一種利用框架貝雷梁進行管道懸吊的施工設計

李連生

(陜西鐵路工程職業技術學院, 陜西 渭南 714000)

1 工程概況

桂春路站是南寧市軌道交通3號線的一座地下兩層島式帶雙停車線車站。車站位于金湖路與桂春路交叉路口上，沿金湖路東北-西南向敷設，向東北延伸至匯春路口。

車站外包總長468.9 m，標準段寬度19.7 m，采用11 m島式站臺。主體及附屬基坑均采用明挖法。地面標高約74.7 m，結構底板標高約58.5 m，車站圍護結構連續墻厚800 mm。在匯春路口處，原街道路面之下鋪設的兩根市政雨水管穿過地下連續墻，從主體結構頂板上方橫跨。兩根雨水管位于基坑地下連續墻的冠梁之下，如圖1所示。破除原鋼筋混凝土雨水管后，臨時替換為兩根大直徑鋼制排水管通過，保證車站基坑內主體結構修建期間的市政排水通暢。車站基坑回填后期恢復原雨水管。

圖1 雨水管布置圖

2 方案設計

工程采用框架貝雷梁，即框架加貝雷梁的組合結構，包括上方的貝雷梁和下方的矩形框架，貝雷梁通過矩形框架將兩根雨水管環抱而懸吊起來。

貝雷梁采用“321”裝配式公路鋼橋，主梁桁架組合為雙排單層形式，采取7片貝雷桁架單元，計算跨度為21 m，如圖2a、圖2b所示。貝雷梁支座設置于基坑地下連續墻的冠梁之上。每側主梁的兩排貝雷架中心間距為45 cm，內側貝雷架中心間距為4.2 m，兩根雨水管的內側凈距為90 cm，如圖2c所示。

矩形框架是固定在貝雷梁下弦桿上的懸吊架，一共7道。每道是由一根上橫梁、一根下橫梁和兩根吊桿首尾鉸接而成的閉合四邊形結構，如圖2c所示。

圖2 框架貝雷梁的組成

3 設計計算

3.1 雨水管

兩根雨水管支撐于懸吊架的下橫梁之上，中心間距2.32 m，外徑1.42 m、壁厚14 mm。雨水管橫向穿過車站基坑的地下連續墻，連續墻內側墻壁之間距離為19.7 m。單根雨水管視為計算跨度為19.7 m的多跨連續梁，兩端的連續墻內側墻壁為固定端支座，7道懸吊架的吊點(即下橫梁的支撐點)為活動鉸支座。

多跨連續梁的自重均布荷載：qs=3.14/4×(1.4202-1.3922)×78.5=4.85 kN/m。

雨水管按照重力流污水管道的非滿流進行計算，現管徑1 420 mm大于1 000 mm，故最大設計充滿度取值為0.75[1]。

污水的自重均布荷載：qw=(1.392/2)2×(2×3.14/3+1.732/4)×10.3=12.61 kN/m；

設計計算采用的雨水管均布荷載：q=qs+qw=4.85+12.61=17.46 kN/m。

據MIDAS/Civil軟件建立有限元模型，如圖3所示。

圖3 有限元模型

分析結果如圖4所示。

圖4 雨水管分析結果

由圖4b可見，最大組合拉應力0.61 MPa

由圖4c可見，最大撓度fmax=0.01 mm

3.2 框架貝雷梁

將圖4a的雨水管支座反力，即吊點反力，反向施加給矩形框架的下橫梁。建立MIDAS/Civil有限元模型，如圖5所示。模型共有節點793個，單元1 157個，彈性連接92個，支撐邊界條件22個，梁端約束釋放48個。每排主梁各桁架單元之間設定為鉸接。

圖5 框架貝雷梁有限元模型

3.2.1 強度檢算

(1)貝雷梁主桁的應力分析結果:如圖6所示。

圖6 主桁組合應力圖

可見，貝雷梁主桁上的最大組合拉應力：204.79 MPa <[σ]=273 MPa[4,5]，強度符合要求；貝雷梁主桁上的最大組合壓應力225.15 MPa<[σ]=273 MPa，強度符合要求。

(2)矩形框架的上橫梁、下橫梁應力分析結果:如圖7所示。

圖7 框架橫梁組合應力

可見，框架橫梁組合壓應力179.93 MPa

3)矩形框架的吊桿應力分析結果:如圖8所示。

圖8 吊桿組合應力

可見，吊桿最大組合拉應力14.16 MPa

3.2.2 剛度檢算

貝雷梁主桁的撓度圖如圖9所示。

圖9 主桁豎向撓度

4 結 論

框架貝雷梁的力學受力分析計算表明：貝雷梁主桁上存在最大組合應力，最大組合拉應力與最大組合壓應力均滿足強度要求；貝雷梁主桁的最大豎向撓度值約等于撓度限值，故剛度滿足要求。總之，桂春路車站的框架加貝雷梁組合懸吊雨水管的施工設計是安全可行的。