钢管柱加固双线箱梁翼缘的设计

李广利

【摘 要】 新集车站站内HZY900型运梁车运异形梁通过现浇的Ⅰ、3线及Ⅱ、4线箱梁翼缘，采用桩基钢管柱加固，确保现浇箱梁翼缘安全、运梁车安全通过双线箱梁翼缘。

【关键词】 钢管柱；加固；双线箱梁翼缘；设计

1、背景材料

新集车站为西安至成都客运专线西安至江油段的南郑特大桥上的一座越行车站，全长为1496.2m，进入新集车站孔跨结构由双线简支箱梁变为双线Ⅰ、3线（即右线）及双线Ⅱ、4线（即左线）。新集车站原设计运梁轨迹线为76孔支架现浇箱梁线路中线Ⅰ、Ⅱ线，为避免76孔现浇梁支架施工相互干扰、地基处理难度、降低成本、降低安全風险，将左右等宽的“1号梁、3号梁及4号梁”3种32m箱梁共41孔简支梁改为预制，架桥机架设。其余35孔6-32m双线连续梁、4-32m单变双连续梁和变截面梁仍为现浇。

当架设新集车站II、4道箱梁时，运梁轨迹线由线路中线Ⅰ、Ⅱ线，通过6-32m双线连续梁（或4-32m单变双连续梁）梁面到Ⅱ4线中心线（或Ⅰ3线中心线），即运梁车运梁时走行线路在6-32m双线连续梁（10#连续梁）上沿道岔中心线行走，如下图所示。当架设新集车站I、3道箱梁时，运梁车走行线路在4-32m单变双线连续梁（7#连续梁）上沿道岔中心线行走。现浇变预制的1#、3#、4#梁在架设时运梁车要从7#、10#现浇连续梁的顶板和翼缘板上通过，改变了原架梁时运梁车的走行路线，运梁车沿道岔中心线行走时，当一边的车轮走到翼缘板处，正好在406号墩上，为保证运梁车通过线路中心线处箱梁翼缘板处、箱梁翼缘板不被破坏，及确保运梁车安全通过双线箱梁翼缘板，需对Ⅰ、Ⅱ线两侧的6-32m双线连续梁（或4-32m单变双连续梁）翼缘进行加固处理设计计算。

2.桩基和钢管柱加固方案

运梁车沿道岔中心线行走时，当一边的车轮走到翼缘板处正好在406号墩上，运梁车通过线路中心线处的406号墩前后各1跨即405～407号墩之间采用桩基、钢管柱及工字钢梁进行辅助加固，防止箱梁翼缘变形安全。405～407号墩之间的7号梁设计为单箱单室，在箱内沿3道中心线及分岔线用20x20cm的方木支撑（密布），方木与梁体一定要密贴。

加固基础采用20m?1.25m钢筋砼桩基（桩基和钢管柱采用原新集车站现浇箱梁时的桩基础和钢管柱），桩基顶部10m范围内设置12根长10.8m的HRB400Φ20的钢筋，呈环状均匀布置，其伸入桩基之间1×0.8m的钢筋混凝土条形基础80cm。钢管柱采用?630×8的螺旋管、上下设置25mm的钢板封闭，基础均采用桩基础或座落在承台上。在钢管柱上纵向放水平三榀I56b工字钢，密切焊接连接；工字钢上两侧梁体刷脱模剂，支模浇筑C20素砼，三榀工字钢面至两侧翼缘板底、并填实梁间缝，确保梁体的力均匀传递给工字钢梁。在运梁车轮迹线经过7#、10#梁翼缘板上铺设一块15mm的钢板，使其均匀受力。运梁车驮运架桥机或预制箱梁过程中，架桥机整机重量或预制箱梁重量全部由运梁车承担。新集车站异形梁架设时现浇梁加固详见下图

3.荷载计算

HZY900型运梁车重2400KN，异型预制箱梁中最重的梁是1#梁8230KN（架桥机总重5000KN），荷载总重10630KN，分别由运梁车的4排64个轮子承担（长度31.5m），每个轮子承担166KN，按1.2的系数考虑，每个轮子承担199KN。运梁车轮子为均匀布置，为使计算简单，划为均布荷载计算404.95KN/m，每1排轮子的荷载为101.23KN/m。由上边的加固图可知，当运梁车的边轮中心通过现浇梁边缘时为最不利荷载，运梁车中的3排轮子均为设计轨道线位置，重量均由现浇梁承担，现浇梁的翼缘板边缘1排轮全部由加固支架承担。

3.1钢管柱计算：钢管柱所受最大压力为：

R钢管柱=RA+1.2×18×G钢管柱=1891.02+1.2×18×1.174=1916.4KN

钢管柱选用直径φ603mm、壁厚8mm钢管做支撑柱。其几何特征：横截面惯性矩I=66188cm4；横截面积A=186.296cm2，惯性半径i=21.038cm。

支撑架支撑柱高度大约1800cm，支撑柱横向设桁撑连接。约束段长度约900cm，λ=900/21.038=42.8，压杆为小柔度杆，其稳定系数ψ=0.935。

Q235钢的屈服应力σ0=235MPa，因此，使压杆压缩屈服的轴向应力为

故压杆稳定承载力为：FS=3512.404*0.935=3284.1KN。

R钢管柱=1916.4KN

3.2桩基础计算：计算[P]时取以下数据：

桩基设计直径1.25m，桩基穿过的土层全部为硬塑膨胀土，τi=50kPa，λ=0.65，m0=0.7，

[σ0]=150kPa，K2=2.5，γ2=20kN/m2。

[P]=UΣliτi+λm0A{[σ0]+K2γ2（h-3）}

=*（1.25+0.03）*л*h*50+0.65*0.70*0.625*0.625*л*{150+2.5*20*（h-3）}

=128.45h

当[P]=2000kN时，2000=128.45h，h=15.57m。

故1.25m桩基的钻孔桩设置为20m深度。

3.3横梁跨中受弯受剪裂缝计算满足规范要求；

3.4纵梁跨中受弯计算：

各跨最大应力

跨号 正应力（上侧）

（N/tmm2） 正应力（下侧）

（N/mm2） 剪应力

（N/mm2）

1 19.98 9.18 1.60

2 75.13 40.36 17.99

3 91.36 67.72 23.11

4 94.45 67.77 23.62

5 94.45 67.72 23.36

6 75.13 40.36 17.99

7 19.98 9.18 1.60

[容许安全系数]

抗弯强度安全系数：1.50000；剪强度安全系数：1.50000

[最小安全系数]

跨号 抗弯强度 抗剪强度 安全状态

1 10.258 75.084 安全

2 2.729 6.669 安全

3 2.244 5.193 安全

4 2.170 5.080 安全

5 2.170 5.137 安全

6 2.729 6.669 安全

7 10.258 75.084 安全

[各跨截面几何特性]

跨号 面积

（cm2） 惯性矩

Ix（cm4） 抵抗矩

WxA（cm3） 抵抗矩

WxB（cm3） 回转半径ix（cm） 惯性矩

Iy（cm4）

1 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

2 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

3 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

4 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

5 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

6 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

7 146.64 68500.00 2450.00 2450.00 21.60 1490.00

跨号 抵抗矩

WyA（cm3） 抵抗矩

WyB（cm3） 回转半径

iy（cm） 面积矩

Sx（cm3） γx1 γx2

1 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

2 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

3 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

4 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

5 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

6 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

7 177.38 177.38 3.16 1451.00 1.05 1.05

注：WxA—截面上部对x轴的抵抗矩；WxB—截面下部对x轴的抵抗矩。

WyA—截面左侧对y轴的抵抗矩；WyB—截面右侧对y轴的抵抗矩。

γx1—截面上部的塑性发展系数；γx2—截面下部的塑性发展系数。

[各跨材料特性]

跨号 抗拉强度

（N/mm2） 抗压强度

（N/mm2） 抗弯强度

（N/mm2） 抗剪强度

（N/mm2） 屈服强度

（N/mm2） 弹性模量

（N/mm2）

1 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

2 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

3 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

4 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

5 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

6 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

7 205.00 205.00 205.00 120.00 235.00 206000

縱梁抗弯计算，整个结构符合架梁要求。所以采用桩基钢管柱加固双线箱梁翼缘板方案可行。

4.安全措施

4.1架梁前对垫石标高、位置进行复测，确保准确无误，同时对垫石表面进行凿毛处理，架梁过程中人员均须佩戴安全帽，必要时系安全带。架梁过程中安排专人负责过孔时桥下的安全警示，桥面上施工人员禁止随意向桥下抛掷杂物，以免砸伤路人。

4.2在架桥开始前，用全站仪放出运梁车的轨迹走行线路，并用油漆进行标示，运梁时严格按照油漆标示出的线路进行行走，专人指挥。

5.结束语

西成客运专线的新集车站双线翼缘板加固方案施工，质量满足设计、规范要求，未发生安全事故，得到了业主、设计院和监理的一致评定通过、取得了良好的施工效益。通过该工程的施工，为今后的双线箱梁翼缘加固积累了宝贵的经验。

参考文献：

[1]《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；

[2]执行规范《钢结构设计规范》（GB50017-2003）；

[3]《现代铁路工程师手册》，吉林科技出版社。