大張鐵路橋支架設計及有限元分析

李光輝

（中鐵十二局集團第四工程有限公司，陜西 西安 710000）

1 工程概況

大張鐵路連續梁橋設計樁號范圍為K180+816.25～K180+961.85，總體布置40.8m+64m+40.8m，全長145.6m，橋梁凈寬7.1m。各橋橋墩均與設計線正交；上部結構均采用等梁高預應力混凝土連續，下部橋墩采用圓端形墩，墩臺基礎均采用承臺樁基礎；橋梁中跨上跨鐵路。

2 結構設計

2.1 總體思路

根據交通要求及現場條件，經方案比選，確定橋梁中跨采用貝雷梁式支架平臺、鋼管柱式結構、鉆孔樁基礎。

2.2 支架設計

支架采用貝雷梁式結構，以中跨為例，設計為64m跨。

支架布置方式自上而下為底模→10cm×10cm縱向方木→I12.6工字鋼橫梁→盤扣架→I20a工字鋼橫梁→321型貝雷梁（邊跨采用單排單層普通型貝雷梁，中跨采用單排雙層上下弦桿加強型貝雷梁）→工字鋼橫擔（邊跨采用三拼I45a工字鋼，中跨采用三拼I45a或四拼I56a工字鋼）→鋼管立柱（邊跨采用φ530mm×8mm鋼管立柱，中跨采用φ830mm×8mm鋼管立柱）→鋼筋混凝土條形基礎→鉆孔樁基礎。10cm×10cm縱向方木在翼緣板下間距為30cm，在腹板下滿鋪，在底板下間距為20cm，側向模板處間距20cm。在中墩和距中墩11.5m處之間的I12.6工字鋼橫梁間距為60cm，其余位置的間距為90cm。盤扣架豎向步距為150cm；在中墩和距中墩11.5m處之間的盤扣架縱向間距為60cm，其余位置的間距為90cm；橫向間距在腹板下為60cm，在翼緣板下為90cm，在底板下為120cm。在中墩和距中墩11.5m處之間的I20a工字鋼橫梁間距為60cm，其余位置的間距為90cm。貝雷梁在邊跨腹板下間距為45cm，在邊跨底板及翼緣板下間距為90cm；貝雷梁在中跨腹板下間距為22.5cm，在中跨底板及翼緣板下為45cm。邊跨鋼管立柱橫向間距為1.6m，中跨鋼管立柱橫向間距為2.5m，立柱之間采用16#槽鋼橫向連接以增加穩定性，橫向連接系豎向間距為200cm。條形基礎采用C30混凝土，尺寸為1.2m×1.3m，鉆孔樁直徑為1m。

3 支架檢算

3.1 檢算模型

采用Midas Civil建立現澆梁體支架有限元模型，對支架結構受力情況進行分析。支架有限元模型采用梁單元，根據結構特點及實際施工情況，橋梁中跨模型共劃分為25199個節點、35097個單元；邊跨支架模型共劃分為3243個節點、4350個單元。有限元模型如圖1所示。

圖1 支架有限元模型

3.2 材料主要參數及特性

貝雷梁采用16Mn鋼材，抗拉、抗壓、抗彎強度設計值 [σ]=310MPa，抗剪強度設計值 [τ]=180MPa；其他鋼材采用Q235鋼材，抗拉、抗壓、抗彎強度設計值[σ]=215MPa，抗剪強度設計值 [τ]=125MPa。

3.3 荷載取值

（1）混凝土容重：26.5kN/m3；（2）模板和支架荷載：1kN/m2；（3）施工人員、堆放荷載：1kN/m2；（4）傾倒混凝土沖擊荷載：2kN/m2；（5）振搗混凝土產生荷載：2kN/m2。

強度檢算荷載組合：1.2×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.4×（施工人員、材料及施工機具荷載+傾倒混凝土時產生的荷載+振搗混凝土時產生的沖擊荷載）（1a）

剛度檢算荷載組合：1×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1×（施工人員、材料及施工機具荷載+傾倒混凝土時產生的荷載+振搗混凝土時產生的沖擊荷載）（2a）

3.4 計算結果

（1）強度計算。強度計算結果如表1所示；橋梁中跨受力情況如圖2、圖3所示，橋梁邊跨受力情況如圖4、圖5所示。

表1 支架最大彎曲應力表 單位：MPa

圖2 橋梁中跨支架組合應力圖（單位：MPa）

圖3 橋梁中跨支架剪切應力圖（單位：MPa）

圖4 橋梁邊跨支架組合應力圖（單位：MPa）

圖5 橋梁邊跨支架剪切應力圖（單位：MPa）

（2）剛度強度計算。支架整體位移如圖6所示。

圖6 支架整體位移圖（單位：mm）

橋梁中跨支架最大位移：

4 結論

（1）綜合考慮不同荷載組合，經有限元分析計算，貝雷梁式支架滿足強度、剛度及整體穩定性要求。

（2）大張鐵路連續梁橋支架設計，成功解決了該工程跨鐵路現澆梁的施工難題，為上跨鐵路現澆梁支架設計和施工積累了經驗，取得了良好的經濟效益和社會效益。