架桥机通过系杆拱桥现浇支架计算分析

李 颐

（中铁十八局集团隧道工程有限公司，重庆 400700）

1 工程概况

某铁路系杆拱桥计算跨径71.5m，系梁采用单箱三室预应力C50 混凝土结构，截面高2.5m ；拱肋为钢管混凝土结构，拱肋钢管采用φ1 200×20mm，内灌C50 混凝土；两侧拱肋采用一道横撑和两道K 撑连接（上下都有），横撑φ850mm，斜撑φ700mm。

图1 现浇支架布置

该大桥跨某高速公路，系梁采用支架现浇，支架设计从上到下依次为：12mm 厚竹胶板，模板下铺8.5×8.5cm 方木，腹板下间距17cm，底板下间距25.5cm，方木下铺横向工字钢I16，间距75cm ；工字钢下为贝雷梁，贝雷梁下为φ406 钢管（如图1 所示）。

因施工滞后，为不影响架梁工期和通车时间，要求在拱肋施工完成后、吊杆未安装前，通过TJ65 架桥机和运梁车[1]。根据系杆拱的结构及受力特点，若吊杆未安装，则运架荷载还要系梁下面的支架承受，因支架设计时没考虑此项荷载，必须对支架进行验算，根据计算结果对支架相应部位进行加固，以保证结构安全[2]。

2 架桥机荷载

图2 架桥机过现浇支架计算

图3 钢管柱应力分布

TJ65 架桥机和运梁车均要在拱桥施工完成前通过系梁现浇支架。由于架桥机荷载较大[3]，所以只验算架桥机通过支架的安全性。

TJ65 架桥机自重255 吨，前后共9 个轴，每个轴重280kN。考虑梁上有道砟钢轨以及系梁分配作用，转化为均布荷载，后方共4 轴、长5m、宽2m、均布载112kN/m ；前方共5 轴、长5.5m、宽2m，均布载128kN/m。两均布载间距15m。荷载以均布载的形式加到顶板板单元上[4]。

3 现浇支架验算

采用大型有限元软件MIDAS 进行计算。对预应力箱梁采用板单元模拟，贝雷梁及其他支架杆件采用梁单元模拟[5]（如图2 所示）。

3.1 钢管柱受力分析结果

钢管柱为贝雷梁下的支撑结构，采用直径406mm、壁厚10mm 的钢管（应力结果见图3）。可知最大应力152MPa，应力较大。为确保安全，在架桥机走行轨道线路下进行加固，增加两根钢管桩（每个轨道下一根）[6]。

3.2 贝雷梁下双工字钢（I40）横梁受力

由图4 可知，双工字钢横梁最大正应力175MPa，最大剪应力124MPa，应力偏大。为确保结构安全，在工字钢侧面贴焊10mm 厚钢板，以确保结构安全[7]。

3.3 贝雷梁弦杆应力分布

由图5 可知，贝雷梁弦杆最大正应力达到593MPa，最大应力出现在下弦杆与工字钢相交处。此处无腹杆且应力分布长度较短。其原因一是计算时简化不当出现应力集中现象；二是支撑处位于贝雷梁节间而不是节点上。为保证加固可靠，此处应采用增加竖杆的方式，以降低应力，加固竖杆可采用双槽钢10 号，最好用型钢做矩形框架进行加固[8]。本支架弦杆两侧均须加固以保安全。

通过分析发现，剪应力与正应力均存在同样问题，都应采用竖杆进行加固，以降低此处应力。

图4 双工字钢横梁应力

图5 贝雷梁弦杆应力

图6 贝雷梁竖杆应力

图7 贝雷梁支架变形

3.4 贝雷梁竖杆应力分布

由图6 可知，局部竖杆应力达到539MPa，但大部分杆件应力均较小，可对相应杆件加固以保证安全。竖杆加固采用在原竖杆侧向加10 号槽钢，和上下弦杆间磨光顶紧，并和原竖杆用扣件连接[9]。贝雷梁竖杆剪应力满足要求。

3.5 支架变形

由图7 可知，贝雷梁支架的最大竖向变形值为10mm，满足要求。

3.6 支墩基础计算

一个条基上最大支墩所有支反力的和为999吨，根据图纸条基长18m，宽2m，条基面积18×2=36m2，每平方米受力999/36=27.8t，要求基础承载能力不小于300kPa。考虑支架搭设在已通车数年的高速公路上，其承载力满足要求，为确保条基下地基土的承载能力，要求复核条基实际尺寸及地基土承载力[10]。根据条基尺寸及钢管柱布置，满足传力要求。

4 结论

（1）TJ165 架桥机通过现浇支架时，大部分杆件受力满足要求。（2）各斜向支墩墩顶处因支撑点未在贝雷梁节点上，受力较大，应加竖杆以改善此处的受力情况，确保受力安全。（3）支墩顶部贝雷梁之间的横向连接（双工字钢横撑）应加强。（4）架桥机通过时应缓慢进行，注意观测支架变形，尤其是各斜向支墩墩顶处贝雷梁变形，变形过大时应停止通过，确保安全。

该桥已于2015 年10 月建成通车，通过采用上述计算方法及加固措施，保证了结构的受力安全，同时保证了架梁3 个月的工期，取得了较大的经济和社会效益。