铁路客运专线简支箱梁膺架法现浇施工的设计计算

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》（jtbtf50-20xx）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》（jtbtf50-20xx）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》tz213－20xx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, <=1550/400=3.9mm。

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。

<，稳定满足要求。

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》（jtbtf50-20xx）；

⑵《铁路桥梁钢结构设计规范》（tb 10002.2-20xx）；

⑶《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》（tz 213―20xx）； ⑷《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》

（tb10002.3－20xx）。

第二篇：铁路客运专线桥梁的简支梁支架施工方案分析

铁路客运专线桥梁的简支梁支架施工方案分析

摘要:近些年,伴随着我国铁路客运线路工程建设事业的快速增长,很多新的施工方案开始出现在铁路客运线路工程建设的施工中,其中简支梁支架施工方案作为铁路客运线路工程施工建设中的一种新施工方案被广泛的应用于铁路客运专线桥梁的施工中。本文从宁车沽永定新河特大桥区段工程的施工实践出发,在对该工程做概要说明的基础上,然后就该工程中的简支梁支架施工方案进行了详细的分析和说明,最后就该工程所采用的简支梁支架施工方案中需要注意的问题进行深刻的剖析。

关键词:铁路 客运专线 桥梁 简支梁 支架 施工方案

宁车沽永定新河特大桥工程作为我国铁路客运线路工程的重要组成部分,在该工程的桥梁施工中采用的是简支梁支架施工方案,通过分析该工程的实际情况,发现简支梁支架施工方案在宁车沽永定新河特大桥工程建设中具有很好的可行性,而且实践证明,简支梁支架施工方案在宁车沽永定新河特大桥工程的建设中发挥了显著的效果。

1 宁车沽永定新河特大桥工程概况

1.1 宁车沽永定新河特大桥工程简介

宁车沽永定新河特大桥本区段,起DK48+021.47,止DK67+195.7,共计19.174km。其中DK48+650.72(21#)～DK48+691.42(22#)、

DK48+870.73(29#)～DK48+911.45(30#)为两孔40m现浇简支梁。均为北塘西编组站预留,21#～22#距北环铁路309m,29#～30#距北环铁路89m。

1.2 宁车沽永定新河特大桥工程处的地质状况

宁车沽永定新河特大桥处的地质情况是由上至下为淤泥(50Kpa),粉土(130Kpa),粉砂(90Kpa),粘土(100Kpa),粉质粘土(100Kpa),粉土(130Kpa),粉质粘土(140Kpa),粉土(180Kpa)。由于地质条件较差,不适合进行换填加固处理。

1.3 宁车沽永定新河特大桥工程的设计标准

宁车沽永定新河特大桥工程的施工要满足如下几个方面的设计标准。

第一、结构形式,要求40m的单箱单室简支梁。箱梁顶宽12m,梁高3.75m。顶板厚300mm,底板厚280mm,腹板厚600mm。

第二、设计速度,要求火车的最高运行速度可以达到350km/h。 第三、支座形式,要求采用客运专线铁路盆式橡胶支座。

第四、施工方法,要求采用支架浇筑法施工。

第五、设计使用年限,要求在正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为1xx年。

第六、桥面排水形式,要求桥面排水形式为六面坡排水。

2 宁车沽永定新河特大桥工程中的简支梁支架施工方案分析

2.1 简支梁支架施工工艺流程

其中宁车沽永定新河特大桥工程的简支梁支架施工工艺流程如下:

支架基础处理→支架安装→侧模板安装→预压→卸载→调整底模、侧模→底板、腹板钢筋绑扎→预应力管道安装及定位→内模安装→顶板钢筋绑扎→预埋件安装→浇筑混凝土→张拉→压浆及封端→支架拆除。

2.2 简支梁支架施工的支撑体系

(1)支架搭设,支撑体系基础采用砼管桩,共设3组,每组6根,间距

1.5m,中间间距2.0m,桩径0.4m,桩长20m。管桩上设C30钢筋混凝土横梁,连接各管桩,在横梁上对应管桩位置设置直径609mm的钢管支柱,钢管支柱间设10#槽钢(或10#角钢)做斜撑,钢管支柱上设2I40#工字钢做横梁,2I40#工字钢每2m用连接板焊接为整体,工字钢横梁上铺设贝雷片,共12组,箱梁底模采用1500×900钢模板,底模木方采用10×10cm方木,间距30cm,侧模采用定型钢模板。

(2)单桩承载力检测,砼管桩施工完成后,选定边缘一根桩进行加载试验。试验方法为:

①浇筑完混凝土横梁,在横梁上铺设贝雷片,贝雷片铺设时要左右对称,并在贝雷片两端设临时土堆支撑,防止加载后贝雷片左右倾斜。

②加载材料为砂袋结合砼块配重,砂袋每袋重1200kg。加载重量为65吨。

③加载前在桩顶上设置观测点,加载50%时进行观测一次,加载至100%观测一次,加载24小时后观测一次,计算处沉降量。

2.3 支架的预压

(1)预压方式采用编织袋装砂,每袋1200kg,砂袋堆码根据箱梁恒载形式分布,重量按全部结构施工荷载的110％考虑。

(2)分三次预压,第一次预压至50%,第二次预压至100%,第三次预压至110%,每次预压间隔时间为6h。

(3)测量,在1/8、1/4、3/8、1/2、5/8、3/4、7/8处设置观测面,每个断面设5个观测点(分别为翼板的左右,底板的左中右),其中具体的设置方法就是在测量点用油漆作好标记,预压之前测量模板顶面标高,然后在此位置安设1.5m高的PVC管,以便观测每次加载后的标高变化值。每次预压完6h后进行观测,荷载加载完成后,每天进行沉降观测,测出每天沉降量,当不在继续沉降后,卸荷,最后卸载完后再观测,算出

弹性变形及非弹性变形。

2.4 预拱度设计及箱梁底模标高调整

(1)预拱度设计,预拱度的设置考虑以下因素:梁体自重产生的弹性变形；支架销孔挠度、支架梁的弹性挠度；楔木压缩等非弹性变形。

(2)箱梁底模标高确定,箱梁底模标高按下式确定:H=h+y+s

式中:H—底模施工标高

h—梁底设计标高

y—设计预拱度

s—支架预压卸载后的回弹量

2.5 桥梁支座的安装

(1)支座型号的选择,本桥主墩采用盆式橡胶,支座主要为①纵向活动、②多向活动、③固定、④横向活动。

(2)支座的安装,需要做好如下几个方面的工作:第一、安装前的准备,支座使用的垫石混凝土标号为C40,垫石顶面四角高差不大于2mm。支座采用预埋套筒和锚固螺栓的连接方式,在墩台顶面支承垫石部位需预留锚栓孔,锚栓孔预留尺寸:直径大于套筒直径60～80mm,深度大于锚栓长度50～70mm,预留锚栓中心及对角线位置偏差不得超过10mm。另外,支座安装前,工地检查支座连接状况是否正常,但不

得任意松动上、下支座连接螺栓。凿毛支座就位部位的支承垫石表面,清除预留锚栓孔中的杂物,并用水将支承垫石表面浸湿。

第二、吊装支座,对准支座的中心线与垫石中心线,用专用钢楔块楔入支座四角,找平支座底面调整到设计标高。在支座底面与支承垫石之间应留有20～30mm空隙,安装浇筑用模板。仔细检查支座中心位置及标高后,用铁路专业支座灌浆料。

3 工程简支梁支架施工方案施工中的注意事项

工程简支梁支架施工方案施工中的注意事项主要包括如下几个方面的内容:第一、所有使用的材料均要符合要求。第二、所有焊点要牢固,要逐个进行检查。第三、预压时要对称放置砂袋,以防偏压失衡。加载及卸载过程中要防止局部应力集中,导致模板产生不均匀变形。第四、预压完成后根据预压结果与原先的预想设计相比较的情况,确定支架的可靠度,并根据设计的预拱度,考虑支架结构现浇混凝土时的弹性变形,来设置支架的预拱度。第五、安装支座的标高要符合设计要求,支座顶板、底板表面应水平,两个方向的四角高差不得大于2mm,以保证两个方向的水平。而且安装时先将支座上、下支座板的相对位置固定好,然后在整体吊装支座。