“六四式”铁路桁梁在高铁大跨度连续梁施工中的运用

2019-11-15徐传银中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部

上海铁道增刊 2019年2期

徐传银中国铁路上海局集团有限公司上海铁路枢纽工程建设指挥部

1 “六四式”桁梁的特点

“六四式”铁路桁梁是我国自行研究设计的、中等跨度适用、标准轨距和1 m轨通用的一种铁路桥梁抢修制式器材，1964年经国务院军工产品定型委员会设计定型，代号为102。在实际使用于1967年将其主要构件（标准三角标准弦杆）的部分材料改为15锰钒钛高强低合金钢后提高了构件承载能力，增大了适用性。改良后的“六四式”铁路桁梁定名为“加强型六四式铁路桁梁”，其代号为102-2，不进行加强处理的桁梁则定为102-1，两种型号的构件可以互换装配。“六四式”铁路桁梁是一种全焊构架、销接组装、单层或双层多片式上承钢桁梁，具有以下优点：

（1）构件型号少，构件、配件具有高度的互换性，不论组拼何种跨度和型式的桁梁，所有构件和配件全部通用。

（2）结构轻便，构造简单，可用人工或小型机具组拼，适合全天候作业。

（3）可以逐片组拼，分片或分组架设，分组、分片的重量轻，可以采用简易设备进行安装，安装速度快、效率高。

（4）轮廓尺寸小，单元重量轻，运输及安拆方便。

“六四式”铁路桁梁适用跨度在16 m～48 m跨度范围内，加强型六四式铁路桁梁器材在16 m～53 m跨度范围内，作为静态结构的受力杆件，则需要通过受力计算确定是否满足结构受力要求。桁梁除可以拼组铁路标准跨度外，配用不同长度的辅助端构架，除 18.5 m、22.5 m、26.5 m、30.5 m、34.5 m、38.5 m、42.5 m、46.5 m、50.5 m等几种跨度不能拼组外，其余都可以按每0.5 m变化跨度，能够完全适应我国铁路标准跨度和现有非标准跨度桥梁的梁部结构的抢修之用。低支点套器材除可以拼组铁路标准跨度梁外，非标准跨度的梁只能按标准跨度增加1 m或增加2 m两种长度调整跨度。

2 “六四式”桁梁在高铁大跨度连续梁膺架施工中的运用

新建××高速铁路跨洞泾港现浇连续梁施工里程为K026＋241.660～DK026＋463.360，梁体结构形式为 60+100+60 m连续箱梁，位于洞泾港桥段36#墩至39#墩之间，两侧与32 m简支梁桥墩连接，桥梁主跨37-38#墩处跨越洞泾港，河流与线路大里程方向夹角为37°，详见图1。

图1 跨洞泾港连续梁桥址平面布置图

连续梁主墩37、38#墩高度为12 m，中支点处梁高为7.85 m、跨中梁高4.85 m，梁底距施工河床水位最大高度为13m。其主跨跨越的新洞泾河道为六级航道，要求通航净空为22 m×3.5 m。

跨洞泾港连续梁的梁部施工原设计为悬灌法施工，为满足工期要求而变更为支架法施工，而支架法施工同样又面临以下难题：

（1）梁体荷载大，支架净跨度大，膺架材料选择困难；

（2）施工场地狭窄，水面净空低，膺架加工、安拆难度大；

（3）航道区域内水浅且作业面窄，不利于大吨位浮吊作业。

由于航道宽度要求22 m，加上水上防护措施的宽度，膺架主跨最大净跨度达到26.5 m，膺架材料有“贝雷梁、桁梁、钢桁梁及钢箱梁”几种方案可供选择。经过多种方案的技术及经济对比分析，最后决定采用相对经济且安装方便的“六四”桁梁作为膺架材料。

2.1 连续梁支架的设计原则

混凝土梁现浇支架结构由“六四式”铁路桁梁和钢管临时墩拼组而成，采用梁墩式结构，分成六个支墩组成，梁部结构由“六四式”桁梁组成。考虑到通航要求和现浇支架应具有足够刚性，能满足箱梁施工过程中挠度控制的需要，故将全桥分为5跨（16 m+16 m+28 m+16 m+16 m），分别采用16 m单层梁和28 m双层梁，两边支墩均置于临时墩顶垫梁上。28 m跨横向布置18片桁梁，其中中间14跨为双层六四梁，两边各有两片单层六四梁；16 m跨横向布置18片单层桁梁，永久墩侧钢管支撑上横向布置18片桁梁，详见图2。

图2 跨洞泾港连续梁膺架构件布置

2.2 连续梁膺架部分受力计算

膺架结构的受力计算可利用“MIDAS”、“桥梁博士”等施工软件进行计算，本文中仅以人工计算的模式阐述计算原理。

2.2.1 计算模型的建立

桁架模型计算不够精确，有时误差较大。如按完全刚架结构进行计算，则与结构实际状况不符，由于基本单元间的联结采用销钉连接，即可以认为是铰结，而按钢架结构处理显然不合适，尤其对结构位移的计算误差较大。鉴于按桁架模型和钢架模型存在的诸多问题，考虑其基本单元的全焊特性和全部杆件的作用，及基本单元间的销钉联接方式，采用钢铰混合模型进行结构分析是比较符合结构的实际情况的—即基本单元内的联结方式采用刚结，基本单元间的联结方式采用铰结，并考虑全部杆件的作用。该模型充分考虑了结构单元内部与外部联结的结构形式，在力学模型上最为先进，本计算就基于钢铰混合模型。

2.2.2 施工荷载取值

（1）钢筋混凝土容重：取γ=26 kN/m3

（2）施工人员及机具：取2.5 kPa

（3）振捣混凝土产生的荷载：取2.0 kPa

（4）六四梁自重：双层每片：取0.28t/m（未含联接系钢枕）

（5）钢枕（I 16）：20.5 kg/m，沿梁纵向间距1 m布置。

2.2.3 荷载计算

分施工过程和脱模两个工况进行分析。工况一考虑了梁体自重、施工荷载、模板、六四梁自重、钢枕等荷载；工况二只考虑了系梁自重、六四梁自重、钢枕等荷载。由于该箱梁断面较小，按平均分配荷载进行设计。

（1）28 m跨荷载分布计算

工况一（浇筑混凝土）：

箱梁每延米荷载：

梁体自重：38 t/m；施工人员与机具：6×2.5 kN/m2=1.5 t/m；振捣荷载：6×2.0kN/m2=1.2t/m；模板：取 3t；六四梁自重:3t/m；钢枕（I 16）：60t/100m＝0.6t/m。

则每延米荷载合计：47 t/m，每片梁荷载分布为3.36 t/m(仅考虑中间14片六四梁的力)。

工况二（脱模以后）：

底板下方每延米荷载：

梁体自重：38 t/m；六四梁自重:3 t/m；钢枕（I 16）：0.6 t/m。则每延米荷载合计：41.6 t/m，每片梁荷载分布为2.97 t/m。

内力计算如下：

计算六四梁各个杆件受力，弦杆受力:

弦杆为两个[16b，截面面积为 25.1 cm2×2=50.2 cm2；

16Mn 的允许受拉[σ]=210 MPa=2.1 t/cm2；

弦杆可承受的拉力为[T]=105.42 T；

T＜[T]，弦杆满足受力条件。

每个竖杆所受的压力为：N=3.36 t/2=1.68 t；

每个中竖杆允许受压:[N]=10 t；

N＜[N]，同样中竖杆满足受力条件。

斜腹杆可承受42 t的压力，实际承受的力远小于这个数，所以斜腹板受力满足施工要求。

单片梁在中间两个墩的受力为:47.04 t。

（2）16 m跨荷载分布计算

边跨单片承受的压力为3.36 t/m，具体受力详见图3。

图3 边跨受力图

内力计算如下:

承受的压力分别为:N1=10.25 t；N2=47 t；N3=27.25 t。

首先检算六四梁的弦杆受拉:

弦杆满足受力要求。

综上可知六四梁的受力满足要求。

（3）膺架分配梁部分及管桩部分受力检算

横梁部分的受力检算

受力最大的中间两个临时墩横梁，具体受力详见图4。

图4 中间临时墩受力图

受力大小详见图5和图6，最大弯矩为：M=32.39 t·m。

图5 剪力图

图6 弯矩图

可承受的最大压力为:N=205 t；

检算横梁:2I40a；W=2 180 cm3；

大横梁下面墩横梁检算:

受力详见图7。

图7 下横梁受力图

所受弯矩和剪力详见图8和图9。

图8 弯矩图

图9 剪力图

横梁的受力情况:

横梁受力满足施工要求。

2.3 桁梁的安装及拆除施工

2.3.1 桁梁的安装施工

桁梁的安装在管桩立柱及上方的分配工字钢安装完毕后进行。跨中部分六四梁为双层结构，施工先按每联的长度拼装完下面一层，再拼装上面一层。底层的六四梁先按每联放在一条直线上，上层六四梁和底层连接采用吊机和导链进行调整，打入销子进行销接。端构架拼装采用先拼装斜杆，再拼装竖杆，然后再拼装端构架的方法。拼装时用导链先将斜杆和竖杆临时固定，用吊机吊装端构架进行拼装。

每组六四桁梁重约10 t，采用20 t浮吊吊装。架设顺序如下：

（1）在下部结构顶横梁上进行测量放样，定出六四梁的准确位置。

（2）将拼装好后的一组六四梁主桁片装上运输船并运至桥跨处。

（3）六四梁安装到横梁后先临时固定，然后再安装以下各组，最后用钢枕连成一个整体。

为保证通航的需要，六四桁钢的设置高度足满12 m要求。要在六四梁上挂设警示标志，标明控制行航高度。

2.3.2 桁梁的拆除施工

根据桥梁的特点，六四桁梁分段搭设、分段拆除的原则进行施工。拆除时先拆除主航道正上方部分，再拆除航道两侧单层搭设部分。

（1）主航道上方桁梁的拆除

主航道上方桁梁为双层搭设，翼缘板下方部分可以排为单位整体卸落，梁体底板下方桁梁拆除时先解除桁梁之间的所有联结构件，再将桁梁以单节标准架或两节标准架为单位卸落至地面，吊装机械选用浮吊，浮吊置于航道中。

底层桁梁拆除时由于以梁底的最大净空为7 m，可以排为单位整体拆除。

（2）航道两侧桁梁的拆除

每联桁梁含7片标准构架，2片端构架。总重4.009 t，加联结件按4.2 t计，施工采用浮吊结合汽车吊时以排为单位整体拆除，先解除桁梁与下方工字钢的联结，先、卸落翼缘板下方的部分，再将梁底部分平移至翼缘板下方卸落。平移桁梁时在两端钢管柱上焊接支点利用桁梁下方工字钢做滑道，用手拉葫芦将桁梁以排为单位移到梁连线正下方处再用浮吊结合汽车吊卸落，卸落桁梁时汽车吊置于河岸上。