浅谈双线铁路连续梁的支架设计验算

唐德琼

中铁二十五局集团第四工程有限公司 广西柳州 545007

1 工程概况

哈佳铁路上部结构类型为跨依七高速公路有砟轨道（40+64+40）m预应力混凝土连续梁连续箱梁。铁路桥梁与道路中心交叉于DIK254+526处（对应高速公路主线里程为G1011K1+500），交叉点距依兰县高速收费站约1.5公里。主跨位于主墩12#-13#间，高速路面宽度为24m，依七高速与大里程右角交角为77°33′。跨路墩采用钢管立柱支架法搭设再箱梁体0#块浇筑。

（1）结构尺寸：哈佳铁路跨依七高速公路连续梁计算跨度为（40+64+40）m，为单箱单室变截面连续箱梁，边支座中心线至梁端0.7m，梁全长145.4m，中支点梁高5.0m，边支点及跨中梁高3.0m，中跨跨中直线段长10m，边跨直线段长13.7m。

（2）截面采用单箱单室直腹板形式，顶板厚度除梁端附近外均为35cm，腹板厚48-70-110cm,底板由跨中的40cm按二次抛物线变化至根部的80cm。线间距为5.04-5.07m，顶板宽度为13.3m，底板宽度为6.7m。箱梁两侧腹板与顶底板相交处均采用圆弧倒角过渡，箱梁悬臂板下设置通长的滴水槽，支座处及中跨跨中共设置5个横隔板，梁面挡砟墙间轨道部分设2%人字横坡排水。

2 连续梁0号块钢管柱支架搭设

2.1 支架简述

图1 0#块支架横断面图

采用φ500×8mm钢管柱做为主承重构件，40a工字钢为纵梁，其中腹板位置双根，翼缘板下单根，横向分配梁采用I36c工字钢按50cm间距布设，在承台上预埋钢板做为钢管柱的基础连接件，钢管柱间设置连接系增强其稳定性，连接系水平件采用20#槽钢，交叉连接件采用L100角钢；箱梁底板部位利用15×15cm截面方木排架进行调坡。底模板由10×10cm方木、15mm竹胶板组成，方木按20cm中心距排布，侧模板采用定型钢模，侧模与底模为“侧包底”型式，侧模板悬臂部分利用脚手杆支撑。内模支撑采用脚手杆，面板为胶合板，肋木采用10×10cm方木。由于腹板高度变化[1]，腹板与底板的圆倒角不能随外侧模一起定做，采用敷贴定型橡胶块的方式完成底倒角的成型。根据箱梁分配情况，临时支座以外为支架承载部分，即图2的断面1和断面2之间，距支架的布置情况，将箱梁分为翼缘板、底腹板两大部分。

图2 0#块支架纵断面图

2.2 钢管柱支架的设计验算

（1）计算截面选取。偏安全取支架支撑部位的最大断面即截面1做为验算荷载，此时4.93m，底板厚0.79m，腹板厚1.04m，顶板厚0.44m，分别按底板、腹板、顶板、翼缘板计算断面面积。图2的断面1至断面2之间距离为2.75m。

图3 0#块支架承载部分截面计算示意图

（2）支架结构材料参数：

①规格1220×2440×15mm。根据《路桥施工计算手册》查得，并综合考虑浸水时间，竹胶合模板的力学指标取下值：

弹性模量：E=5×103MPa

弯应力：[σ]=80Mpa

剪应力：[τ]=1.3Mpa

密度：9.5KN/m3（以上数据为厂家提供）

②木材（A-3红松）

顺纹弯应力[σ]=12Mpa

顺纹弯曲剪应力[τ]=2.3Mpa，

横纹弯曲剪应力[τ]=3.2Mpa

弹性模量E=9×103MPa

③Q235钢材

(依据现行《铁路桥梁钢结构设计规范》取值)：

拉压应力[σ]=140Mpa

弯曲应力[σw]=140Mpa

剪应力[τ]=85Mpa

弹性模量E=2.1×105MPa

（3）各构件验算。翼缘板下构件无论从重量还是跨度均远小于腹板下，故只计算腹板下构件，在荷载取值时偏安全的外加翼缘板部位的自重荷载。

①荷载取值：

恒载：

a.混凝土自重：

新浇混凝土容重按26KN/m³计算

底 腹 板 +顶 板 部 分：q1=26kN/m3×（10.3+2.2+3.8）=423.8kN/m单侧翼缘板部分：q2=26kN/m3×1.3=33.8kN/m

模板自重（按实际材料、尺寸计算）按3KN/m2计算

b.模板支架自重：q3=13.3×3=39.9kN/m

可变荷载：

施工人员、施工料具堆放、运输荷载按2.5KN/m2计算

c.施工人员、施工料具堆放、运输荷载：q4=13.3×2.5=33.3kN/m

倾倒混凝土时产生的冲击荷载按2.0KN/m2计算

d.倾倒混凝土时产生的冲击荷载：q5=13.3×2.0=26.6kN/m

振捣混凝土产生的荷载按2.0KN/m2计算

e.振捣混凝土产生的荷载：q6=13.3×2.0=26.6kN/m

②钢管立柱的验算

由于翼缘板部位荷载很小，偏安全假定箱梁荷载全部由腹板下4根立柱承担，取1.2倍的安全系数

验算荷载：

∑q=423.8+33.8×2+39.9+33.3+26.6+26.6=617.8kN/m

轴心抗压强度

σ=P/A=509.7/123.65=41.2Mpa＜[σ]=140Mpa

刚度（稳定性）

立柱按两端铰接，则计算长度按13#墩最长管高l0=1.0×9.24=9.24m

λ=l0/i=9.24/17.397=53＜[λ]=150（钢构件立柱）

查表ψ=0.81

③纵向工字钢I40a

腹板下纵向工字钢同样按承受全部箱梁自重考虑

强度验算：

刚度验算：

=2.52mm＜[f]=L/400=2750/400=6.87mm

横梁剪力V=ql/2=0.5×（308.9×2.75）=424.7kn

剪应力τ=VSx/(Ix.tw)=424.7/(2×34.1×10.5)

=59＜[τ]=85Mpa

满足施工要求！

④横梁（I36c）。根据支架结构底腹板下横梁按承受底板、顶板以及腹板的一半计算，模板自重很轻，可忽略不计。横梁间距为50cm，跨度按立柱间距5.7m，计算则荷载取值为：

q=26×（5.15+3.8+2.2）×0.5/5.7+（2.5+2+2）×0.5=28.6kN/m

强度验算：

刚度验算：

=10.8mm＜[f]=L/400=5700/400=14.25mm

剪力：

V=ql/2=0.5×（28.6×5.7）=81.5kn

剪应力τ=VSx/(Ix.tw)=81.5/(29.9×14)=19＜[τ]=85Mpa

满足施工要求！

⑤底模板15mm竹胶板。按箱梁截面最高处腹板段进行验算，此时梁高取4.93m，横向分配方木为0.20m间距，竹胶板按支承在分布肋木上简支梁进行受力分析，模板的净跨径==100mm，取模板顺跨度方向1毫米宽计算。

腹板荷载组合

∑q=26×4.93+3+2.5+2+2=137.68kN/m2

换算成线荷载q=137.7×10-3N/mm

强度验算：

模板截面抵抗矩：

模板截面惯性矩：

模板横截面的最大应力：

模板最大剪力：

V=ql/2=(137.7×10-3×100)/2=6.88N

模板最大剪应力：

刚度验算：

=0.12mm＜[f]=L/400=100/400=0.25mm

⑥横向分配方木（10×10cm截面）验算。腹板下方木净跨径按0.15m，底板下净跨径按0.45m考虑，分别计算不同荷载不同跨径下受力状况。

a.腹板下：

承受20cm宽度的荷载，均布荷载取值为：

q=26×4.93+2.5+2+2=134.7kn/m2

转换为线荷载q=134.7×0.2=269n/cm

M=1/8ql2=0.125×269×152=7565n.cm

W=bh2/6=15×152/6=166.7cm3

截面积：A=10×10=100cm2

弹性模量：E=9×103MPa

惯性矩：I=bh3/12=10×103/12=833cm4

强度验算：

σw=M/W=0.45MPa＜[σw]=12MPa,强度满足要求（参考红松木）。

由矩形梁剪应力计算公式得：

模板最大剪力：

V=Q=ql/2=2017N

τ=3Q/2A=0.3MPa＜[τ]=2.3MPa，剪应力满足要求。

刚度验算：

=0.023mm＜[f]=L/400=150/400=0.375mm

刚度满足要求。

b.底板下：

承受20cm宽度的荷载，均布荷载取值为：

q=26×1.25+2.5+2+2=39kn/m2

转换为线荷载q=39×0.2=78n/cm

M=1/8ql2=0.125×39×452=9872n.cm

W=bh2/6=15×152/6=166.7cm3

截面积：A=10×10=100cm2

弹性模量：E=9×103MPa

惯性矩：I=bh3/12=10×103/12=833cm4

强度验算：

σw=M/W=0.59MPa＜[σw]=12MPa，强度满足要求（参考红松木）。

模板最大剪力：

V=Q=ql/2=1755N

由矩形梁剪应力计算公式得：

τ=3Q/2A=0.263MPa＜[τ]=2.3MPa，剪应力满足要求。

刚度验算：

=0.05mm＜[f]=L/400=450/400=1.12mm

满足施工要求！

3 结语

通过对铁路双线连续梁0号块施工的钢管柱支架法设计，经验算支架满足施工承载安全要求[2]。钢管柱支架法施工连续梁0号块应用于中等高度的墩身较适合。实际施工过程中可以采用加设钢管立柱增加安全性，而且在靠墩侧的一排钢管柱和墩身之间通过墩身内预埋钢板与钢管柱连接焊接加强，且箱梁采用二次浇筑工艺，能够保证钢管柱支架的安全储备系数在1.45倍以上。工程施工应事先对支架进行技术验算及认证，使得方案成熟可行，工程建造安全可控[3]。