顶推钢导梁与主梁新型连接方式研究

RAILWAY摇STANDARD摇DESIGN

铁道标准设计

Vol.60摇No.5May2016

文章编号:10042954(2016)05003705

顶推钢导梁与主梁新型连接方式研究

(1郾湖南中大设计院有限公司,长沙摇410075;2郾湖南高速铁路职业技术学院,湖南衡阳摇421002)

摘摇要:常规顶推施工中钢导梁与主梁多采用精轧螺纹钢连接方式。由于某铁路桥主梁腹板厚度较薄、导梁与主梁高度不相匹配,采用常规的连接方式难以满足受力的需要。为解决这一难题,对常规顶推方案进行改进与创新,提出一种剪力分配梁与水平向精轧螺纹钢相结合的新型连接方式,方便地解决了工程实际需求。实践证明,该连接方式操作简单、适用性强。该方案的成功运用可以作为类似跨线桥(跨铁路、公路等)顶推施工导梁连接方案的借鉴。

关键词:铁路桥梁;精轧螺纹钢;剪力分配梁;顶推施工;导梁连接

中图分类号:U445郾462摇摇文献标识码:B摇摇DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.05.009

张威振1,杨素娟2

ResearchonNewTypeofConnectionbetween

LaunchingNoseandMainGirder

(1.Hu蒺nanZhongdaDesignInstituteCo.,Ltd.,Changsha410075,China;2.Hu蒺nanTechnical

CollegeofRailwayHigh鄄speed,Hengyang421002,China)

ZHANGWei鄄zhen1,YANGSu鄄juan2

Abstract:Thescrew鄄threadsteelbarisoftenusedfortheconnectionbetweenlaunchingnoseandmaingirderintypicalincrementallaunchingprocess.Becausethethicknessofthewebplateisthinandthelaunchingnoseisnotmatchedwiththeheightofthegirder,itisdifficulttomeettheneedsofincrementalproblem,thispaperpresentsanewmethodofconnectionbycombiningshearforcedistributionbeamwithhorizontalscrew-threadsteelbars.Thepracticeprovesthattheconnectionissimpleandapplicable.Thesimilarflyovers(crossingoverrailwayandhighway).launching;Launchingnoseconnection

launchingconstructionbyusingconventionalscrew鄄threadsteelbarconnectionmethod.TosolvethissuccessfulapplicationprovidesgoodandmeaningfulreferencesforthelaunchingnoseconnectionofotherKeywords:Railwaybridge;Screw-threadsteelbar;Shearforcedistributionbeam;Incremental

摇摇随着社会的发展,人们对桥梁的要求不单为满足交通功能,在美学上也有了更高的要求。特别是在城市建设中,有时受到诸多条件的(比如跨越铁路既有线、高速公路、防洪大堤以及城市繁华街道时),需要采用跨径相对较大、且施工较为安全的桥型方案,顶推连续梁可以极大地满足这类需要[13]。

顶推导梁常见的形式是工字型钢结构,底部光滑

梁高与主梁不相匹配的情况,且受到主梁腹板厚度的,没有足够的空间布设受力所需精轧螺纹钢,此时需对常规的连接方式进行改进以满足施工过程中的受力需要[45]。1摇概况

某跨铁路桥上部结构采用(40+50+40)m预应力380cm;箱梁顶面外、内侧悬臂板长分别为515、400混凝土顶推连续箱梁,采用双箱单室斜腹板截面,梁高cm,箱梁底面悬臂板长397cm,腹板厚85cm;本桥采用的施工方案为先搭设箱梁预制顶推平台,预制上部

平整便于顶推施工,其与主梁多采用精轧螺纹钢进行连接。实际施工时有时会遇到现场可以直接用的导梁

收稿日期:20151012;修回日期:20151016

作者简介:张威振(1979—),男,高级工程师,2004年毕业于中南大学防灾减灾工程及防护工程专业,硕士研究生,E鄄mail:linquanzhang@yeah.net。

70m主梁段,箱梁浇筑完毕后顶推就位。再在主梁段

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两端搭设支架,然后现浇30m边跨箱梁。

铁道标准设计第60卷

在箱梁的两腹板对应位置设置2排纵向的剪力分配梁,梁高为500mm,顶、底板与5道纵向的钢腹板组成格构箱室,钢板均采用20mm厚Q235B,为防止腹板的局部失稳,在布置有精轧螺纹钢及对应焊接底座的位置、导梁连接端部设置11道由10mm厚的Q235B钢板组成的横向加劲肋。分配梁尾端底板与预埋在箱梁中的钢板焊接连接,预埋件采用20mm厚Q235B钢板通过准25mm的钢筋与混凝土主梁锚固连接,预埋件沉入混凝土面20mm,待主梁顶推完成后用水泥砂浆抹平。由于箱梁横坡的存在,注意采用20mm厚的钢垫板进行调平。

Q235B钢板,两层钢板的净距为210mm,中间布置41道由12mm厚的Q235B钢板组成的横向加劲肋,形成稳定的箱室结构。此钢板与预埋在箱梁中的钢板焊接连接,预埋件采用20mm厚Q235B钢板通过准25mm的钢筋与混凝土主梁锚固连接。钢板与混凝土箱梁端面之间的空腔部分采用C55水泥浆充填。钢导梁与分配梁之间的高差部分采用由20mm厚Q235B钢板焊接成的工字钢填充C55高强混凝土封闭的连接方式,便于结构的剪力传递。导梁连接部位示意见图1、图2。为便于力的传递,螺纹钢在混凝土中交错布置,由于顶推过程中的螺栓群受力大,如果对其进行张拉会导致超过其抗拉极限强度,故对其不予张拉,按普通螺栓考虑。锚筋大样图3中A1、A2长度为2800、2500mm,B1、B2、B3、B4长度分别为1900、1950、2100、2150mm。拼装完成后的实地照片如图4所示[68]。

箱梁的端面布置双层厚20mm、宽800mm的

施工单位实际采购到的钢导梁采用钢板梁与钢桁架相结合的结构形式。钢导梁总长34m,分为4个节段,长度分别为1郾1、8、13、11郾9m。每幅箱梁的钢导2982mm,顶底板钢板厚度为30mm,腹板钢板厚度为24mm。两片钢导梁之间采用准219mm伊8mm横撑及准114mm伊8mm斜撑进行横向连接。钢导梁各段之间采用螺栓及焊接连接,上翼缘、下翼缘及腹板采用拼接板并用高强螺栓连接,各段之间留有2mm的间隙,并且对下翼缘下表面打磨光滑,确保顶推施工时下翼缘下表面通长光滑平整。2摇导梁连接方式

由于受工地实际情况的制约,该桥实际采购的导梁根部高度为2982mm,与主梁梁高3800mm不匹配,且导梁与箱梁连接处腹板厚度仅为85cm,空间狭小难以布置抗剪所需的螺栓群。

钢导梁在顶推过程中,由于边界条件的不断变化,其连接部位受到的剪力与弯矩处于不断变化的过程当中,其导梁受到向下的最大剪力由悬臂最大状态对应的导梁重力产生,此剪力由腹板布置的精轧螺纹钢承担一般承载能力可以满足要求;当连接部位处于超静定状态时受到的向上的剪力一般较大,由于受腹板空间及导梁与主梁高度不匹配的,单纯依靠腹板布置的螺栓群难以满足抗剪的需求,本工程采用在箱梁顶部设置水平剪力梁的方式来承担向上的强大剪力。梁分左右两片,端部高度为548mm,根部高度为

图1摇导梁连接断面(单位:mm)

摇

3摇模型建立与受力分析

由于梁体连接部位在施工过程中受到的弯矩正负交替变化使得结构受力复杂,为尽可能模拟实际施工的工况,采用有限元软件MidasCivil2013进行建模分析,由于采用平面杆系,为便于建模将两片导梁按照特性等效的原则进行合并,纵横向支撑作为荷载施加到钢导梁上。主梁和钢导梁每个单元长度均为1m,主

梁共70个单元,钢导梁共34个单元,按顶进1m为一个施工阶段,整个顶推过程共有88个施工阶段,通过支承条件的变化模拟顶推施工过程。墩用固定支座模拟,与梁用仅受压的弹性连接,弹簧的刚度系数SDx=1郾7伊106kN/m,在E4墩墩顶加1个水平方向的约束,如图5所示[910]。

由上述整体计算模型可得导梁与主梁连接部位的弯矩、剪力步骤时程曲线如图6、图7所示。

第5期张威振,杨素娟—顶推钢导梁与主梁新型连接方式研究

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图2摇导梁连接立面(单位:mm)

摇图4摇拼装完成后的剪力分配梁

摇

图5摇顶推施工模型

摇

较,得到单片导梁连接部位的控制剪力、弯矩设计值如表1所示。

表1摇导梁连接部位内力设计值

图3摇预埋锚筋大样(单位:mm)

摇

设计值剪力/kN弯矩/(kN·m)

图6、图7中的内力值为两片导梁对应的合计值,对图中各个步骤时程对应的剪力、弯矩值进行分析比

266郾06-3175郾83

CS26

-2076郾1317914郾63

CS55

步骤

-4230郾1682郾47

CS63

40

铁道标准设计第60卷

图6摇弯矩步骤时程曲线

摇

图7摇剪力步骤时程曲线

4摇承载力验算

根据弯矩由水平向的精轧螺纹钢承担,向上的负剪力由剪力梁承担,向下的正剪力由水平向的精轧螺摇纹钢承担的原则进行承载能力验算。

单根PSB785、直径为32mm的精轧螺纹钢能承受的最大抗拉力为

摇摇最大抗剪承载力为

Nbt=仔·r2

·fpd=418郾00kN摇Nbv=仔·r2·fvd=154郾34kN

钢的抗弯承载力摇按普通螺栓连接的计算方法验算水平向精轧螺纹。最大弯矩为正,因此取顶缘为螺栓群轴线,受力图示如图8所示,则在弯矩作用下,可得单根螺栓受最大拉力为

N

M

max

=

摇摇由计算可知,NMmax移Mymy

max

2

=347郾68kN

i

剪力梁承担全部向上的最大剪力t,满足要求。

,取剪力梁尾部

为支点,受力图示如图9所示,可得竖向精轧螺纹钢中单根承受最大拉力为

NVmax=

Ve伊xm移x

max2

=381郾33kN

i

摇摇由计算可知对于向下的剪力及对应的负弯矩,NVmaxt,满足要求。

(受力图示与图

图8摇水平螺栓群受力示意

图9摇剪力梁及竖向螺栓群受力示意

8纹钢承担类似,但弯矩作用方向相反,取底缘为螺栓群轴线)可全部由水平向精轧螺,可得单根螺栓承受最大拉力为

NMmax=

Mymax

=47郾08kN

摇摇单根螺栓承受最大剪力为

移my

2i

Nv=

Vn=266郾摇摇在弯矩与剪力共同作用下5406=4郾93kNæMçNmaxö2èNb÷

+çæNvö÷2tø

è摇安全储备足够Nb

=0郾12<1郾00

摇vø

由上述计算可知。

,精轧螺纹钢的承载力均能满足

规范要求,此方案安全、可靠。5摇结论

在实际的工程中有时会遇到导梁高度与主梁梁高不匹配、导梁与箱梁连接处腹板厚度较薄的情况,此时由于空间狭小,难以按照常规的设计思路布置抗剪所需的螺栓群。针对上述情况,提出了一种剪力分配梁

摇

摇

第5期张威振,杨素娟—顶推钢导梁与主梁新型连接方式研究

箱梁设计[J].铁道标准设计,2010(6):3133.

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与水平向精轧螺纹钢相结合的新型导梁连接方式,利用水平向的精轧螺纹钢承担正负弯矩,剪力分配梁承担向上的剪力,水平向的精轧螺纹钢承担向下的剪力,科学有效地解决了施工实际问题。

该桥梁设计采用顶推施工方案,由于施工方案及施工组织设计合理,施工期间铁路运输保持畅通,无一例安全事故发生。实践证明,当主梁腹板空间受限及导梁与主梁梁高不匹配的情况下,采用剪力分配梁与水平向精轧螺纹钢相结合的方式可以保证施工期间的安全,该方式可以作为类似跨线桥(跨铁路、公路等)顶推施工导梁连接方案的借鉴[1112]。参考文献:

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[4]摇李昌宁,戴宇.郑徐铁路客运专线CRTS域型板式无砟轨道施工摇摇(上接第36页)

老化性等耐久性能和环保性能开展了系统研究,并进行了工程应用效果验证,主要结论如下。

(1)不同密度高聚物注浆材料,循环加载1000万(2)高聚物注浆材料在酸碱溶液浸泡240d后的(3)高聚物注浆材料湿热老化90d,其压缩强度(4)高聚物材料不会对水质造成污染,这表明高(5)通过工程实体取样进行高聚物注浆材料的性

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次后基本无残余变形,动荷载下高聚物注浆材料具有良好的尺寸稳定性和抗疲劳性能。

压缩强度保持率均在75%以上,具有一定的抗酸碱性。

和拉伸强度保持率均在70%以上,高聚物注浆材料具有较好的抗湿热老化性能。

聚物注浆材料长期埋入地下时不会对环境造成影响。

能验证,表明高聚物注浆材料耐久性能与环保性能等各项指标均满足设计要求,强度保持率98%以上,可有效保持抬升后无砟轨道结构的长期稳定性。参考文献:

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