双拼单线梁组成临时运架梁通道的关键技术研究

王玉策

(中铁二十三局集团轨道交通工程有限公司，上海 201300)

随着我国城市轨道交通的快速发展，桥梁工程建设日趋集中化[1-2]。由于预制梁可提前在独立场地制作加工，易于质量控制和批量生产。在桥梁下部结构施工完成后，可将预制梁提至线上，采用梁上运梁的方法运至架设点进行架梁[3-5]，大大缩减了工程工期，因此预制梁技术已成为桥梁工程中的一项重要技术，已在我国得到了广泛应用[6-8]。

花桥站为成都轨道交通10号线二期工程(双流西站—新平站)的第6个车站，需在该车站完成运梁过站任务，以便于运输和架设其他高架区间的预制梁。由于花桥站被设计为高架岛式车站，其轨道交通线间距由4.65 m渐变为14.7 m再渐变为4.65 m，同时梁体也由双线梁渐变为单线梁再渐变为双线梁。为确保架桥机和运梁车的过站安全，解决后续工程中预制梁难以运输和架设的问题，本次施工结合现场实际施工场地条件，提出了对单线梁依次进行拼接和分解的双拼单线梁运输方法。即将单线梁暂时并拢形成临时运梁通道，待完成运梁、架梁工作后，再将单线梁移回设计位置，从而实现双拼单线梁的运梁过站。因此，有必要对轨道梁在拼接运梁过程中的结构空间受力进行数值分析，确保运梁过站时桥梁结构的安全。

目前，基于双拼单线梁的运梁技术在国内工程领域还较少被采用，可参考的工程实例不多。为验证花桥站双拼单线梁运梁过站方法的可行性，本研究工作按照实际工况荷载，使用桥梁结构分析软件MIDAS/Civil建立了轨道梁体的纵桥向和横桥向有限元计算模型。为计算承重轨道梁整体变形和空间应力分布特性，有限元数值计算中考虑了轨道梁体的纵桥向强度、横桥向强度以及整体抗倾覆稳定性。计算结果表明，在实际运梁工况下，轨道梁纵桥向正截面抗弯强度和斜截面抗剪强度、横桥向钢筋混凝土应力和裂缝宽度、抗倾覆稳定系数均满足规范要求，确保了双拼运梁过程中承重轨道梁的安全。

1 计算说明

1.1 方案设计

单线轨道梁采用单箱单室截面，梁高1.6 m，箱梁标准段顶宽4.05 m，梁长28 m，标准横断面如图1所示。相邻的两片单线梁最小间距200 mm，腹板间距800 mm，梁体中心线距离 3 300 mm，运梁通道整体宽 8 300 mm。为减小运梁车对主梁的扭矩，运梁车在行进中应严格遵守居中行驶，最大偏移量不得超过400 mm。

图1 单箱轨道梁断面(单位：mm)

1.2 设计荷载

1)自重

双拼单线梁及桥面行车系自重80 kN/m。

2)运梁荷载

运梁荷载按运梁车运30 m长预制梁时计算，主车荷载为 2 690 kN，每轴线荷载336.25 kN，每个轮胎受力为84 kN，此时每个轮胎接地面积约为0.3 m×0.4 m；副车荷载为 2 630 kN，每轴线荷载328.75 kN，每个轮胎受力为81 kN，此时每个轮胎接地面积约为0.3 m×0.4 m。

3)施工临时荷载

施工临时防护按每边0.3 kN/m，施工人群荷载按5 kN/m，双拼单线梁如图2所示。

图2 双拼单线梁示意(单位：mm)

2 轨道梁有限元数值计算

采用桥梁结构分析软件MIDAS/Civil 2017进行计算。

2.1 运梁荷载下纵桥向计算结果

在运梁工况下，由于2片单线梁共同受力，故按每片梁各承担一半运梁荷载进行初步的强度验算。

1)强度验算。对轨道梁正截面进行抗弯和抗剪验算，可得正截面抗弯强度安全系数1.97，斜截面抗剪强度安全系数3.13，均满足规范安全系数大于1.8的要求。

2)支反力。对于理想情况，运梁车轮胎恰好行走于梁体的中轴线上，此时内外侧支点反力基本相等，且单点反力均为最小。若运梁车轮胎偏移了中轴线，则会引起支反力分配不均。因此运梁车前行过程中应尽量保持行走在运梁通道正中，减少梁体所受扭转风险。此外运梁车前行轨迹的偏差宜控制在±200 mm内，最大不得超过±400 mm。建议在梁面画出行车轨迹线，注明正常行车线及偏差警戒线位置。

2.2 运梁荷载下横桥向计算结果

根据单线桥梁标准横断面建立横向计算模型，主要对悬臂板根部截面、顶板跨中截面和底板截面跨中处进行截面配筋检算。

运梁车荷载按每轮胎8.4 kN计算，单片梁上按均布荷载加载2个轮胎荷载。由MIDAS/Civil软件计算可得运梁荷载下悬臂板根部最大弯矩44.9 kN·m，最大剪力94.6 kN，顶板跨中最大弯矩45.2 kN·m，底板截面最大51.4 kN·m。采用HRB400钢筋，按照规范TB 10002.3—2005进行正截面强度验算,结果见图3。

图3 轨道梁横桥向验算

由图3可见，钢筋应力验算值61.9 MPa<控制值180 MPa，混凝土应力验算值3.36 MPa<控制值16.8 MPa，裂缝宽度验算值0.076 mm<控制值0.2 mm。通过以上验算说明轨道梁横向计算满足规范要求。

2.3 抗倾覆稳定性验算

1)运梁车工况。运梁车在±40 cm的限制范围内，轮胎内侧边缘线仍处于支座中心线范围内，支座反力均为正值，理论上不存在倾覆力矩，本工况的抗倾覆验算满足规范要求。

2)风荷载+水平施工荷载组合。计算结构自重为稳定力矩，风荷载加列车摇摆力对单边支座点的弯矩构成倾覆力矩。风荷载按500 Pa计，梁体加栏杆按3.0 m高考虑，水平施工荷载按2 kN/m计算，作用于梁顶，则M稳=2 080×0.5×0.8=832 kN·m,M倾覆=0.5×28×3+2×28×2.0=154 kN·m。由MIDAS/Civil计算可得抗倾覆稳定系数K=5.4>1.3，满足规范要求。

3 结论

本文采用桥梁结构分析软件MIDAS/Civil完成了花桥站双拼单线梁运梁过站的有限元数值计算，从纵桥向、横桥向强度和整体抗倾覆稳定性3个方面分别对轨道梁体进行了验算，准确模拟了运梁荷载作用下双拼单线梁的受力状态。计算结果表明，花桥站轨道梁在运梁过站的荷载工况下，结构强度和变形已经满足规范要求，钢筋及裂缝控制也满足规范要求，确保了双拼单线梁运输技术的安全可靠。实践证明，该运梁技术在后续预制梁的运输和架设中得到了良好的应用，平均每天可架设预制梁2～4片。同时该运梁技术造价低、工序少、施工安全，可为类似岛式站台车站运梁提供实践经验。