王玉策

(中鐵二十三局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，上海 201300)

隨著我國城市軌道交通的快速發(fā)展，橋梁工程建設(shè)日趨集中化[1-2]。由于預(yù)制梁可提前在獨(dú)立場地制作加工，易于質(zhì)量控制和批量生產(chǎn)。在橋梁下部結(jié)構(gòu)施工完成后，可將預(yù)制梁提至線上，采用梁上運(yùn)梁的方法運(yùn)至架設(shè)點(diǎn)進(jìn)行架梁[3-5]，大大縮減了工程工期，因此預(yù)制梁技術(shù)已成為橋梁工程中的一項(xiàng)重要技術(shù)，已在我國得到了廣泛應(yīng)用[6-8]。

花橋站為成都軌道交通10號線二期工程(雙流西站—新平站)的第6個(gè)車站，需在該車站完成運(yùn)梁過站任務(wù)，以便于運(yùn)輸和架設(shè)其他高架區(qū)間的預(yù)制梁。由于花橋站被設(shè)計(jì)為高架島式車站，其軌道交通線間距由4.65 m漸變?yōu)?4.7 m再漸變?yōu)?.65 m，同時(shí)梁體也由雙線梁漸變?yōu)閱尉€梁再漸變?yōu)殡p線梁。為確保架橋機(jī)和運(yùn)梁車的過站安全，解決后續(xù)工程中預(yù)制梁難以運(yùn)輸和架設(shè)的問題，本次施工結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際施工場地條件，提出了對單線梁依次進(jìn)行拼接和分解的雙拼單線梁運(yùn)輸方法。即將單線梁暫時(shí)并攏形成臨時(shí)運(yùn)梁通道，待完成運(yùn)梁、架梁工作后，再將單線梁移回設(shè)計(jì)位置，從而實(shí)現(xiàn)雙拼單線梁的運(yùn)梁過站。因此，有必要對軌道梁在拼接運(yùn)梁過程中的結(jié)構(gòu)空間受力進(jìn)行數(shù)值分析，確保運(yùn)梁過站時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)的安全。

目前，基于雙拼單線梁的運(yùn)梁技術(shù)在國內(nèi)工程領(lǐng)域還較少被采用，可參考的工程實(shí)例不多。為驗(yàn)證花橋站雙拼單線梁運(yùn)梁過站方法的可行性，本研究工作按照實(shí)際工況荷載，使用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil建立了軌道梁體的縱橋向和橫橋向有限元計(jì)算模型。為計(jì)算承重軌道梁整體變形和空間應(yīng)力分布特性，有限元數(shù)值計(jì)算中考慮了軌道梁體的縱橋向強(qiáng)度、橫橋向強(qiáng)度以及整體抗傾覆穩(wěn)定性。計(jì)算結(jié)果表明，在實(shí)際運(yùn)梁工況下，軌道梁縱橋向正截面抗彎強(qiáng)度和斜截面抗剪強(qiáng)度、橫橋向鋼筋混凝土應(yīng)力和裂縫寬度、抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)均滿足規(guī)范要求，確保了雙拼運(yùn)梁過程中承重軌道梁的安全。

1 計(jì)算說明

1.1 方案設(shè)計(jì)

單線軌道梁采用單箱單室截面，梁高1.6 m，箱梁標(biāo)準(zhǔn)段頂寬4.05 m，梁長28 m，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖1所示。相鄰的兩片單線梁最小間距200 mm，腹板間距800 mm，梁體中心線距離 3 300 mm，運(yùn)梁通道整體寬 8 300 mm。為減小運(yùn)梁車對主梁的扭矩，運(yùn)梁車在行進(jìn)中應(yīng)嚴(yán)格遵守居中行駛，最大偏移量不得超過400 mm。

圖1 單箱軌道梁斷面(單位：mm)

1.2 設(shè)計(jì)荷載

1)自重

雙拼單線梁及橋面行車系自重80 kN/m。

2)運(yùn)梁荷載

運(yùn)梁荷載按運(yùn)梁車運(yùn)30 m長預(yù)制梁時(shí)計(jì)算，主車荷載為 2 690 kN，每軸線荷載336.25 kN，每個(gè)輪胎受力為84 kN，此時(shí)每個(gè)輪胎接地面積約為0.3 m×0.4 m；副車荷載為 2 630 kN，每軸線荷載328.75 kN，每個(gè)輪胎受力為81 kN，此時(shí)每個(gè)輪胎接地面積約為0.3 m×0.4 m。

3)施工臨時(shí)荷載

施工臨時(shí)防護(hù)按每邊0.3 kN/m，施工人群荷載按5 kN/m，雙拼單線梁如圖2所示。

圖2 雙拼單線梁示意(單位：mm)

2 軌道梁有限元數(shù)值計(jì)算

采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil 2017進(jìn)行計(jì)算。

2.1 運(yùn)梁荷載下縱橋向計(jì)算結(jié)果

在運(yùn)梁工況下，由于2片單線梁共同受力，故按每片梁各承擔(dān)一半運(yùn)梁荷載進(jìn)行初步的強(qiáng)度驗(yàn)算。

1)強(qiáng)度驗(yàn)算。對軌道梁正截面進(jìn)行抗彎和抗剪驗(yàn)算，可得正截面抗彎強(qiáng)度安全系數(shù)1.97，斜截面抗剪強(qiáng)度安全系數(shù)3.13，均滿足規(guī)范安全系數(shù)大于1.8的要求。

2)支反力。對于理想情況，運(yùn)梁車輪胎恰好行走于梁體的中軸線上，此時(shí)內(nèi)外側(cè)支點(diǎn)反力基本相等，且單點(diǎn)反力均為最小。若運(yùn)梁車輪胎偏移了中軸線，則會(huì)引起支反力分配不均。因此運(yùn)梁車前行過程中應(yīng)盡量保持行走在運(yùn)梁通道正中，減少梁體所受扭轉(zhuǎn)風(fēng)險(xiǎn)。此外運(yùn)梁車前行軌跡的偏差宜控制在±200 mm內(nèi)，最大不得超過±400 mm。建議在梁面畫出行車軌跡線，注明正常行車線及偏差警戒線位置。

2.2 運(yùn)梁荷載下橫橋向計(jì)算結(jié)果

根據(jù)單線橋梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面建立橫向計(jì)算模型，主要對懸臂板根部截面、頂板跨中截面和底板截面跨中處進(jìn)行截面配筋檢算。

運(yùn)梁車荷載按每輪胎8.4 kN計(jì)算，單片梁上按均布荷載加載2個(gè)輪胎荷載。由MIDAS/Civil軟件計(jì)算可得運(yùn)梁荷載下懸臂板根部最大彎矩44.9 kN·m，最大剪力94.6 kN，頂板跨中最大彎矩45.2 kN·m，底板截面最大51.4 kN·m。采用HRB400鋼筋，按照規(guī)范TB 10002.3—2005進(jìn)行正截面強(qiáng)度驗(yàn)算,結(jié)果見圖3。

圖3 軌道梁橫橋向驗(yàn)算

由圖3可見，鋼筋應(yīng)力驗(yàn)算值61.9 MPa<控制值180 MPa，混凝土應(yīng)力驗(yàn)算值3.36 MPa<控制值16.8 MPa，裂縫寬度驗(yàn)算值0.076 mm<控制值0.2 mm。通過以上驗(yàn)算說明軌道梁橫向計(jì)算滿足規(guī)范要求。

2.3 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

1)運(yùn)梁車工況。運(yùn)梁車在±40 cm的限制范圍內(nèi)，輪胎內(nèi)側(cè)邊緣線仍處于支座中心線范圍內(nèi)，支座反力均為正值，理論上不存在傾覆力矩，本工況的抗傾覆驗(yàn)算滿足規(guī)范要求。

2)風(fēng)荷載+水平施工荷載組合。計(jì)算結(jié)構(gòu)自重為穩(wěn)定力矩，風(fēng)荷載加列車搖擺力對單邊支座點(diǎn)的彎矩構(gòu)成傾覆力矩。風(fēng)荷載按500 Pa計(jì)，梁體加欄桿按3.0 m高考慮，水平施工荷載按2 kN/m計(jì)算，作用于梁頂，則M穩(wěn)=2 080×0.5×0.8=832 kN·m,M傾覆=0.5×28×3+2×28×2.0=154 kN·m。由MIDAS/Civil計(jì)算可得抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K=5.4>1.3，滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

本文采用橋梁結(jié)構(gòu)分析軟件MIDAS/Civil完成了花橋站雙拼單線梁運(yùn)梁過站的有限元數(shù)值計(jì)算，從縱橋向、橫橋向強(qiáng)度和整體抗傾覆穩(wěn)定性3個(gè)方面分別對軌道梁體進(jìn)行了驗(yàn)算，準(zhǔn)確模擬了運(yùn)梁荷載作用下雙拼單線梁的受力狀態(tài)。計(jì)算結(jié)果表明，花橋站軌道梁在運(yùn)梁過站的荷載工況下，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形已經(jīng)滿足規(guī)范要求，鋼筋及裂縫控制也滿足規(guī)范要求，確保了雙拼單線梁運(yùn)輸技術(shù)的安全可靠。實(shí)踐證明，該運(yùn)梁技術(shù)在后續(xù)預(yù)制梁的運(yùn)輸和架設(shè)中得到了良好的應(yīng)用，平均每天可架設(shè)預(yù)制梁2～4片。同時(shí)該運(yùn)梁技術(shù)造價(jià)低、工序少、施工安全，可為類似島式站臺車站運(yùn)梁提供實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。