車站跨線鋼桁架旅客天橋頂推施工技術研究

張 振 （合肥信睦工程建設有限公司，安徽 合肥 230001）

1 引言

隨著我國鐵路建設的飛速發展，部分老站需要擴能改造以滿足正常的運輸需求，而多數車站改造往往要求不停站。但在既有電氣化鐵路運輸繁忙區段的樞紐車站新建跨線旅客天橋，受車站列車密集到發的影響，難以提供天橋架設施工的場地和時間，且存在施工和列車安全等風險。采用頂推法施工，可以利用場外施工場地，優化工藝流程，完善組織措施，減少施工與鐵路運輸的相互影響。本文以杭深鐵路蒼南站改擴建項目上跨5 股道鋼桁架旅客天橋架設項目為依托，研究鋼桁架頂推施工技術[1]。

本文利用MIDAS CIVIL 軟件對鋼桁架天橋進行受力分析，從而確保跨線旅客天橋頂推施工的安全性[2]。

2 工程概況

工程項目位于浙江省溫州市蒼南縣靈溪鎮山東村，為杭深線蒼南站既有火車站改擴建工程，全站共5股道。

站場新建一座旅客天橋，采用箱型鋼桁架結構形式，鋼桁架全長約62.00m，寬9.10m，重約150t，分別跨35.87m 和15.50m 列車通道。天橋支座一端在站房混凝結構牛腿上，另兩處分別在2站臺和3站臺設置支座。

天橋由兩榀62.0m，高為5.3m 的桁架+桁架間上下弦橫梁組成，屋面設縱梁檁條，底部鋪設壓型鋼板組合樓蓋板。桁架下弦桿為500mm×400mm×12mm×16mm，桁架上弦桿為400mm×400mm×12mm×16mm，桁架直、斜腹桿均為300mm×350mm×14mm×14mm，上弦間 橫 梁 為 400～720mm×250mm×12mm×16mm，下弦間橫梁為H500 mm×300mm×11mm×18mm，屋面檁條為 250mm×150mm×6mm×8mm，材質均為Q345C。

3 頂推施工方案設計

面對工期緊、施工難度高、安全風險大、交叉作業多等難點，對項目施工方案進行優化，決定采用頂推滑移施工法，在拼裝平臺設置專用的滑移軌道，并在滑移軌道上進行天橋拼裝，通過液壓爬行器施力，借助滑道、滑板等滑動裝置，分階段將天橋向前頂推，直至滑移到站房支座，既保證了安全高效完成作業任務，又不影響線路正常運營。

天橋鋼桁架主體結構施工采用就近3 站臺外側搭設等高拼裝平臺，整體拼裝成型后采用頂推滑移技術進行安裝。

4 有限元分析

4.1 荷載選取

根據相關規范，需要考慮的計算荷載包括以下幾個方面。①自重。軟件直接定義，自重系數取1.1。②壓型鋼板組合樓蓋自重。自重為70t。③桁架下弦配重。當天橋懸挑長度達到總長1/3時，在桁架尾端下弦桿增加50t 配重，配重均勻布置在桁架最后5m 范圍內。④水平摩阻力。滾動摩擦系數取0.05。⑤風荷載。按《建筑結構荷載規范》（GB 50009-2019）規定采用，查附錄E 溫州地區基本風壓10年一遇為0.35kN/m2。

采用承載能力極限狀態法計算，荷載組合系數為恒載取1.2，活載取1.4[3]。

4.2 計算工況分析及模型

通過分析，鋼桁架結構頂推過程中，共有4種控制工況。

①工況一

鋼桁架開始頂推，但未到達2 號臺，此時懸挑長度18.00m，為鋼桁架第一個控制工況。

②工況二

此時鋼桁架接觸2 號臺滾軸結構后繼續頂推，未到達接收墩，頂推過程懸挑長度達到22.00m，斜腹桿與弦桿交點位于2 號臺支點位置，此工況是為了檢算斜腹桿的受力情況。

③工況三

此時桁架沒有到達接收墩，頂推過程懸挑長度為25.60m，支點位于第七和第八根斜腹桿中間時，為鋼桁架控制工況。

④工況四

此時桁架沒有到達接收墩，頂推過程懸挑最大長度為26.75m，考慮為不利工況。

模型中，鋼桁架各構件均采用梁單元，材料選用Q345C。

4.3 強度計算結果

①工況一計算結果

由計算結果可知，下弦桿最大組合應力為100MPa＜305MPa，最大剪應力為40MPa＜175MPa，強度滿足規范要求。

②工況二計算結果

由計算結果可知，下弦桿最大組合應力為70MPa＜305MPa，最大剪應力為12MPa＜175MPa，強度滿足規范要求。

③工況三計算結果

由計算結果可知，下弦桿最大組合應力為418MPa＞305MPa，最大剪應力為58MPa＜175MPa，抗彎強度不滿足規范要求。

④工況四計算結果

由計算結果可知，下弦桿最大組合應力為394MPa＞305MPa，最大剪應力為85MPa＜175MPa，抗彎強度不滿足規范要求。

通過以上工況計算，鋼桁架強度計算匯總如表1所示。

表1 計算結果匯總表

4.4 剛度計算結果

考慮當鋼桁架懸挑最長時，最不利。

由圖中結果顯示，當懸挑最長26.75m 時，鋼桁架最大撓度為f=滿足規范要求[4]。

4.5 斜腹桿穩定性驗算

桁架斜腹桿采用300mm×350mm×14mm×14mm 鋼箱梁，材質Q345C，截面面積為A=17416mm2，慣性距I=2.475×108mm4。通過有限元分析，在工況四中斜腹桿的軸力設計值最大，為N=739kN。對應計算長度為6.3m。

根據《鋼結構設計標準》（GB 50017-2017）附錄D，查表得φ=0.842，305.0MPa，穩定性滿足規范要求。

4.6 抗傾覆穩定性驗算

天橋頂推過程中，當鋼桁架滑過2號臺時，懸挑長度達到最大26.75m 時，為最不利工況，計算受力簡圖如圖18 所示。

圖1 天橋結構示意圖（mm）

圖2 鋼桁架整體拼裝示意圖

圖3 鋼桁架頂推施工示意圖

圖4 工況一邊界條件

圖5 工況二邊界條件

圖6 工況三邊界條件

圖7 工況四邊界條件

圖8 工況一組合應力（單位：MPa）

圖9 工況一剪應力（單位：MPa）

圖10 工況二組合應力（單位：MPa）

圖11 工況二剪應力（單位：MPa）

圖12 工況三組合應力（單位：MPa）

圖13 工況三剪應力（單位：MPa）

圖14 工況四組合應力（單位：MPa）

圖15 工況四剪應力（單位：MPa）

圖16 撓度（單位：mm）

圖17 軸力設計值（kN）

圖18 計算受力示意圖（單位：mm）

P1=250÷62.37×26.75=107t（懸挑段鋼桁架重量），P2=250-107=143t（支點右側鋼桁架重量），P3=50t（配重）。

風荷載。溫州地區10 年一遇基本風壓為w=0.35kN/m2。考慮最不利工況，支點左側風荷載Pw1方向向下，支點右側風荷載Pw2方向向上[5]。

由此，

M傾=1.2×P1×13.375+1.4×（Pw1×13.375+Pw2×17.81）=21598kN·m，

M抗=1.2×P2×17.81+1.2×P3×33.12=5043.4kN·m。

鋼桁架抗傾覆安全系數M抗∕M傾=50434/21598=2.3＞2.0，抗傾覆滿足規范要求[6]（抗傾覆安全系數2.0 參考《橋梁懸臂澆筑施工技術標準》（CJJ/T281-2018）第7.3.1 節，橋梁主體施工時，抗傾覆安全系數不得小于2.0）。

4.7 下弦桿加固措施

下弦桿采用500mm×400mm×12mm×16mm 鋼箱梁，根據4.3 節強度計算結果，需要對距離頂推前端14.848～29.196m 段下弦桿進行加固，內側幫焊12mm 鋼板，材質均為Q345 C，如圖19所示。

圖19 下弦桿加固示意圖（單位：mm）

圖20 組合應力（單位：MPa）

圖21 剪應力（單位：MPa）

加固后下弦桿計算結果。

由計算結果可知，下弦桿最大組合應力為278MPa＜305MPa，最大剪應力為53MPa＜175MPa，弦桿加固后強度滿足規范要求。

5 結語

通過對杭深鐵路蒼南站鋼桁架旅客天橋頂推施工工況進行受力分析，得出以下結論。

①天橋頂推過程中，當鋼桁架懸挑長度大于20m 時，下弦桿應力超過抗彎強度設計值305MPa。為了確保弦桿承載力滿足要求，需要對下弦桿進行補強加固。

②天橋頂推過程中，鋼桁架其他桿件強度均滿足規范要求。

③天橋頂推過程中，當懸挑最長26.75m 時，鋼桁架最大撓度97mm＜133.75mm，滿足規范要求。

④頂推過程中鋼桁架抗傾覆穩定系數為2.3＞2.0，滿足規范要求。

綜上所述，采用頂推法施工能減小對鐵路運輸的影響，確保在不停站情況下進行施工，改善施工作業環境[7]，提高施工質量，加快施工進度，確保施工安全，減少大型機械設備的投入，節約施工成本。

經理論計算并結合現場實踐，如圖22 所示，表明了頂推施工的安全性和便利性，為以后類似工程提供借鑒經驗。

圖22 現場實施照片