特殊施工荷載作用下簡(jiǎn)支軌道梁結(jié)構(gòu)受力影響分析研究

王 君 （蕪湖市鐵路項(xiàng)目建設(shè)管理處，安徽 蕪湖 241000）

1 項(xiàng)目背景

某市跨座式單軌交通工程高架車(chē)站為大懸臂獨(dú)柱鋼結(jié)構(gòu)型式，鋼柱位于城市主干道中間綠化帶，受城市道路交通通行壓力及施工場(chǎng)地受限影響，鋼結(jié)構(gòu)主體結(jié)構(gòu)施工完成后即拆除施工圍擋，后續(xù)站臺(tái)層雨棚鋼結(jié)構(gòu)施工，需利用200t汽車(chē)吊在車(chē)站端部將QY25t汽車(chē)吊吊上結(jié)構(gòu)作業(yè)（半伸支腿），在兩條軌道梁上橫向鋪設(shè)路基箱（6m×2m×22cm）作為吊機(jī)行走通道（吊裝平面及立面圖見(jiàn)圖1）。25t汽車(chē)吊自重29.4t，作業(yè)半徑9m，額定起重量為5.8t（主臂17.6m），路基箱倒運(yùn)吊裝重量約4.5t；吊裝邊柱節(jié)點(diǎn)拼裝單元時(shí)，為最大作業(yè)半徑13m 吊重2t，25t汽車(chē)吊作業(yè)半徑14m額定起重量2.5t，滿足吊裝作業(yè)需求。但在這種特殊施工荷載作用下，簡(jiǎn)支軌道梁的承載力是否能滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，需進(jìn)一步計(jì)算分析驗(yàn)算。

圖1 吊裝平面及立面圖

2 列車(chē)荷載

根據(jù)車(chē)站主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)總說(shuō)明，CMRⅡ車(chē)型列車(chē)荷載（荷載圖見(jiàn)圖2），滿員時(shí)活載軸重LL-LC：（動(dòng)力系數(shù)取1.3）。

根據(jù)軌道梁總說(shuō)明書(shū)及通用圖，附屬設(shè)施重DL-LC：5.5kN/m。

圖2 列車(chē)荷載圖

3 汽車(chē)吊荷載

3.1 計(jì)算參數(shù)

根據(jù)QY25K汽車(chē)起重機(jī)使用說(shuō)明書(shū)，汽車(chē)吊自重為29.4t，沒(méi)有配重，支腿的縱向距離為5.14m，橫向距離為4.6m/5.3m（僅驗(yàn)算較小橫距，更為不利）。

汽車(chē)吊自重的動(dòng)力系數(shù)取1.3，吊重的動(dòng)力系數(shù)取1.5，支腿偏載的放大系數(shù)取1.2。

汽車(chē)吊主機(jī)中心與支腿中心的距離較小，因此不考慮主機(jī)的偏心彎矩。

考慮到吊臂的偏心作用，吊物的偏心彎矩取1.2的放大系數(shù)。

最不利吊裝工況：作業(yè)半徑9m，吊重4.5t。

根據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》，基本風(fēng)壓（10年重現(xiàn)期）為0.25 kN/m2，地面粗糙度為B類(lèi)，（汽車(chē)吊主機(jī)和吊物）風(fēng)壓高度變化系數(shù)取1，風(fēng)振系數(shù)取1，風(fēng)荷載體型系數(shù)取1.3；（吊臂）風(fēng)壓高度變化系數(shù)取1.39，風(fēng)振系數(shù)取1.5，風(fēng)荷載體型系數(shù)取0.6。

汽車(chē)吊主機(jī)的迎風(fēng)面為12.36m×3.38m，擋風(fēng)系數(shù)取0.4。

汽車(chē)吊吊臂，直徑0.7m，臂長(zhǎng)17.6m，最大仰角76。，最小仰角30。。

吊物的迎風(fēng)面為6m×0.22m，起升高度取1m。

如圖3所示，汽車(chē)吊縱向?yàn)閄軸，橫向?yàn)閅軸，吊臂與Y軸夾角為β。所有力向支腿中心平移，可以得到等效的豎向力V、水平力H、彎矩M。

圖3 汽車(chē)吊平立面示意圖

3.2 支腿反力1

支腿1反力：

支腿2反力：

支腿3反力：

支腿4反力：

F1=119kN，F(xiàn)2=266kN，

F3=148kN，F(xiàn)4=1kN

取最大支腿反力 LL-DC：F=266kN。

3.3 支腿反力2

改變吊裝工況（支腿橫向距離4.6m，作業(yè)半徑13m，吊重2t）

F1=113kN，F(xiàn)2=210kN，求出

則最不利角 β0=arctan

F3=132kN，F(xiàn)4=34kN；

改變支腿橫向距離（5.3m，作業(yè)半徑9m，吊重 4.5t）

F1=137kN，F(xiàn)2=257kN，

F3=130kN，F(xiàn)4=10kN。

則，“支腿反力1”為最不利情況。

3.4 路基箱荷載

路基箱規(guī)格為2m×6m×0.22m，重量為4.5t，在軌道梁上滿鋪。

路基箱荷載DL-DC：

4 邊界條件

軌道梁與主體結(jié)構(gòu)的連接，采用一般支承模擬，約束 DX、DY、DZ。

5 軌道梁驗(yàn)算（吊裝）

選取一跨軌道梁為研究對(duì)象，跨度為16m。

5.1 荷載工況

列車(chē)荷載，選取14種工況，步距為0.5m，從左支座開(kāi)始向右移動(dòng)。

吊車(chē)荷載，選取1種工況，一個(gè)支腿放置在軌道梁上（另一個(gè)支腿放置在相鄰軌道梁的支座上）。

5.2 軌道梁內(nèi)力

在基本組合ENV-STR-LC（列車(chē)荷載）作用下，軌道梁內(nèi)力如圖4、圖5所示。

圖4 (列車(chē)荷載)彎矩圖

圖5 (列車(chē)荷載)剪力圖

在基本組合LCB31（吊車(chē)荷載）作用下，軌道梁內(nèi)力如圖6、圖7所示。

圖6 (吊車(chē)荷載)彎矩圖

圖7 (吊車(chē)荷載)剪力圖

通過(guò)列車(chē)與吊車(chē)內(nèi)力（內(nèi)力-列車(chē)：基本組合ENV-STR-LC；內(nèi)力-吊車(chē)：基本組合LCB31）對(duì)比分析可知，軌道梁內(nèi)力（在吊車(chē)荷載作用下）（施工狀態(tài)）≤軌道梁內(nèi)力（在列車(chē)荷載作用下）（設(shè)計(jì)狀態(tài)），軌道梁的承載力滿足要求。

5.3 軌道梁位移

通過(guò)列車(chē)與吊車(chē)位移（位移-列車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合ENV-SER-LC；位移-吊車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合LCB32）對(duì)比分析可知，軌道梁位移（在吊車(chē)荷載作用下）（施工狀態(tài)）≤軌道梁位移（在列車(chē)荷載作用下）（設(shè)計(jì)狀態(tài)），軌道梁的變形滿足要求。

5.4 支座反力

通過(guò)列車(chē)與吊車(chē)支座反力（支座反力-列車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合ENV-SER-LC；支座反力-吊車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合LCB32）對(duì)比分析可知，支座反力（在吊車(chē)荷載作用下）（施工狀態(tài)）≤支座反力（在列車(chē)荷載作用下）（設(shè)計(jì)狀態(tài)），支座反力滿足要求。

5.5 局部受壓承載力驗(yàn)算

路基箱的跨中設(shè)置有臨時(shí)支撐。在吊機(jī)的行走過(guò)程中，路基箱的豎向位移很小（最大值2.92mm）。路基箱與軌道梁緊密貼合，可以均勻傳力。吊機(jī)在走行時(shí)候的壓力小于吊裝狀態(tài)時(shí)的壓力，故只對(duì)吊裝時(shí)進(jìn)行局部受壓驗(yàn)算。

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》6.6.1條的規(guī)定，混凝土結(jié)構(gòu)，局部受壓區(qū)的截面尺寸應(yīng)符合下列要求：

Fl≤1.35βcβlfcAln

式中，由支腿傳下來(lái)的荷載；Fl=266×1.5=399kN支腿底板，矩形1m×1m；路基箱高度為0.22m；混凝土梁強(qiáng)度等級(jí)C60；fc=27.5N/mm2；截面尺寸690×1600mm；強(qiáng)度影響系數(shù)βc=0.93。

支座處：局部受壓面積

A=（1+0.22）×0.69=0.842m2

局部受壓計(jì)算底面積Ab=Al

局部受壓凈面積Aln=Al

則 ，1.35βcβlfcAln=2907kN ≥399kN，滿足要求。

其他部位：局部受壓面積

Al=（1+0.22）×0.69=0.842m2

局部受壓計(jì)算底面積

Ab=（1+0.22）×3×0.69=2.525m2

局部受壓凈面積

Aln= （1+0.22）×（0.225-0.067）×2=0.386m2

則，1.35βcβlfcAln=23083kN≥399kN，滿足要求。

6 軌道梁驗(yàn)算（行走）

6.1 軌道梁內(nèi)力

通過(guò)列車(chē)與吊車(chē)內(nèi)力（內(nèi)力-列車(chē)：基本組合ENV-STR-LC：內(nèi)力-吊車(chē)：基本組合CENV-STR）對(duì)比分析可知，軌道梁內(nèi)力（在吊車(chē)荷載作用下）（施工狀態(tài)）≤軌道梁內(nèi)力（在列車(chē)荷載作用下）（設(shè)計(jì)狀態(tài)），軌道梁的承載力滿足要求。

6.2 軌道梁位移

通過(guò)列車(chē)與吊車(chē)位移（位移-列車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合ENV-SER-LC：位移-吊車(chē)：標(biāo)準(zhǔn)組合CENV-SER）對(duì)比分析可知，軌道梁位移（在吊車(chē)荷載作用下）（施工狀態(tài)）≤軌道梁位移（在列車(chē)荷載作用下）（設(shè)計(jì)狀態(tài)），軌道梁的變形滿足要求。

7 汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算

驗(yàn)算時(shí)，選取了較大的動(dòng)力系數(shù)（1.5），考慮了偏載系數(shù)（1.2），考慮了風(fēng)荷載作用，并且按照吊臂最不利夾角計(jì)算（實(shí)際施工只有正前方和正后方兩種情況），計(jì)算參數(shù)的選取偏保守。

由上述分析可知，汽車(chē)吊支腿反力均為正值，即穩(wěn)定力矩大于傾覆力矩，則汽車(chē)吊整機(jī)是穩(wěn)定的。

8 結(jié)論

本工程利用汽車(chē)吊（QY25K）在鋪設(shè)于兩軌道梁上的路基箱上行走和進(jìn)行雨棚鋼結(jié)構(gòu)吊裝作業(yè)，通過(guò)對(duì)不同工況下軌道梁內(nèi)力和位移分析及汽車(chē)吊抗傾覆驗(yàn)算，軌道梁的承載力滿足設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，對(duì)受城市道路交通通行壓力及施工場(chǎng)地受限影響的高架車(chē)站進(jìn)行雨棚施工作業(yè)時(shí)，是一種經(jīng)濟(jì)、有效、可行的方法，值得在同類(lèi)工程中進(jìn)行推廣。