一种利用框架贝雷梁进行管道悬吊的施工设计

李连生

(陕西铁路工程职业技术学院, 陕西 渭南 714000)

1 工程概况

桂春路站是南宁市轨道交通3号线的一座地下两层岛式带双停车线车站。车站位于金湖路与桂春路交叉路口上，沿金湖路东北-西南向敷设，向东北延伸至汇春路口。

车站外包总长468.9 m，标准段宽度19.7 m，采用11 m岛式站台。主体及附属基坑均采用明挖法。地面标高约74.7 m，结构底板标高约58.5 m，车站围护结构连续墙厚800 mm。在汇春路口处，原街道路面之下铺设的两根市政雨水管穿过地下连续墙，从主体结构顶板上方横跨。两根雨水管位于基坑地下连续墙的冠梁之下，如图1所示。破除原钢筋混凝土雨水管后，临时替换为两根大直径钢制排水管通过，保证车站基坑内主体结构修建期间的市政排水通畅。车站基坑回填后期恢复原雨水管。

图1 雨水管布置图

2 方案设计

工程采用框架贝雷梁，即框架加贝雷梁的组合结构，包括上方的贝雷梁和下方的矩形框架，贝雷梁通过矩形框架将两根雨水管环抱而悬吊起来。

贝雷梁采用“321”装配式公路钢桥，主梁桁架组合为双排单层形式，采取7片贝雷桁架单元，计算跨度为21 m，如图2a、图2b所示。贝雷梁支座设置于基坑地下连续墙的冠梁之上。每侧主梁的两排贝雷架中心间距为45 cm，内侧贝雷架中心间距为4.2 m，两根雨水管的内侧净距为90 cm，如图2c所示。

矩形框架是固定在贝雷梁下弦杆上的悬吊架，一共7道。每道是由一根上横梁、一根下横梁和两根吊杆首尾铰接而成的闭合四边形结构，如图2c所示。

图2 框架贝雷梁的组成

3 设计计算

3.1 雨水管

两根雨水管支撑于悬吊架的下横梁之上，中心间距2.32 m，外径1.42 m、壁厚14 mm。雨水管横向穿过车站基坑的地下连续墙，连续墙内侧墙壁之间距离为19.7 m。单根雨水管视为计算跨度为19.7 m的多跨连续梁，两端的连续墙内侧墙壁为固定端支座，7道悬吊架的吊点(即下横梁的支撑点)为活动铰支座。

多跨连续梁的自重均布荷载：qs=3.14/4×(1.4202-1.3922)×78.5=4.85 kN/m。

雨水管按照重力流污水管道的非满流进行计算，现管径1 420 mm大于1 000 mm，故最大设计充满度取值为0.75[1]。

污水的自重均布荷载：qw=(1.392/2)2×(2×3.14/3+1.732/4)×10.3=12.61 kN/m；

设计计算采用的雨水管均布荷载：q=qs+qw=4.85+12.61=17.46 kN/m。

据MIDAS/Civil软件建立有限元模型，如图3所示。

图3 有限元模型

分析结果如图4所示。

图4 雨水管分析结果

由图4b可见，最大组合拉应力0.61 MPa

由图4c可见，最大挠度fmax=0.01 mm

3.2 框架贝雷梁

将图4a的雨水管支座反力，即吊点反力，反向施加给矩形框架的下横梁。建立MIDAS/Civil有限元模型，如图5所示。模型共有节点793个，单元1 157个，弹性连接92个，支撑边界条件22个，梁端约束释放48个。每排主梁各桁架单元之间设定为铰接。

图5 框架贝雷梁有限元模型

3.2.1 强度检算

(1)贝雷梁主桁的应力分析结果:如图6所示。

图6 主桁组合应力图

可见，贝雷梁主桁上的最大组合拉应力：204.79 MPa <[σ]=273 MPa[4,5]，强度符合要求；贝雷梁主桁上的最大组合压应力225.15 MPa<[σ]=273 MPa，强度符合要求。

(2)矩形框架的上横梁、下横梁应力分析结果:如图7所示。

图7 框架横梁组合应力

可见，框架横梁组合压应力179.93 MPa

3)矩形框架的吊杆应力分析结果:如图8所示。

图8 吊杆组合应力

可见，吊杆最大组合拉应力14.16 MPa

3.2.2 刚度检算

贝雷梁主桁的挠度图如图9所示。

图9 主桁竖向挠度

4 结 论

框架贝雷梁的力学受力分析计算表明：贝雷梁主桁上存在最大组合应力，最大组合拉应力与最大组合压应力均满足强度要求；贝雷梁主桁的最大竖向挠度值约等于挠度限值，故刚度满足要求。总之，桂春路车站的框架加贝雷梁组合悬吊雨水管的施工设计是安全可行的。