地鐵車站貝雷梁懸吊雨水管施工方案設(shè)計(jì)

李連生

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 714000）

地鐵車站貝雷梁懸吊雨水管施工方案設(shè)計(jì)

李連生

（陜西鐵路工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院 陜西渭南 714000）

介紹了某地鐵車站貝雷梁懸吊雨水管施工方案設(shè)計(jì)，利用MIDAS/Civil對(duì)貝雷梁、雨水管進(jìn)行了力學(xué)受力分析與檢算，提出了方案設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議。為今后類似條件的臨時(shí)結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)提供參考。

貝雷梁 雨水管 Midas civil 方案設(shè)計(jì)

1 工程概況

某地鐵車站是某市軌道交通3號(hào)線第15個(gè)車站，位于城市街道的十字交叉路口上，沿街道東北-西南向敷設(shè)，向東北延伸至又一十字路口，是地下兩層島式帶雙停車線的車站。

車站外包總長(zhǎng)468.9m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度19.7m，采用11米島式站臺(tái)。車站設(shè)9個(gè)出入口3組風(fēng)亭。主體及附屬基坑均采用明挖法。地面標(biāo)高約74.7m，結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高約58.5m，結(jié)構(gòu)底板埋深17.50～20.00m。車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)連續(xù)墻厚800mm，C35水下混凝土。

在第二個(gè)十字路口，車站方向的橫向街道路面下方鋪設(shè)有市政雨水管，如圖1所示。地鐵車站地下連續(xù)墻設(shè)計(jì)顯示兩根雨水管位于冠梁之下。車站施工期間擬設(shè)兩根1.42m的鋼管通過(guò)，保證市政排水通暢。

圖1 雨水管布置圖

2 懸吊方案設(shè)計(jì)

本工程選用“321”型二排單層貝雷架組成簡(jiǎn)支梁，計(jì)算跨度3m×7=21m，支座置于冠梁之上。主桁架兩排貝雷架中心間距0.45m。橫橋向內(nèi)側(cè)貝雷主桁架中心間距4.2m，兩根雨水管懸吊于橫梁之上，雨水管的內(nèi)側(cè)凈距0.66m。貝雷梁懸吊雨水管的布置圖如圖2、3所示。

圖2 正面與平面圖

圖3 橫斷面圖

3 懸吊設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 雨水管設(shè)計(jì)

（1）荷載計(jì)算

管殼自重：Gs=3.14/4×(1.4202?1.3922)×21×78.5=101.89KN

污水自重：Gw=3.14/4×1.3922×21×11=351.37KN

單根雨水管總重：G=Gs+Gw=101.890+351.37=453.26KN

雨水管自重線荷載：q=G/ l=453.26/21=21.58KN/m

（2）結(jié)構(gòu)檢算

利用Midas Civil軟件建立有限元模型，將雨水管視跨度為3m×7=21m的多跨連續(xù)梁，如圖4所示。除鋼管兩側(cè)吊點(diǎn)位置視為固定端支座之外，其余吊點(diǎn)位置均視為活動(dòng)鉸支座。

圖4 雨水管計(jì)算模型

圖5 雨水管吊點(diǎn)反力（單位:KN）

圖6 雨水管組合應(yīng)力圖(MPa)

圖7 雨水管Z向撓度(mm)

由圖6可知，雨水管的最大組合拉應(yīng)力0.19MPa <[σ]=145MPa ，合格。

由圖7可知，雨水管的最大撓度f(wàn)max=0.003mm

3.2 貝雷梁設(shè)計(jì)

3.2.1 荷載計(jì)算

將圖5中的雨水管支座反力（吊點(diǎn)反力）的一半反向施加給貝雷梁橫梁。由圖2的平面圖可知，單根雨水管共有30個(gè)吊點(diǎn)。平均每個(gè)吊點(diǎn)力為G /30=453.26/30=15.11KN 。

3.2.2 結(jié)構(gòu)檢算

建立Midas Civil有限元模型，如圖8所示。該模型共有節(jié)點(diǎn)數(shù)量638個(gè)，單元數(shù)量1019個(gè)，支撐邊界條件8個(gè)，彈性連接60個(gè)，釋放梁端約束48個(gè)。縱橋向每排7個(gè)貝雷架單元之間為鉸連接。

圖8 貝雷梁有限元模型

（1）強(qiáng)度檢算

利用Midas Civil軟件求解得到貝雷梁及其主桁、橫梁、支撐架的組合應(yīng)力圖如圖9~12所示：

圖9 貝雷梁組合應(yīng)力圖

圖10 貝雷梁主桁組合應(yīng)力圖

圖11 貝雷梁橫梁組合應(yīng)力圖

由圖9及圖10可知，整個(gè)貝雷架的最大組合應(yīng)力發(fā)生在主桁上：

最大拉應(yīng)力231.77MPa <[σ]=273MPa ；最大壓應(yīng)力226.81MPa <[σ]=273MPa ，合格。

由圖11可知，貝雷架橫梁組合拉應(yīng)力85.19MPa <[σ]=145MPa ，合格。

由圖12可知，貝雷架支撐架最大拉應(yīng)力13.15MPa<[σ]=145MPa ，最大壓應(yīng)力59.93MPa <[σ]=145MPa ，合格。

圖12 貝雷梁支撐架應(yīng)力圖

（2）剛度檢算

利用Midas Civil軟件求解得到貝雷梁主桁及橫梁的撓度圖如圖13、14所示：由圖13可知，貝雷架主桁的最大Z向撓度超出撓度限值原因分析如下：

圖13 貝雷梁主桁Z向撓度

圖14 貝雷梁橫梁Z向撓度

①雨水管污水比重一般略大于1，本次比重取值1.1，偏大；

②雨水管總長(zhǎng)為27.3m，外徑1420mm，壁厚14mm，慣性矩1.527449×1010mm4，雨水管的抗彎剛度很大、自承能力強(qiáng)。本次取其21m長(zhǎng)度范圍內(nèi)的自重施加在貝雷架橫梁上的，這個(gè)數(shù)值是偏大的。

③建立貝雷架有限元模型時(shí)，縱橋向每排7個(gè)貝雷架單元之間是理想的鉸連接，不考慮其抗彎能力。

4 結(jié)論

貝雷架的最大組合應(yīng)力發(fā)生在主桁上。最大拉、壓應(yīng)力均小于容許應(yīng)力，強(qiáng)度檢算是安全的。貝雷架主桁的最大Z向撓度超出撓度限值13.9mm，可設(shè)預(yù)拱度解決。

[1]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ162-2008 建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范[S] .北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社2008.

[2]中華人民共和國(guó)住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部. GB 50017-2003鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社2011.

[3]交通部交通戰(zhàn)備辦公室.JGJ162-2008裝配式公路鋼橋使用手冊(cè)[M].北京:人民交通出版 1998.

[4]黃紹金,劉陌生.JGJ162-2008 裝配式公路鋼橋多用途使用手冊(cè)[M].北京:人民交通出版社2002.

Construction Scheme Design of Storm Sewer Suspended
by Bailey Beam in Subway Station

LI Lian-sheng
（Shaanxi Institute of Railway Technology Weinan Shaanxi 714000 China）

The article introduces the construction scheme design of storm sewer suspended by bailey beam in a subway station. The mechanical force analysis and check computation on the bailey beam and storm sewer is made by Midas/Civil, and suggestions on improvements are put forward, which provide references for similar scheme design of temporary structure in future constructions.

bailey beam storm sewer Midas civil scheme design

A

1673-1816(2016)04-0039-06

2016-04-20

李連生（1969-），男，河南鞏縣人，副教授，橋梁與隧道工程方向。