高速铁路连续梁0号块三角托架不同结构体系的受力性能比较

汪 杭 州

(中铁三局集团第六工程有限公司，山西 晋中 030600)

1 工程概况

某高速铁路连续梁桥计算跨度为(40+64+40)m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.2 m，中支点梁高为5.29 m，端支点及跨中梁高为2.89 m，顶板厚度34 cm～60 cm，底板厚度44 cm～100 cm。连续梁0号块采用托架施工。0号块梁段长度为8.0 m，其中4.6 m支撑在桥墩上方，两边悬出部分长1.7 m(托架支撑)。0号块梁段梁高墩顶为5.29 m，0号块悬臂端梁高为4.91 m。荷载由上到下通过10 mm钢模板、12槽钢桁架及双拼36槽钢横向分配梁传至三角托架上。双拼36槽钢横向分配梁纵向间距为0.5 m；腹板下纵梁托架采用双拼工字钢，底板下纵梁托架采用单拼工字钢，托架顶部为Ⅰ32a工字钢，斜撑采用Ⅰ28a工字钢，斜撑底预埋件采用Ⅰ32a工字钢，总共有4道纵梁托架，托架布置间距为1.5 m,2.22 m，1.5 m；0号块托架结构图见图1,图2。

2 荷载计算及荷载组合

根据文献[1]～[3]确定相关荷载取值与荷载组合：

1)浇筑混凝土自重为26 kN/m3；

2)模板自重3.0 kN/m2；

3)施工荷载人员、材料及施工机具荷载：2.5 kN/m2；

4)振捣混凝土时产生的荷载2.0 kN/m2；

5)混凝土浇筑时产生的冲击荷载2.0 kN/m2。

计算强度时荷载组合：1.2×(1)+2))+1.4×(3)+4)+5))。

计算刚度时荷载组合：1)+2)。

3 双拼36槽钢受力分析及验算

横向分配梁的纵向间距为50 cm，计算跨度为(3.49+1.5+2.22+1.5+3.49)m。横向双拼36槽钢分配梁的力学计算模型采用连续梁，腹板、底板处荷载采用均布荷载的形式加载，翼缘板处荷载采用集中荷载的形式加载。有限元模型及计算结果见图3～图6。

由上述计算结果可知：σ=57.7 MPa<205 MPa；τ=57.7 MPa<125 MPa；v=3.77 mm<(l/400)=8.73 mm双拼36槽钢的受力满足规范受力要求。

4 托架受力分析及验算

4.1 强度和刚度验算

托架承受横向分配梁传递的力，铰接与焊接托架所承担的荷载相同，强度、挠度以及稳定性验算结果见图7～图12。

焊接托架的应力、挠度记为：σ1,τ1,v1。

铰接托架的应力、挠度记为：σ2,τ2,v2。

σ1=127.1 MPa<205 MPa,σ2=118.7 MPa<205 MPa。

τ1=84.3 MPa<125 MPa,τ2=67.6 MPa<125 MPa。

v1=0.8 mm<(l/400)=4.7 mm,

v2=1.3 mm<(l/400)=4.7 mm。

由计算结果可知：托架的受力满足规范要求。

4.2 稳定性验算

焊接与铰接托架的斜杆轴力计算结果见图13，图14。

斜撑采用双拼28a工字钢，在桁架平面内A=111 cm2，φ=0.931。

对于焊接斜杆：斜撑轴力N=322.8 kN。

对于铰接斜杆：斜撑轴力N=440.1 kN。

由验算结果可知，焊接与铰接托架的稳定性均满足规范要求。

5 铰接与焊接托架受力性能对比

从正应力、剪应力、稳定性及刚度四个指标评价三角托架不同连接方式的受力特性，同时定义结构受力性能的变化率为：(铰接结构的反应-焊接结构的反应)/焊接结构的反应。主要分析结果见表1。

表1 铰接与焊接托架受力性能对比表

通过以上分析，铰接与焊接托架的受力特征主要体现在以下几个方面：

1)在荷载及受力杆件几何尺寸均相同的条件下，铰接托架的正应力与剪应力小于焊接托架的，对于本文算例，分别减小了6.61%与19.81%。2)铰接与焊接托架中水平杆最大正应力的发生部位不同，焊接托架的最大正应力发生在焊接部位，而铰接托架的最大正应力发生在杆件的中部区域。3)与焊接托架相比，铰接托架的整体刚度有所降低，导致挠度较大，对于本文算例，挠度增大了62.50%。4)与焊接托架相比，由于边界约束变弱，导致铰接托架的斜杆稳定性降低了36.54%。

6 结语

以某高速铁路(40+64+40)m连续梁0号块托架为研究对象，研究了三角托架不同结构体系的受力及变形特征。在准确分析托架的整体受力及合理设计结构细部构造的前提下，焊接与铰接托架均可满足工程的受力需求。从受力角度看，与焊接托架相比，铰接托架的水平杆受力更为有利，尤其正应力降低显著，但斜杆的稳定性有所降低。铰接托架的整体刚度不如焊接托架。从施工角度看，铰接托架因为铰接构造，更利于重复利用。通过综合比较，本工程最终选择了焊接托架结构体系。目前该桥0号块已施工完毕，且施工质量良好，再次验证了本文计算结果的合理性与可靠性。