蘭新鐵路第二雙線三十里風區彩鋼房抗風研究

朱昌岳，牛叔強

（中鐵二十一局集團有限公司，甘肅蘭州730000）

1 工程概況

1.1 自然環境情況

蘭新鐵路第二雙線（新疆段）LXTJ7標段地處世界著名的三十里風區，根據2008年鐵二局三十里風區設置觀測站氣象統計資料及2004～2005年氣象資料，大風不小于8級的天數為105 d，每次持續時間為4.7 h。達坂城至烏魯木齊的達坂城風區：根據達板城氣象站資料，年均大風日數（不小于8級）為156.8 d。

1.2 工程項目情況

蘭新鐵路第二雙線（新疆段）LXTJ7標段工程位于吐魯番市和烏魯木齊市達坂城區境內，線路東起DK1717+239，沿既有蘭新鐵路南側向西以隧道群穿越天山至白楊河特大橋頭（DK1751+657）,線路全長34.383 km，主要工程內容有：路基24.256 km，斷面方4327268.72 m3。特大橋5座，共計長2824 m，大橋5座，共計長1504 m，中橋3座，共計長328 m，涵洞71座，共計長2164橫延米，1 km以上的隧道4座，共計長5655 m，1 km以下的隧道1座，共計長334 m，軌道工程68.766 km。防風明洞18.9 km。箱梁場1處。

2 問題的提出

蘭新鐵路第二雙線（新疆段）LXTJ7標段工程工期5 a，由于自然環境因素的影響，有限施工時間短，工程量大，施工難度大的特點，要求施工單位必須保證必要的人力。而在強風區的施工人員駐房抗風安全顯得尤為重要。

施工人員駐地臨時房屋，由于建點時間在冬季，大多采用彩鋼房。彩鋼房如果不進行必要抗風措施，有可能危及施工人員安全。

3 解決方案

考慮彩鋼房的主體結構穩固、實用，以及方便屋頂加固，房屋立柱采用H型鋼，型號為HW 125×125×6.5/9，立柱間橫撐采用槽鋼，型號為C 126×53×5.5/9。設計抗風等級為15級，為了考慮彩鋼房主體構件的內力，檢算過程采用有限元數值計算方法。

3.1 彩鋼房安全設計及檢算

3.1.1 彩鋼房荷載分析

彩鋼房立柱間距橫向為5.75 m，縱向間距為3.45 m，高度為3.0 m，其平面布置見圖1所示。根據結構的受力性質，取其中一個單元（見圖2所示）進行分析。

根據《蘭新鐵路新疆有限公司文件》（新鐵安質201033號）提供的風級鳳速換算表（見表1）及《鐵路橋涵設計基本規范》中的4.4.1條確定風荷載的大小。

《鐵路橋涵設計基本規范》中的4.4.1條規定，作用于結構物上的風荷載強度可按下式計算：

W=K1K2K3W0（1）

式中:W——風荷載強度,Pa；

K1——風載體形系數，對橋墩可參照《鐵路橋涵設計基本規范》中表4.4.1-1，其它構件為1.3；

K2——風壓高度變化系數，可參照《鐵路橋涵設計基本規范》中表4.4.1-2，風壓隨離地面或常水位的高度而異，除特殊高墩個別計算外，為簡化計算，橋梁工程中全橋均取軌頂高度處的風壓值；

K3——地形、地理條件系數，可參照《鐵路橋涵設計基本規范》中表4.4.1-3。

表1 風級風速換算表

針對該工程場地實際特點，取k1=1.3，k2=1.0，k3=1.3。取風級10以下的風速為28.4 m/s，風級12以下的風速為36.9 m/s，風級15以下的風速為50.8 m/s。計算得每延米的荷載強度分別為：風級10為2.94 kN/m，風級12為4.96 kN/m，風級15為9.44 kN/m，計算過程見表2所示。

表2 風級與風荷載強度大小匯總表

3.1.2 彩鋼房立柱強度、穩定性及整體傾覆檢算

立柱采用H型鋼，型號為HW 125×125×6.5/9，立柱間橫撐采用槽鋼，型號為C 126×x53×5.5/9。有限元模型見圖3。

3.1.3 風級15結構性能抗風驗算

風級15時的風荷載和結構自重荷載組合進行立柱的強度、穩定及基礎傾覆驗算。

3.1.3.1 立柱的強度及穩定性驗算

在15級風荷載和結構自重作用下，構件的應力見圖4所示。

從圖4可知，在立柱底截面的應力最大，最大壓應力數值為148 MPa。橫撐最大壓應力為76 MPa?！惰F路橋梁鋼結構設計規范》中3.2.1條的規定，Q235鋼的彎曲基本容許應力為140 MPa。在主力+風力組合下，容許應力提高系數為1.2倍，所以提高后的彎曲容許應力為140×1.2=168（MPa）。從分析結果上看，立柱及橫撐最大應力數值均小于168 MPa，故在風級15+結構自重狀態下，立柱及橫撐的強度基本滿足規范要求。

從穩定角度看，立柱的截面積為3.03×10-3m2,慣性矩為8.47×10-6m4,立柱自由段長度為1.5 m,長細比為28，容許應力折減系數為0.9，所以考慮穩定影響后的結構受壓容許應力為0.9×168=151（MPa）。橫撐的截面積為1.57×10-3m2,慣性矩為3.88×10-6m4,立柱自由段長度為5.75 m,長細比為115，容許應力折減系數為0.48，所以考慮穩定影響后的結構受壓容許應力為0.48×168=67（MPa）。從圖4分析結果看，立柱及橫撐的穩定性均滿足規范要求。

3.1.3.2 整體傾覆驗算

根據風荷載和基礎重力作用下受力分析、計算，整體穩定性滿足要求。

3.2 施工方法

以上檢算及設計只是考慮房屋結構的整體效果，未曾考慮房屋結構的細部連接方式和連接件的應力等問題。所以在施工時盡可能考慮多種削弱風力損毀的因素。

3.2.1 彩鋼房屋的選址及朝向必須遵循的原則

（1）該標段主導風向主要是西北風，選址時優先考慮背風的地方，如有條件考慮將高出的土方挖掉，在迎風面形成擋風壩，以削減風力。

（2）在施工時，考慮每排房屋縱向和風向一致，房屋橫向為迎風面。

（3）施工時，盡可能將避免屋頂出檐，以免兜風而將屋面掀掉。

3.2.2 彩鋼房加固方案

（1）在屋頂用5 mm厚、寬50 mm的鋼板壓條壓住屋頂，用螺絲連接鋼板壓條和彩鋼房槽鋼橫梁，使得屋頂和鋼結構形成一整體。

（2）在彩鋼房端頭用Φ50鋼管及鋼管扣件進行加固。如圖5所示。

4 結語

蘭新鐵路第二雙線（新疆段）LXTJ7標管段，所有的彩鋼房，經歷2010年4月23日14級大風的考驗，大風后能夠依然完好無損，證明所采用的方法是正確的，是經得起考驗的。為今后工作打下了堅實的基礎。

[1]GB5001722003,鋼結構設計規范[S].

[2]TB10002.1-2005,鐵路橋涵設計基本規范[S].

[3]TB 10002.2-2005,鐵路橋梁鋼結構設計規范[S].