铁路道岔连续梁柱梁法现浇支架设计和检算

黄攀

摘要：道岔连续梁是铁路工程中一种特殊的结构形式，文章以渝怀铁路增建二线舞水湾滩1#特大桥40#-45#墩道岔连续梁为例，结合桥跨结构和地质情况，采用钢管立柱和贝雷梁桁架作为主要受力构件，进行柱梁法现浇支架设计，通过有限元软件MIDAS/civ-il建立模型，对支撑系统的强度、刚度、稳定性、基础承栽力等进行检算，分析了支架结构安全。

关键词：支架;设计;检算;安全

中图分类号：u445.4 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）12-0001-04

1概述

随着目前国内桥梁建设的飞速发展，我国桥梁建设水平日新月异，柱梁法现浇支架被越来越多的应用于变截面连续梁。本文以渝怀铁路增建二线一种典型的变截面道岔连续梁为例，较为全面的考虑到各种因素的影响，针对性的进行柱梁法现浇支架的设计，并采用有限元软件进行结构计算分析，验证了结构设计的安全性，对于变截面连续梁高大模板支架施工具有一定的借鉴意义。

2工程概况

渝怀铁路增建二线引入怀化枢纽工程舞水湾滩1#特大桥40#～45#墩采用（3x32+2x24）m的道岔连续梁，连续梁全长147.3m，纵坡1.2%，正线里程为YHXDK9+543.285～YHXDK9+690.785，于YHXDK9+543处开始由单线变双线铁路桥梁，形成道岔连续梁。梁体为单箱单室变单箱双室、直腹板、等梁高结构，截面最低点处梁高为3.05m。梁体结构形式为C50预应力钢筋混凝土结构，箱梁顶宽6.6m～11.81m，箱梁底宽4.2～9.41m;顶板厚度30cm，腹板厚度50～80cm，底板厚度30cm，在支承处、箱梁顶、底腹板局部加厚。全桥共设6道横隔板，分别设于中支点、端支点，并设进人孔，供检查人员通过。全梁C50混凝土1415m³，钢筋297t，预应力钢绞线57t。该连续梁处于清山溪停车场，场地较为平整，有15cm混凝土硬化，地质从上往下依次为：0～9m厚人工填土、0～3m全风化板岩（承载力200kPa）、18.5m～24.5m强风化板岩（承载力400kPa）、中风化板岩（承载力600kPa）。

3支架设计

3.1模板体系

底模采用15mm厚竹胶板，竹胶板下紧贴60x80mm木方作为纵梁，木方在箱梁实心腹板处间距lOOmm布置，在箱室底板区间距200mm布置，木方下采用I14工字钢横梁，横梁间距考虑贝雷梁受力节点，按照750mm间距布置。箱梁侧模和翼缘板底模采用整体桁架式定型钢模，规格1500mm/块，背肋和支撑采用槽钢焊接而成。

3.2柱梁支撐体系

3.2.1贝雷梁布置

采用321型贝雷梁，标准尺寸为3000x1500mm，根据道岔连续梁墩顶之间净跨情况增加部分1500x1500mm型号。横桥向贝雷梁在底板区均匀布置，腹板区加密布置。由于道岔连续梁从42#墩开始为向左侧曲线加宽，并增加中腹板，因此需要适当增加贝雷梁以满足曲线段腹板全部位于加密区。贝雷梁采用标准450mm支撑架作为横向连接。

贝雷梁底部主横梁采用双拼488x300H型钢，主横梁和贝雷梁之间采用u型扣锁定，确保稳定性。

3.2.2临时支墩钢管立柱布置

该道岔连续梁跨度有32m和24m两种跨度类型，根据每跨之间净跨进行支架布置，同时应考虑到贝雷梁的受力特点，贝雷梁跨度按照3m和1.5m整数倍且不超过12m为宜。此外由于桥墩有30：1的坡度，故前4跨均需要贝雷梁悬臂1.5m，以满足钢管立柱和桥墩斜坡面之间的部分支架要求。详具体布置见表1。

每跨中支墩采用Ф630x8mm钢管立柱，边支墩采用Ф457x7mm钢管立柱，立柱高度统一为16.5m，用12m和4.5m长度螺旋钢管法兰连接。

钢管立柱之间、钢管立柱和桥墩之间均采用横向、纵向采用[25槽钢作为水平连接，横向每排临时支墩的钢管立柱采用斜撑加强，形成整体，确保架体稳定性。

3.2.3卸落系统

为方便支架卸落，在钢管立柱顶部安装卸落砂箱，总高480mm，砂箱外钢管和立柱同规格，内套管小50mm，砂箱顶部和底部各设15mm厚钢板。砂箱底部钢板与立柱钢管法兰连接，顶部钢板用于支撑2H488主横梁。砂箱内灌洁净河砂，外钢管设出砂口，可卸落高度控制在15-20cm，方便支架卸落。

3.2.4基础设计

根据设计图纸中地质资料，人工填土层填料、密实情况不均匀，情况复杂，不能作为基础，因此中支墩采用桩基础，桩径1.0m，采用C30钢筋混凝土，桩底进入强风化板岩（承载力400kPa）层不小于2m。为方便桩基础与钢管立柱连接，在桩顶设置1.0x1.0x0.8m的桩帽，采用C30钢筋混凝土，桩帽顶部预埋钢板，与钢管立柱法兰连接。

边支墩邻近桥墩承台，将承台局部加宽50cm，顶面预埋钢板作为基础，和钢管立柱螺栓连接。

4支架检算

4.1检算内容

对本文柱梁法现浇支架支承系统，主要检算在结构自重及施工荷载作用下支架系统的强度、刚度、稳定性、基础承载力、抗倾覆稳定性。

4.2荷载及荷载组合

4.2.1荷载取值

荷载是支架设计方案的决定性因素，支模架系统检算时，依据相关规范，主要考虑以下荷载：

（1）新浇混凝土湿重形成的竖向压力及侧向压力，其容重取26kN/m³。

（2）支架自重，按照图纸建立模型，定义相应的材料特性，由软件自动计算。

（3）模板重量按照0.105kN/m²计算。

（4）梁段翼缘板下支架按照对应纵梁数目不同分别取0.53kN/m和0.35kN/m。

（5）施工人员及施工设备荷载，取2.5kN/m²;

（6）振捣混凝土时产生的荷载，取2.0kN/m²;

（7）泵送混凝土时产生的荷载，取2.0kN/m²;

（8）风荷载参照规范，按0.32kPa施加于支架横桥向。

4.2.2材料特性

（1）混凝土自重G=26kN/m³。

（2）钢材弹性模量E=206GPa。

（3）方木弹性模量E=9GPa。

（4）材料强度设计值见表2所示：

4.2.3荷载组合

在进行强度、内力验算时，采用基本组合，支架结构自重、新浇混凝土荷载及模板等恒载分项系数取1.2，施工活载分项系数取1.4;在进行刚度验算时，采用标准组合，分项系数均取1;在进行稳定性分析时，根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》规定，恒载分项系数取1.2，施工活载分项系数取0.9×1.4。

本桥根据设计图，支架取其上架設箱梁总重，分至支架对应各的部位处，其中第1～2跨箱梁截面是单箱单室，第3～5跨截面是单箱双室。根据箱梁截面的受力特点，划分箱梁断面如图1得到箱梁各分断面对应的重量，见表3。

4.3支架系统检算

4.3.1支架计算模型

支架采用有限元软件MIDAS/civil进行计算，计算采用整体模型，计算模型如图2所示，其余跨略。由于支架共有5跨，需对各跨分别进行验算，本文中仅以第3跨为例进行分析。

4.3.2支架结构强度检算

（1）钢管立柱及横纵向连接杆

钢管立柱及横纵向连接杆最大应力为186.0MPa，发生在第一列第二排钢管立柱顶部纵向连接杆处，如图3，支架最大应力小于215Mpa，满足要求。

（2）钢管立柱顶部横梁

由模型计算出主横梁应力等值线图知横梁最大应力为71.60MPa，发生在横梁与第一列第三排钢管立柱搭接位置，最大应力值小于310MPa，横梁强度满足要求。

（3）贝雷梁

贝雷梁最大应力为307.4MPa，发生在贝雷梁与第二列第二排钢管立柱顶部贝雷梁竖杆处，如图4，最大应力值小于310MPa，贝雷梁强度满足要求。

4.4支架结构刚度验算

考虑混凝土梁体的湿重，标准组合作用取：1.0×梁体混凝土湿重+1.0×模板重量+1.0x施工荷载）下。参考《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011第5.2.7条，支架的容许压缩变形或弹性挠度，为相应结构计算跨度的1/400。

由图5，可知支架整体结构竖向最大位移值为11.9mm，该跨最大计算挠跨比为9000/400mm=22.5mm>11.9mm，满足规范要求。

4.5支架稳定性验算

考虑混凝土梁体的湿重，根据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》（TBl0110-2011）相关规定，应对支架结构整体稳定性进行验算，荷载组合为1.0x梁体混凝土湿重+1.0x模板重量+0.9xlax施工活载。利用Midas/civil对本结构进行屈曲分析，第3跨支架的稳定性验算如图6。

由图6，可知支架的一阶模态稳定系数为7.9，大于规范规定的稳定系数4，因此该支架整体稳定性满足要求。

4.6支架基础承载力验算

由图7知，该荷载组合下支架底部单根钢管立柱反力最大值为878.8kN。支架基础均为直径1.0m的桩基础，桩底入基岩深度不小于2.0m，基岩单轴抗压强度1600kPa，桩基顶部浇筑1.0x1.0x0.8m的C30钢筋混凝土桩帽。

σ1=N/A=878.8×103/（800x800）=1.373MPa≤[σ]=8.0MPa，合格。

桩底容许承载力为

[P]=R（C1A+C2Uh）=1600x（0.4x3.14x1×1/4+0.03x3.14x1×10）=2009.6KN>878.8KN故地基承载力满足要求。

4.7支架整体抗倾覆稳定性验算

由作用在支架结构和模板体系上的风荷载共同对倾覆支点取矩，得到结构倾覆力矩;由模板体系和支架结构重力荷载对倾覆支点取矩得到结构抗倾覆力矩。要求两者之比不小于1.5。

结构倾覆力矩：

Mq=55.26×21.8/2=602.334kN.m

结构抗倾覆力矩：

Mk=1211.868×9.3/2=5635.19kN·m

结构抗倾覆稳定系数K=M1/Mn=9.4>1.5

故第二跨支架抗倾覆稳定性满足要求。

4.8检算结果

本文选取第3跨计算为例，支架强度、刚度、稳定性、基础承载力、抗倾覆稳定性均满足要求。其他跨通过同样的计算，结果均满足要求，故本支架设计检算合格，满足要求。

5结束语

道岔连续梁相对一般等截面现浇梁来说，其箱室由单箱变为双箱，横向宽度按曲线变化，逐渐加宽，结构形式相对复杂。本工程中支架还受到桥墩坡率、地质情况等影响，每跨情况均不一样，在支架设计时需要综合考虑，逐跨分析，逐跨设计，同时采用有限元软件MIDAS/civil对支架逐跨建模，逐跨检算，较为全面的检算了支架的强度、刚度、稳定性、基础承载力等关键指标，保证了结构设计安全，工程已顺利施工完成，可供其他类似工程参考借鉴。