下承式鋼桁梁施工臨時鋼結構支架的力學性能檢算

唐 先 周

(中國鐵路濟南局集團有限公司濟南西工務段，山東 濟南　250000)

1　概述

所謂拖拉施工就是將預先在路堤或引橋上拼裝好的拖拉結構或構件，置于預先設置好的縱向滑道上，采用鋼滾管轉動滑移，沿著預先設定好的線路移動，使其在滑道上發生移動并拖拉到指定的位置就位的一種方法。在施工過程中，為了保證施工過程中由于橋跨度過大造成鋼桁梁端部下撓過大，需要在鋼桁梁拖拉線路的下方布設臨時鋼結構支架。如果鋼桁梁在引橋上拼裝，在某些情況下拖拉施工不僅需要設置河道臨時墩，而且由于引橋橋面寬度等的限制，還需要在引橋外側搭設臨時支墩，不管是引橋外側設置臨時支墩還是河中搭設臨時支墩作為臨時支撐均需要臨時鋼結構支架。隨著鋼材品質的不斷更新和施工工藝的快速發展，臨時支架結構單位長度的重量減輕，用鋼量減少，承載能力穩定可靠，維修量小，支架回收復用效率高，環保效益十分明顯[1-8]。

2　鋼結構支架平臺的結構形式

在某鐵路雙線橋下承式鋼桁梁施工安裝過程中，為滿足施工的需要，采用運輸船體拖拉施工工藝，其中橋位18號～20號墩處架設鋼結構施工臨時支架平臺。支架平臺長度為83.8 m，其中Ⅰ型支架平臺長度61.2 m，Ⅱ型支架平臺長度22.6 m，本文以Ⅱ型鋼結構支架平臺為例。

單側支架平臺設置8根φ800×10 mm鋼管樁柱，鋼管樁柱縱向采用[20a槽鋼斜撐連接，橫向采用雙肢[20a槽鋼剪刀斜桿連接。鋼管樁柱頂面縱橋向設置3Ⅰ63a工字鋼分配縱梁，其上安置5Ⅰ63a工字鋼分配橫梁，再上設置長22.6 m的鋼結構滑道梁，見圖1。

3　鋼結構支架的驗算

3.1　材料特性

鋼結構支架平臺的滑道梁采用Q345鋼；φ600×8鋼管、φ800×10鋼管、φ1 000×12鋼管、[20a槽鋼、工字鋼分配縱梁、工字鋼分配橫梁和工字鋼滑道縱梁均采用Q235鋼，依據GB 50017—2003鋼結構設計規范第3.4.1條，鋼材的材料特性如表1所示。

表1　Q345和Q235鋼材的材料特性

3.2　計算模型

圓鋼管立柱采用梁單元通過結構空間有限元軟件建模分析，結構計算幾何模型如圖2所示。

3.3　應力計算

臨時鋼結構支架的受力分析是保證橋梁結構正常施工的前提條件，臨時鋼結構支架的合理布局直接影響著橋梁結構的順利施工，因而對臨時鋼結構支架進行受力分析是十分必要的。臨時鋼結構支架的受力分析包括：鋼管樁柱包絡正應力計算、Q345鋼滑道梁的包絡正應力計算、5Ⅰ63a工字鋼分配橫梁包絡正應力計算、3Ⅰ63a工字鋼分配縱梁包絡正應力計算、[20a槽鋼水平桿和斜桿的包絡正應力計算。

1)鋼管樁柱。鋼管樁柱包絡正應力如圖3所示。

鋼管樁柱受壓桿件理論長度取l0=4.5 m。

φ800×10 mm鋼管的截面特性：

鋼管受壓桿件的最大長細比小于100，滿足規范要求。

查表得：φ=0.900，容許值為0.900[σ]=126.0 MPa。

鋼管樁柱包絡正應力18.91 MPa～-60.80 MPa，正應力滿足規范要求。

2)Q345鋼滑道梁。通過有限元分析Q345鋼滑道梁的包絡正應力-173.22 MPa～173.22 MPa，包絡剪應力-35.41 MPa～40.48 MPa<[τ]=120 MPa(容許剪應力)。正應力和剪應力均滿足規范要求。

3)5Ⅰ63a工字鋼分配橫梁。通過有限元分析5Ⅰ63a工字鋼分配橫梁包絡正應力-113.61 MPa～113.61 MPa，包絡剪應力-49.35 MPa～49.35 MPa<[τ]=120 MPa(容許剪應力)。正應力和剪應力均滿足規范要求。

4)3Ⅰ63a工字鋼分配縱梁。通過有限元分析3Ⅰ63a工字鋼分配縱梁包絡正應力為-103.15 MPa～97.55 MPa，包絡剪應力為-31.44 MPa～32.26 MPa<[τ]=120 MPa(容許剪應力)。正應力和剪應力均滿足規范要求。

5)[20a槽鋼水平桿和斜桿。[20a槽鋼水平桿和斜桿的包絡正應力如圖4所示。

單肢20號槽鋼，按受壓桿件其理論長度取l0=0.5×4.108=2.054 m。

單肢20號槽鋼的截面特性：

A=28.83 cm2；Ix=1 780.4 cm4，Iy=128.0 cm4;

次受壓桿件的最大長細比小于200，滿足規范要求。

查表得：φ=0.521，容許值為0.521[σ]=72.94 MPa。

[20a槽鋼水平桿和斜桿的包絡正應力-36.91 MPa～47.07 MPa，正應力滿足規范要求。

4　結語

通過分析可知，鋼結構支架的力學性能均滿足規范要求，體系是安全的。在下承式桁架橋梁拖拉施工過程中，由于臨時鋼結構支架確保了下滑道的穩定性，使桁架梁能夠安全到達設計位置。鋼結構支架的采用，最大限度地減少了施工過程中可能產生的鋼桁梁懸臂端撓度過大對工程的影響，加快了施工進度，取得了良好的經濟效益。

參考文獻:

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