤差較大。如按完全剛架結構進行計算，則與結構實際狀況不符，由于基本單元間的聯結采用銷釘連接，即可以認為是鉸結，而按鋼架結構處理顯然不合適，尤其對結構位移的計算誤差較大。鑒于按桁架模型和鋼架模型存在的諸多問題，考慮其基本單元的全焊特性和全部桿件的作用，及基本單元間的銷釘聯接方式，采用鋼鉸混合模型進行結構分析是比較符合結構的實際情況的—即基本單元內的聯結方式采用剛結，基本單元間的聯結方式采用鉸結，并考慮全部桿件的作用。該模型充分考慮了結構單元內部與外部聯結的結構形式，在力學模型上最為先進，本計算就基于鋼鉸混合模型。

2.2.2 施工荷載取值

（1）鋼筋混凝土容重：取γ=26 kN/m3

（2）施工人員及機具：取2.5 kPa

（3）振搗混凝土產生的荷載：取2.0 kPa

（4）六四梁自重：雙層每片：取0.28t/m（未含聯接系鋼枕）

（5）鋼枕（I 16）：20.5 kg/m，沿梁縱向間距1 m布置。

2.2.3 荷載計算

分施工過程和脫模兩個工況進行分析。工況一考慮了梁體自重、施工荷載、模板、六四梁自重、鋼枕等荷載；工況二只考慮了系梁自重、六四梁自重、鋼枕等荷載。由于該箱梁斷面較小，按平均分配荷載進行設計。

（1）28 m跨荷載分布計算

工況一（澆筑混凝土）：

箱梁每延米荷載：

梁體自重：38 t/m；施工人員與機具：6×2.5 kN/m2=1.5 t/m；振搗荷載：6×2.0kN/m2=1.2t/m；模板：取 3t；六四梁自重:3t/m；鋼枕（I 16）：60t/100m＝0.6t/m。

則每延米荷載合計：47 t/m，每片梁荷載分布為3.36 t/m(僅考慮中間14片六四梁的力)。

工況二（脫模以后）：

底板下方每延米荷載：

梁體自重：38 t/m；六四梁自重:3 t/m；鋼枕（I 16）：0.6 t/m。則每延米荷載合計：41.6 t/m，每片梁荷載分布為2.97 t/m。

內力計算如下：

計算六四梁各個桿件受力，弦桿受力:

弦桿為兩個[16b，截面面積為 25.1 cm2×2=50.2 cm2；

16Mn 的允許受拉[σ]=210 MPa=2.1 t/cm2；

弦桿可承受的拉力為[T]=105.42 T；

T＜[T]，弦桿滿足受力條件。

每個豎桿所受的壓力為：N=3.36 t/2=1.68 t；

每個中豎桿允許受壓:[N]=10 t；

N＜[N]，同樣中豎桿滿足受力條件。

斜腹桿可承受42 t的壓力，實際承受的力遠小于這個數，所以斜腹板受力滿足施工要求。

單片梁在中間兩個墩的受力為:47.04 t。

（2）16 m跨荷載分布計算

邊跨單片承受的壓力為3.36 t/m，具體受力詳見圖3。

圖3 邊跨受力圖

內力計算如下:

承受的壓力分別為:N1=10.25 t；N2=47 t；N3=27.25 t。

首先檢算六四梁的弦桿受拉:

弦桿滿足受力要求。

綜上可知六四梁的受力滿足要求。

（3）膺架分配梁部分及管樁部分受力檢算

橫梁部分的受力檢算

受力最大的中間兩個臨時墩橫梁，具體受力詳見圖4。

圖4 中間臨時墩受力圖

受力大小詳見圖5和圖6，最大彎矩為：M=32.39 t·m。

圖5 剪力圖

圖6 彎矩圖

可承受的最大壓力為:N=205 t；

檢算橫梁:2I40a；W=2 180 cm3；

大橫梁下面墩橫梁檢算:

受力詳見圖7。

圖7 下橫梁受力圖

所受彎矩和剪力詳見圖8和圖9。

圖8 彎矩圖

圖9 剪力圖

橫梁的受力情況:

橫梁受力滿足施工要求。

2.3 桁梁的安裝及拆除施工

2.3.1 桁梁的安裝施工

桁梁的安裝在管樁立柱及上方的分配工字鋼安裝完畢后進行。跨中部分六四梁為雙層結構，施工先按每聯的長度拼裝完下面一層，再拼裝上面一層。底層的六四梁先按每聯放在一條直線上，上層六四梁和底層連接采用吊機和導鏈進行調整，打入銷子進行銷接。端構架拼裝采用先拼裝斜桿，再拼裝豎桿，然后再拼裝端構架的方法。拼裝時用導鏈先將斜桿和豎桿臨時固定，用吊機吊裝端構架進行拼裝。

每組六四桁梁重約10 t，采用20 t浮吊吊裝。架設順序如下：

（1）在下部結構頂橫梁上進行測量放樣，定出六四梁的準確位置。

（2）將拼裝好后的一組六四梁主桁片裝上運輸船并運至橋跨處。

（3）六四梁安裝到橫梁后先臨時固定，然后再安裝以下各組，最后用鋼枕連成一個整體。

為保證通航的需要，六四桁鋼的設置高度足滿12 m要求。要在六四梁上掛設警示標志，標明控制行航高度。

2.3.2 桁梁的拆除施工

根據橋梁的特點，六四桁梁分段搭設、分段拆除的原則進行施工。拆除時先拆除主航道正上方部分，再拆除航道兩側單層搭設部分。

（1）主航道上方桁梁的拆除

主航道上方桁梁為雙層搭設，翼緣板下方部分可以排為單位整體卸落，梁體底板下方桁梁拆除時先解除桁梁之間的所有聯結構件，再將桁梁以單節標準架或兩節標準架為單位卸落至地面，吊裝機械選用浮吊，浮吊置于航道中。

底層桁梁拆除時由于以梁底的最大凈空為7 m，可以排為單位整體拆除。

（2）航道兩側桁梁的拆除

每聯桁梁含7片標準構架，2片端構架。總重4.009 t，加聯結件按4.2 t計，施工采用浮吊結合汽車吊時以排為單位整體拆除，先解除桁梁與下方工字鋼的聯結，先、卸落翼緣板下方的部分，再將梁底部分平移至翼緣板下方卸落。平移桁梁時在兩端鋼管柱上焊接支點利用桁梁下方工字鋼做滑道，用手拉葫蘆將桁梁以排為單位移到梁連線正下方處再用浮吊結合汽車吊卸落，卸落桁梁時汽車吊置于河岸上。

3 “六四式”桁梁在高鐵大跨度連續梁膺架施工中的優點

（1）從受力角度來說，由于主跨凈跨度大，采用貝雷梁需三層加強型拼裝方能滿足要求，且幾乎用到材料的承載極限，施工安全風險大，同時梁面凈空低，施工空間不足。采用六四桁梁雙層拼裝即有效解決了這一難題。

（2）從經濟角度來說，采用鋼箱梁或鋼桁梁需制作工藝復雜、制作后成品不利于周轉使用，從而造成材料浪費且耗用鋼材數量大。而桁梁作為周轉料可直接向工廠租賃使用，從而節約了成本，也節省了制作時間。

（3）從施工角度來說，由于梁面凈空低，鋼桁梁及鋼箱梁自重大，不利于現場安裝尤其是拆除。而桁梁是構件組裝、自重較輕，安裝方便，拆除時可以選擇多種方法，有利于工序安排。

4 結束語

跨洞涇港特大橋連續梁自開始進行梁體部分的施工，至梁體施工結束，安全質量控制良好。其間多種工序交叉作業，使用桁梁作為膺架材料安拆方便，節約了成本，提高了工效。