铁路箱梁运架施工受力分析

铁路箱梁运架施工受力分析

张玲

【摘 要】以宁安线、青烟荣线城际铁路工程实例,结合运架梁过程中的多种施工机械,对预应力混凝土简支箱梁在施工阶段进行了分析和讨论.重点分析箱梁整体结构强度、抗裂等安全系数指标,箱梁受力分布特性,钢筋应力、裂缝等情况.%Based

on the construction of Ning-An passenger special line and Qing-Yanrong

passenger special line, the mechanical properties of PC box beam are

analyzed and researched during construction, combining with the

construction equipment. It deeply analyzes the strength factor, the anti-crack safety coefficient, stress distribution, steel stress and concrete crack,

etc. It provides the experience as a reference for the similar engineering

project.

【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》

【年(卷),期】2012(036)006

【总页数】4页(P1317-1320)

【关键词】铁路箱梁;施工机械;安全系数;钢筋应力

【作 者】张玲

【作者单位】中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉430063

【正文语种】中 文

【中图分类】U445.468

0 引 言

预制简支箱梁是铁路桥梁工程中较为常用的结构，在箱梁运架施工过程中，由于受较大施工机械荷载的影响（如900t级运梁车自重达250t，900t级架桥机自重达500t［1－2］ ），作业平台处箱梁的强度、抗裂等安全系数可能小于运营阶段，为保障结构安全，必须重视箱梁在运架梁施工过程中的受力分析．本文以宁安城际铁路、青烟荣城际铁路工程实例，结合运架梁过程中的多种施工机械，对预制箱梁在施工阶段进行深入计算分析．

工程均为城际铁路客运专线，设计时速250 km，桥梁结构采用预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁，梁长32．6m，跨度31．5m，梁型为单箱单室截面，箱梁截面中心梁高2．635m，横桥向支座中心距为4．4m．箱梁截面尺寸见图1．运架梁施工机械主要有HZQ900型运梁车、架桥机；DCY900型运梁车、SPJ900型架桥机；JQ900B型运梁车、架桥机．

图1 箱梁截面图（单位：mm）

1 荷载工况与技术控制指标

1.1 荷载工况

1）运架梁施工过程 预制箱梁架设施工，首先运梁车从梁场驮运箱梁①，驶过已就位的箱梁②，至喂梁位置，架桥机以就位箱梁②为作业平台，提取待架箱梁①，并纵移至相应位置后落梁，该孔箱梁①架设就位，运梁车返回梁场，架桥机以箱梁①为作业平台移动过孔就位，一班架梁作业完成，等待架设下一片箱梁［3］ ．

2）主要荷载 分析对象为作业平台处的箱梁，主要施工荷载包括移动荷载和静荷载，其中，移动荷载为：运梁荷载、架桥机过孔荷载；静力荷载为：架桥机提梁、落梁过程中的作用荷载［4］ ．根据运架梁施工特点，移动荷载考虑1．05的冲击系数；运梁阶段除运梁荷载外，考虑温度荷载与施工偏载（箱梁升温温差10℃、降温温差8℃，荷载横桥向偏载200mm）；支座考虑1．2的设计承载能力提高系数．

施工机械中HZQ900型运梁车最大轮压为737kN，JQ900B型架桥机最大支腿力为2 271．5 kN，箱梁荷载分布见图2、图3．

1.2 技术控制指标

运架梁施工阶段主要技术指标控制条件见表1．

图2 HZQ900型运梁车荷载布置图（单位：mm）

图3 JQ900B型架桥机最大支腿力工况荷载布置图（单位：mm）

表1 运架梁施工阶段主要技术控制指标注：fc，fct分别为混凝土轴心抗压、抗拉极限强度．检算项目 控制条件 检算项目 控制条件设计安全系数强度安全系数（不考虑普通筋）运送及安装阶段单梁式或双梁式架桥机 K≥1．8悬臂式架桥机

K≥1．6抗裂安全系数 单梁式或双梁式架桥机 Kf≥1．1悬臂式架桥机 Kf≥1．05运送及安装阶段 混凝土主压应力／MPa σc≤0．8f 0．24 c混凝土主拉应力／MPa σct≤fct混凝土压应力／MPa σc≤0．8fc混凝土拉应力／MPa

σct≤0．80fct HRB335钢筋容许应力／MPa σs≤253裂缝宽度／mm wf≤

2 结果分析

2.1 箱梁整体受力分析

选取运梁、架梁过程中最不利荷载工况，按预应力混凝土结构计算箱梁整体结构强度安全系数、抗裂安全系数、混凝土应力等控制指标［5］，并与箱梁运营阶段进行对比．箱梁计算结果见表2．

表2 箱梁计算结果汇总表注：表中正号表示压应力，负号表示拉应力．MPa运营阶段主力工况（二恒80kN／m）项 目 最小强度安全系数最小抗裂安全系数最大主拉应力／MPa最大主压应力／MPa最大剪应力／MPa上缘混凝土最小压应力／MPa下缘混凝土最小压应力／2．14 1．38 －0．72 7．33 1．42 0．41 1．99运梁阶段HZQ900型运梁车 1．82 1．20 －2．54 8．78 1．92 0．38

0．20 DCY900型运梁车 1．89 1．26 －1．86 8．61 1．76 0．38 0．88

JQ900B型运梁车1．83 1．21 －2．37 8．61 1．84 0．38 0．37架梁阶段（最不利荷载工况）2．26 1．52 －1．08 6．95 1．71 0．34 3．46 HZQ900型架桥机 1．98 1．33 －1．19 7．26 1．74 0．43 1．74 SPJ900型架桥机

2．04 1．37 －1．01 7．04 1．56 0．42 2．17 JQ900B型架桥机

计算结果表明，运梁阶段箱梁强度、抗裂系数均小于运营阶段设计安全系数，其中HZQ900型运梁车最小强度系数为1．82，最小抗裂系数为1．2．架梁阶段箱梁强度、抗裂系数均接近或大于运营阶段设计安全系数，其中JQ900B型架桥机最小强度系数为2．26，最小抗裂系数为1．52．

运梁阶段箱梁混凝土最大主应力、最大剪应力均大于架梁阶段和运营阶段，其中HZQ900型运梁车最大主拉应力较运营阶段高252．78%，最大剪应力高35．21%．箱梁上缘混凝土最小压应力变化幅度不大，而运梁阶段下缘混凝土压应力均远小于运营阶段，其中HZQ900型运梁车仅0．2MPa．

因此，运梁荷载较架梁荷载而言，对箱梁整体受力影响更明显，对箱梁强度、抗裂、混凝土应力产生的不利影响更大．

2.2 箱梁局部受力分析

运梁荷载通过运梁车轮胎作用在箱梁顶板上，架梁荷载通过架桥机支腿作用在梁端及靠近梁端的顶板上，箱梁局部范围荷载作用较大．运架梁阶段箱梁局部受力空间分析见图4、图5．按钢筋混凝土结构对箱梁进行横向计算分析，箱梁横向钢筋应力及混凝土裂缝计算结果见表3．

空间分析结果表明，运梁阶段箱梁顶板横桥向拉应力集中在运梁车轮压范围，应力值为2．343MPa；架梁阶段梁端顶板横桥向拉应力分布范围较大，应力值为2．102MPa，梁端底板产生较大压应力，支座及进人孔位置应力集中，最大压应力出现在进人孔位置，应力值为8．236MPa．

运梁阶段在运梁车轮压作用范围内，箱梁顶板为受压构件，横向钢筋应力、裂缝宽度均远小于规范限值，有较大的安全储备．架梁阶段因施工荷载作用力较大，箱梁顶板多为受拉构件，梁端顶板各项计算指标较运梁阶段明显，更接近规范限值．JQ900B架桥机作用荷载下，最大单个支腿力2 271．5kN，梁端钢筋拉应力也达到185MPa，裂缝0．197mm．

图4 HZQ900型运梁车运梁阶段箱梁跨中横桥向正应力云图

图5 JQ900B型架桥机架梁阶段最大支腿力工况梁端横桥向应力云图（应力云图中正号表示拉应力，负号表示压应力）

表3 箱梁横向钢筋应力及混凝土裂缝计算结果表注：正号表示拉应力，负号表示压应力．项目 施工机械 截面位置钢筋应力／MPa裂缝宽度／mm运梁阶段HZQ900型运梁车DCY900型运梁车JQ900B型运梁车跨中顶板－125．5

0．136－124．8 0．144－119．5 0．135 106．8 0．128 125．1 0．145架梁阶段（最不利工况）HZQ900型架桥机SPJ900型架桥机JQ900B型架桥机HZQ900跨中顶板185．0 0．197 166．8 0．178 163．9 0．177型架桥机SPJ900型架桥机JQ900B型架桥机－143．7 0．149梁端顶板

表4 箱梁最大支反力汇总表运梁阶段 架梁阶段（最大支反力工况）项目JQ900B型架桥机单端最大支反力／运营阶段主力工况（二恒80～100kN／m）HZQ900型运梁车DCY900型运梁车JQ900B型运梁车HZQ900型架桥机SPJ900型架桥机kN 8 461 10 281 9 531 9 800 12 556 12 864 13 963支座（PZ－4500） ＜1．2PZ ＜1．2PZ ＜1．2PZ ＜1．2PZ 1．395PZ 1．429PZ 1．551PZ

2.3 箱梁最大支反力分析

平台箱梁往往同时承载着运梁车、架桥机和待架箱梁三者的重量，在架梁过程中会集中作用在箱梁一端，不仅对箱梁结构本身产生较大影响，也产生较大的支座反力，对支座构件的安全性能也有一定影响．3种施工机械各阶段最大支反力与箱梁运营阶段最大支反力进行对比，结果见表4．

计算结果表明，运梁阶段、架梁阶段箱梁最大支反力均大于运营阶段．运梁阶段最大支反力满足1．2倍支座设计承载力限值要求．架梁阶段最大支反力工况下，单端支反力均超出限值要求，最高达到1．55倍，需采取有效措施保证支座受力安全可靠．

3 结 论

经上述分析研究，通过计算HZQ900，DCY900，SPJ900，JQ900B等多种型号施工机械荷载作用，32m预制箱梁运架梁阶段受力分析主要结论为：

1）运梁阶段箱梁强度、抗裂安全系数均小于运营阶段，混凝土最大主应力、最大剪应力均大于运营阶段，运梁工况是简支箱梁纵向预应力设计控制工况．

2）运梁阶段箱梁顶板横桥向拉应力集中在运梁车轮压范围；架梁阶段梁端顶板横桥向拉应力分布范围较大，梁端底板产生较大压应力，支座及进人孔位置应力集中．

3）运梁阶段箱梁顶板钢筋应力、裂缝宽度均远小于规范限值，有较大的安全储备．架梁阶段顶板各项计算指标较运梁阶段明显，更接近规范限值，架梁工况为简支箱梁横向钢筋设计控制工况．

4）运、架梁阶段箱梁最大支反力均大于运营阶段．运梁阶段箱梁支座具有一定的安全储备量．架梁阶段最大支反力均超出限值要求，JQ900B型架桥机最大支反力达到1．55倍，需采取有效措施保证支座受力安全可靠．

参考文献

［1］唐经世．铁路架桥机、运梁车的发展历程及成就［J］．建设机械技术与管理，2009，22（11）：97－99．