铁路客运专线简支箱梁膺架法现浇施工的设计计算

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摘要：以铁路客运专线王家沟大桥为工程实例，介绍了在山区复杂地形条件下，采用有限元程序建立模型，对简支箱梁膺架现浇施工中的贝雷梁支架及立柱进行设计计算，为类似简支梁桥施工提供经验参照。

Abstract: Taking Passenger Dedicated Railway ditch bridge as an example, introduced in the complex mountainous terrain conditions, using the finite element program model is established, on the simple supported box girder falsework cast-in-place construction of Bailey beam support and the column design, for the similar bridge construction to provide a reference.

关键词：简支箱梁；膺架；现浇施工；设计计算

Key words: simply supported box girder; scaffolding; cast-in-place construction; design and calculation

中图分类号：TU2

1、工程概况

王家沟大桥为(5-32m+1-24m)简支梁桥,全桥长:L=199.510m。采用单箱单室预应力简支箱梁，顶板宽度1200cm，底板宽550cm，梁高307.8cm,32.6m简支梁重826.9t。桥下地形坡度较陡，搭设满堂支架难度大。

2、施工方案设计简介

本桥采用膺架现浇施工，膺架纵梁采用双层加强型贝雷片，横向布置21片。两端设临时支墩，采用钢管立柱，立柱采用螺旋焊接管材，直径610mm，壁厚10mm，材质均为Q235B。两端支墩基础设在桥墩台承台上。

3、方案设计计算

3.1计算方法

贝雷梁支架及立柱均采用有限元程序Midas/Civil建整体三维模型计算，计算中模板（木模）及施工荷载按每1.5KN/m2考虑，钢筋混凝土按26 KN/m3。本贝雷梁支架均按一阶弹性变形进行计算，计算荷载均按静力荷载处理，未考虑施工中的振动冲击等荷载（实际很小，可以忽略）。在计算模型中箱梁腹板、底板及顶板混凝土重按实际分布规律分配到模板的各支点上，支点反力按集中力加载于分配梁上。需要检算的内容有以下几部分：

3.1.1 计算贝雷片中各构件的内力，进行承载力的检算；还需要检算结构的挠度及整体稳定(弹性屈曲)，须满足桥涵施工技术规范的相关规定。

贝雷片弦杆、斜杆、竖杆的理论承载力根据贝雷梁使用手册查得：

弦杆：510 kN 斜杆：171 kN 竖杆：210 kN

支承处若有竖杆需要补强，没有的需要补充，两者均采用2[14a：±450

挠度参考《公路桥涵施工技术规范》（JTBTF50-2011）⑴规定：挠跨比不大于1/400，跨径为支点间的距离。

3.1.2 对钢管立柱顺桥向的稳定按单柱轴心受压构件进行验算（横桥向设有约束，所以不再单独验算），采用公式：

公式中：－钢管立柱最大轴力；

－钢管立柱净截面面积；

－稳定系数。

压杆计算长度系数：立柱下端锚固于承台，上端纵桥向自由时，取2.1；立柱上端纵桥向设置支撑系统时，取0.8。值按b类轴心受压构件查取（焊接螺旋管材，材质：Q235B）。

3.1.3对横梁（2I50a）的强度、挠度进行检算。

强度考虑弯曲正应力和剪应力强度。

挠度参考《公路桥涵施工技术规范》（JTBTF50-2011）⑴规定：挠跨比不大于1/400，跨径为支点间的距离。

3.2检算工况及内容

按施工方案，混凝土浇注从梁的一端向另一端全截面推进；由于降低施工成本，现浇箱梁的外侧模板需倒用，在混凝土强度达到施工规范要求后，箱梁预应力钢束未张拉前要拆除外侧模板。故计算中桁架主要考虑两种工况：1、混凝土浇注工况；2、张拉前箱梁外侧模板拆除工况。

3.2.1 混凝土浇注完时的刚度和强度验算，计算模型见图1。

图1（无临时支墩的32m跨箱梁混凝土浇注工况计算模型）

3.2.2箱梁外侧模板拆除工况验算

在箱梁外侧模板拆除时，箱梁混凝土已有较高的强度，横桥向刚度很大，顺桥向也有较大刚度，所以此工况先按箱梁底板下无桁架验算箱梁自身强度和刚度，如果箱梁自身强度和刚度超过规范要求再考虑桁架受力。桁架按底板下完全均匀受力进行验算，箱梁翼板下桁架不考虑受力。

3.3计算结果

3.3.1贝雷片

①、无临时支墩的32m跨箱梁双层加强型贝雷支架验算

刚度：最大挠度出现在腹板下方的贝雷片，

容许挠度，，满足要求。

强度：弦杆最大轴力出现在跨中箱梁腹板下方，=393kN，贝雷片弦杆最大承载能力＝510 kN,满足要求。

图2 最大挠度图 mm

图3 弦杆轴力图 kN

腹杆最大轴力出现在箱梁腹板下方贝雷片中钢管立柱支点附近的斜杆，= 136 kN, 腹杆最大承载能力＝171 kN,满足要求。

图4 腹杆轴力图 kN

对于支点位置的竖杆由于承受的竖向反力相当大，=371kN，需要局部加强，故采用双槽钢格构柱2［14a，=±450 kN>,满足要求。

②、无临时支墩的32m跨箱梁外侧模板拆除后贝雷支架验算

按《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ213－2005规定，当混凝土强度达到设计强度的50％后可拆除箱梁外侧模板及端模板。经计算此时箱梁不能靠自身强度与刚度支承于钢管柱上，箱梁需要其底板下的贝雷梁片支承。

刚度：最大挠度出现在半跨浇注时腹板下方贝雷片中，，容许挠度，，满足要求。

图5 最大挠度图 mm

强度：弦杆最大轴力=385kN，贝雷片弦杆最大承载能力＝510 kN,满足要求。

图6 弦杆轴力图 kN

腹杆最大轴力= 120 kN, 腹杆最大承载能力＝171 kN,满足要求。

图7 腹杆轴力图 kN

另外，支点位置的竖杆=301kN，采用双槽钢格构柱2［14a，=±450 kN>,满足要求。

3.3.2、桁架下支垫横梁

强度：支垫横梁采用2I45a工字钢

图8横梁正应力图 MPa

图9剪应力图 MPa

满足要求

满足要求

图10位移图 mm

横梁在支承最外排贝雷片处的挠度=2.3mm,

3.3.3钢管立柱

立柱稳定性计算：采用公式

各柱计算长度最大者为： ，

查得稳定系数。

4、结束语

经计算，32m跨支箱梁现浇支架采用无临时支墩的21片双层加强型贝雷梁方案，承载力及刚度均满足要求。目前王家沟大桥简支梁现浇已全部完成,通过采用有限元程序Midas/Civil建整体三维模型,对简支箱梁的施工膺架进行计算分析,保证了施工安全,取得了较好的社会效益和经济效益。

参考文献:

⑴《公路桥涵施工技术规范》（JTBTF50-2011）；

⑵《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）；

⑶《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（TZ 213―2005）；

⑷《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3－2005）。