高速铁路架梁过程临时支座承载能力的校核

陈义勤，王建华，张学军，甘亚南

1.上海华东铁路建设监理有限公司,上海 200070；2.中铁四局集团第二工程有限公司，江苏 苏州 215131；3.盐城工学院 土木工程学院,江苏 盐城 224051

随着我国经济建设的快速发展，国家已明确高速铁路建设目标。当然，为了能够建成坚固、耐用、安全的高速铁路，在具体进行高铁建设的过程中应当慎重选择施工技术[1-3]，如箱形梁桥的架设施工技术等(图1)，基于此以便制定切实可行的施工方案，以及施工中加固和预防措施等。进而，为保证高速铁路具有较高安全性和耐久性奠定基础[3-5]。

图1 架桥机架梁Fig 1 Bridge erection by girder erecting machine

由于我国高铁建设水平不断提高，高铁梁桥所占比例增加，且箱梁架设施工技术也有很大程度的进步，这使得现阶段高铁工程建设可以采用多种箱梁架设方式，比如支架现浇方式、移动模型结构方式、整孔预制架设方式等，其中现阶段整孔预制架设方式被广泛采用[4-6]。然而根据高铁工程建设实际情况，发现架桥机架梁过程中，由于对临时支座受力性能分析不足，这将会造成桥梁墩台或临时支撑的破坏，进而引发多种危险事故(图2)。那么，为了能够提高箱形梁桥架设质量，因而基于架梁过程，临时支撑力学性能分析及校核尤为必要[5-7]。

图2 架梁过程临时支撑Fig 2 Temporary support during beam erection

1 顶推梁体时，架梁临时支撑受力分析

基于实际情况，若提梁后，梁体在架桥机上采用顶推方式运梁，然后落梁就位，此时梁体部分可以模拟为均布荷载，其具体分析如下：

1.1 架桥机应模拟为均布荷载

桥梁架设一般由3个阶段组成，即“提梁”“运梁”和“落梁”3个步骤，这里架桥机质量P=530 t,梁体质量P1=695 t。为了明确架桥机下3个临时支撑对桥梁墩台力学性能影响，需根据实际情况，合理模拟其受力方式。

为计算方便，将架桥机受力模型简化为连续梁(L=32 m)。毫无疑问该模型为1次超静定结构(图3)，且令其刚度为IE。

图3 架梁机受力模型Fig 3 Force model of beam machine

根据实际情况，架桥机荷载可简化为均布力q=P(2L)；此时梁体荷载亦简化为均布力q1=P1/L。

1.2 提梁阶段力学模型简化

力学分析中，力学效果具有叠加性(图4)，故可按两阶段进行受力分析，即分为架桥机和上提梁两阶段计算(图5)。

图4 提梁阶段力学模型Fig 4 Mechanical model of lifting beam stage

图5 架桥机力学分析Fig 5 Mechanical analysis of bridge erecting machine

解除中间支撑，以力R1代替(图6)，方程为

δ11×R1+Δ1P=0

(1)

图6 力学分析步骤1Fig 6 Mechanical analysis step 1

式中：Δ1P为由于力R1作用而在其方向产生的位移(图7)。

图7 力学分析步骤Fig 7 Mechanical analysis step 2

(2)

同样，Mp弯矩图见图8。

图8 架梁过程临时支撑MpFig 8 Temporary support during beam erection(Mp)

(3)

根据方程(1)可以得到：

(4)

基于力学平衡条件，可得临时支撑受力(图9)、梁体荷载对临时支撑力学性能的影响(图10)，以及各支撑受力(图11)。提梁阶段支撑力应为架桥机和梁体影响的叠加值，故各支撑所受总力见图12。

图9 架桥机对各支撑力学影响Fig 9 Influence of bridge erecting machine on supporting mechanics

图10 梁体力学分析Fig 10 Mechanical analysis of beams

图11 梁体对各支撑力学影响Fig 11 The influence of beam on the mechanics of supports

图12 支撑力学性能叠加值Fig 12 Superposition value of support mechanical properties

1.3 运梁阶段力学分析

顶推运梁阶段支撑受力分析，应取其最大力学状况，即如图13形式。

图13 运梁阶段分析模型Fig 13 Analysis model of Beam moving stage

同样，此时

该情况下，其Mp图如图14。

图14 运梁阶段力学分析图Fig 14 Mechanical analysis diagram of moving beam stage

可得：

同样，可得各支撑受力,如图15。

图15 支撑力学性能叠加值Fig 15 Superposition value of support mechanical properties

1.4 落梁阶段力学分析

支撑受力分析，如图16。

图16 落梁阶段受力模型Fig 16 Stress model of falling beam stage

同样，可得各支撑受力，其叠加值如图17。

图17 支撑力学性能叠加值Fig 17 Superposition value of support mechanical properties

2 吊梁后纵移吊运梁体，临时支撑的受力分析

在架桥机上，若提梁后纵移吊运梁体，然后落梁就位，此时梁体部分可模拟为集中荷载，其具体形式如下：

桥梁架设亦由3个阶段组成，即“提梁”“运梁”及“落梁”3个步骤。根据实际情况，架桥机荷载简化为均布力，q=P/(2L)；而梁体简化为集中荷载N1=N2=P1/2。

2.1 提梁阶段力学分析模型

力学效果具有叠加性，故可按两阶段进行分析如图18。

图18 提梁阶段受力简化模型Fig 18 Simplified model of stress in lifting stage

架桥机力学分析同上，不再赘述。梁体计算分析过程如图19～图20，方程为：

δ11×R1+Δ1P=0

图19 力学分析步骤Fig 19 Mechanical analysis step

图20 力学分析图MpFig 20 Diagram of mechanical analysis Mp

同样：

最后，其力学叠加值如图21。

图21 支撑力学性能叠加值Fig 21 Superposition value of support mechanical properties

2.2 运梁阶段力学分析

同样，运梁阶段支撑受力分析，取其最大力学状况如图22。

图22 运行阶段受力模型Fig 22 Force model in operation stage

同样根据力学平衡，其叠加值如图23。

图23 运梁阶段受力叠加值Fig 23 Stress superposition value of moving beam stage

3 结论

(1)根据实际情况,本文将“运梁阶段”等效为均布荷载或集中荷载，但两种等效方式支撑力变化趋势基本一致，因而这佐证了本文计算方法的有效性，且本文研究具有重要的工程实际意义；

(2)建议在架桥机上滑移顶进梁体时采用第一种计算方法偏于安全；而采用吊运梁体时则第二种计算方法更为合理；

(3)无论何种等效方式，中间支撑力远大于边支撑力，即均布等效法中间支撑最大受力为950.23 t；而集中力等效，中间支撑最大受力为809.06 t。因而，建议加固中间临时支撑，以免对中间桥墩或临时支撑造成强度破坏；

(4)本计算未考虑动力因素，如考虑振动影响，建议以上计算结果乘以1.1系数。