高鐵架橋機滿載工況下道岔連續(xù)梁偏載受力分析及處置對策

蔣靈敏，付 巍

（1.中交第二航務工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武漢 430074；2.中國交建總承包分公司，北京100000）

1 研究背景

隨著中國高速鐵路的快速發(fā)展，高鐵橋梁施工技術主要采用預制架設技術、支架現(xiàn)澆技術、掛籃懸澆技術等，目前箱梁預制架設技術具有質量可控、安全性高、施工效率高等特點，被廣泛應用于各項工程[1]。

由于鐵路線路穿越各種復雜地段，橋梁設計受地形、功能等各種因素影響，其結構形式和斷面形式繁多，導致架橋機架設箱梁所遇工況也越來越多，存在設計上未考慮的各種工況需要驗證。在此條件下，通過Abaqus軟件建立有限元模型，對道岔連續(xù)梁梁端在高鐵箱梁滿載架設過程中的偏載受力工況進行分析，檢驗其安全性和穩(wěn)定性，并提出翼緣板下加裝千斤頂豎向支撐加強的處置對策，最大程度保證施工進度和降低成本，并確保架橋機架設的安全和質量。

2 工程概況

鄭萬鐵路河南段1標自鄭州東站引出，正線全長28.592km，聯(lián)絡線全長6.394km。主要包括：路基4段；橋梁有航空港特大橋、經開2號特大橋、聯(lián)絡線特大橋；梁場一座，箱梁預制架設837榀。其中聯(lián)絡線特大橋自經開2號特大橋DK12+093處引出，起訖里程樁號ZWSLDK0+246～ZWSLDK6+393.66，全橋采用有咋軌道單線箱梁設計，其中124榀箱梁采用梁場預制、架橋機架設的施工方案。

聯(lián)絡線特大橋0～1號預制梁與經開2號特大橋83～84號現(xiàn)澆變寬梁相接，0～1號梁架設時，其架橋機后支腿支撐于83號墩道岔連續(xù)梁變寬梁梁端，后支腿兩受力支撐區(qū)域面積分別為40cm×84cm，支腿中心間距345cm，支腿中心距梁端95cm，外邊側支腿受力中心距翼緣板外側為237.5cm。架橋機后支腿明顯未支撐在腹板受力區(qū)域，其支撐受力區(qū)域已超出設計受力范圍，對道岔連續(xù)梁梁端造成偏載及翼緣板造成超負荷受力，存在造成箱梁破損和架橋機傾覆的風險。

3 箱梁架設各階段分析

本箱梁架設采用450t架橋機，架橋機吊梁天車從運梁車上拖拉取梁，吊梁縱移到前方待架跨，下落、橫移并微調箱梁就位后，將箱梁落放到墩頂4個200t液壓同步千斤頂上，經測量、調整高差無誤后（4個千斤頂同時供油至計算值，達到4個支點受力均衡、標高一致），灌注支座錨栓孔。待支座錨栓孔灌漿材料達到設計強度后拆除液壓同步千斤頂。架橋機尾部電機驅動走行、前支腿步履縱移過孔，架設下一片箱梁。

本箱梁架設主要分為首跨就位、過孔、喂梁、落梁和灌漿五個步驟，各步驟下箱梁的受力情況均不同，具體情況如下：

（1）首跨就位：架橋機就位，整體停置在道岔連續(xù)梁梁面上，道岔連續(xù)梁承受架橋機本身重量。

（2）架橋機過孔：架橋機依靠導梁緩慢向前移動，就位后其前支腿置于前面墩頂，后支腿置于道岔連續(xù)梁梁端，前后支腿均勻受力，道岔連續(xù)梁承受架橋機一半自重。

（3）架橋機喂梁：運梁車進行喂梁，箱梁通過吊梁天車拖拉移動，移動過程中，道岔連續(xù)梁的受力在變化，道岔連續(xù)梁承受架橋機一半自重和部分箱梁自重。

（4）架橋機落梁和灌漿：在此情況下，吊梁天車將箱梁起吊后，箱梁已移動就位，并緩慢下落，道岔連續(xù)梁承受架橋機一半自重和箱梁一半自重。

4 計算荷載及工況

4.1 計算荷載

根據(jù)架橋機和箱梁設計圖紙得知，本架橋機自重約375t，施工工況下的起吊箱梁自重約440t，那么在滿載工況下后支腿單腿受力約（375t+440t）/4×9.8kN=2000kN。在架橋機滿載作業(yè)工況下，架橋機支腿處下墊80cm×100cm×2cm的鋼板做支撐，支腿內側支撐千斤頂下墊40cm×84cm×20cm的鋼板做支撐，并加載至500kN鎖死，保證架橋機的穩(wěn)定。其中千斤頂處墊板對應區(qū)域梁段加載應力：500kN/（840mm×400mm）=1.49MPa；單個后支腿支撐對應區(qū)域梁段加載應力：8150kN/4/（800mm×1000mm）=2.55MPa。

4.2 材料參數(shù)

本箱梁采用的主要材料包括：梁體采用強度等級C50的高性能混凝土，預應力采用公稱直徑15.2mm，抗拉強度1860MPa的鋼絞線以及HPB300和HRB400鋼筋。

4.3 計算工況

根據(jù)道岔連續(xù)梁梁端所受荷載及梁體材料分析，對道岔連續(xù)梁的強度靜力計算可分為以下四個工況：

（1）橋梁所受荷載為：預應力鋼筋的預拉力+自重。

（2）橋梁所受荷載為：預應力鋼筋的預拉力+自重+千斤頂墊板區(qū)域荷載+單個O型腿支撐處500kN荷載。

（3）橋梁所受荷載為：預應力鋼筋的預拉力+自重+千斤頂墊板區(qū)域荷載+單個O型腿支撐處1000kN荷載。

（4）橋梁所受荷載為：預應力鋼筋的預拉力+自重+千斤頂墊板區(qū)域荷載+單個O型腿支撐處2000kN荷載。

5 有限元建模計算

5.1 整體有限元建模

根據(jù)以上箱梁所承受荷載和材料參數(shù)，采用Abaqus軟件建立有限元模型，基于笛卡爾坐標系：X方向為橫橋向，Y方向高度方向，Z方向為順橋向。道岔連續(xù)梁梁體混凝土部分采用solid軟件實體單元進行模擬，單元控制尺寸為200mm；其中橋面板縱向鋼筋以及預應力鋼筋采用T3D2單元進行模擬，單元控制尺寸為200mm；混凝土部分的有限元模型如圖1所示，鋼筋的有限元模型如圖2所示。

圖1 混凝土有限元模型

圖2 鋼筋的有限元模型

5.2 工況計算結果

根據(jù)上述四種工況采用Abaqus軟件分別進行有限元建模分析，得到四種工況下道岔連續(xù)梁最大豎向變形值和加載區(qū)域的主梁主拉應力值，具體結果如表1所示。

根據(jù)相關規(guī)范規(guī)定，有箍筋和斜筋的混凝土容許主拉應力為2.79MPa。

表1 道岔連續(xù)梁最大豎向變形值和加載區(qū)域的主梁主拉應力值

通過以上分析可以得知，在千斤頂加載荷載和架橋機滿載工況至2000kN情況下，道岔連續(xù)梁梁端最大豎向變形為26.3mm，加載區(qū)域的梁體主拉應力為3.5MPa＞2.79MPa，結構處于偏危險狀態(tài)。

6 處置對策

根據(jù)上述四種工況的計算結果，針對83號墩處梁體翼緣板側偏載受力無法滿足受力要求，為保證架橋機架設和道岔連續(xù)梁梁體結構安全，采取在翼緣板下加裝千斤頂豎向支撐的加強措施。翼緣板受壓處與83號墩頂間距僅為260cm且施工空間局限，為保證支撐的穩(wěn)定性，采用在翼緣板下方用千斤頂支撐加強措施。具體措施如下：

（1）根據(jù)翼緣板受力位置，在對應墩頂位置進行植筋加強，然后支模澆筑70cm×100cm×150cm的C50混凝土支墩，用于放置300t千斤頂作為臨時支撐。

（2）由于翼緣板受壓位置下方為弧形，無法保證千斤頂受力的穩(wěn)定性，故在翼緣板下方鑿毛，再進行植筋，采用φ16鋼筋植入梁體20cm，間距10cm，然后支立模板梁面鉆芯取孔灌注C50支座砂漿，形成千斤頂可受力的平面。

（3）在混凝土支墩和支座砂漿施工完成后安裝300t千斤頂，千斤頂下墊50cm×50cm×2cm的鋼板，上墊90cm×84cm×2cm的鋼板，保證千斤頂加壓后上下面受力的均勻性和穩(wěn)定性。

（4）千斤頂安裝完成后加載千斤頂至200kN，然后鎖定千斤頂保壓，保證梁體翼緣板受力不變形，以支撐上部架橋機支腿的壓力。

根據(jù)Abaqus軟件有限元建模分析結果，結合翼緣板下千斤頂豎向支撐加強措施，架橋機架設時箱梁結構安全和穩(wěn)定，順利完成此架設任務。

7 結語

針對橋梁不同的結構形式，架橋機架設不同工況通過Abaqus建立有限元模型，對道岔連續(xù)梁在箱梁架設過程中的受力工況進行分析，檢驗其安全性，并針對受力問題設置相應的處置對策，確保架橋機架設的安全性和穩(wěn)定性，可為其他鐵路橋梁工程提供借鑒。