跨铁路预制拼装式安全防护棚施工技术

乔振宙

（中铁二十二局集团第四工程有限公司 天津 301700）

0 前言

长株潭城际铁路易家湾特大桥与京广铁路以26°夹角相交，跨京广铁路连续梁主跨80m。连续梁设计采用挂篮上跨现浇施工，梁体幅宽为12.2m，施工影响京广铁路区间线路70m。

1 方案选择

挂篮现浇连续梁上跨铁路通常采用棚架式防护和移动式（兜底）防护两种，二者从技术、经济及安全等方面来说各有优缺点，具体见表1。

表1 防护措施方案比较

从表1中可看出，棚架式防护和移动式（兜底）防护，均存在一定程度上的优缺点。

2 预制拼装式防护棚设计及验算

2.1 棚架设计

易家湾跨京广铁路连续梁安全防护棚架采用预制拼装式，棚架长72m，宽17m，高9.5m，基础采用钢筋混凝土扩大基础，立柱采用H400型钢，间距为6m，立柱上设置纵梁，纵梁采用H400型钢，纵梁上设置轨道，轨道采用[16槽钢。

防护棚顶分为20个预制单元，每个单元由两榀横梁组成，间距3.6m，每榀横梁采用2根H400型钢，采用法兰连接，横梁两侧由纵向两根3.6m长H400型钢连接为矩形，内侧纵向设置分配梁连为整体，分配梁采用C16型钢，间距1m，纵梁两端安装钢轮，组成可移动的长3.6m，宽17m的可动式单元。横梁顶部设置5%双向排水坡，顶部铺设1.2mm厚915型镀锌楼承板。

2.2 棚架验算

2.2.1 荷载计算

①钢材自重：78.5kN/m3；1.2mm楼承板自重：0.129kN/m2；②棚架顶面均布荷载：取0.5kN/m2；③风荷载：风荷载强度按下式计算：W=K1K2K3W0；式中：W-风载强度；K1-风载体型系数，工字钢取1.3；K2-风压高度变化系数取1.0；K3-地形、地理条件系数，取1.0；W0-基本风压；10年一遇基本风压：0.25kN/m2。风荷载强度：

W=1.3×1×1×0.25=0.325kN/m2

④坠物冲击荷载：考虑1.5kN物体坠落，冲击系数2.0；

⑤气动力：由于水平气动力作用在轨顶之上的最大高度为5m，棚架净高9.5m，因此对棚架的气动力作用不考虑。

表2 C16型钢分配梁参数

表3 H400型钢横梁参数

2.2.2 荷载组合

棚架自重+棚架顶面均布荷载+坠物冲击荷载+风荷载

2.2.3 棚架验算

（1）分配梁验算

①受力分析：分配梁采用C16型钢，间距为1m，作用在其上的荷载为：C16型钢自重0.048kN/m，棚架顶面均布荷载0.5kN/m2，915型镀锌楼层板自重0.129kN/m2，冲击荷载1.5kN。

荷载组合：q=1.2×（0.048+0.129）+0.5×1.4=0.912kN/m

冲击荷载：P=1.5×2=3.0kN

②截面特性见表2。

③结构验算：

跨中弯矩：

M=Pl/4+ql2/8=4.18kN·m＜[M]=6.06kN·m，强度满足要求。

跨中挠度：

Δ=Pl3/48EI+5ql4/384EI=10mm＜l/200=18mm，刚度满足要求。

（2）横梁验算

①受力分析：H400型钢横梁的跨度为17m，间距为3.6m，则作用在H400型钢的均布荷载为：H400型钢自重0.643kN/m，C16型钢自重0.048kN/m，棚架顶面均布荷载0.5kN/m2，915型镀锌楼层板自重0.129kN/m2，冲击荷载1.5kN。

荷载组合：q=[16×3.6×0.048/17+3.6×（0.129+0.5）]/2+0.643=1.86kN/m

冲击荷载：P=3.0kN

②截面特性见表3。

③结构验算：

跨中弯矩：

M=Pl/4+ql2/8=80kN·m＜[M]=235kN·m，刚度满足要求。

跨中挠度：

Δ=Pl3/48EI+5ql4/384EI=46mm＜l/200=85mm，刚度满足要求。

（3）纵梁验算

①受力分析：H400型钢纵梁的跨度为6m，作用在H400型钢的均布荷载为：纵梁自重，棚顶重量，棚架顶面均布荷载0.5kN/m，冲击荷载1.5kN。

荷载组合：q=9.1+0.643=9.743kN/m

冲击荷载：按1.05系数计算。

②截面特性见表4。

表4 H400型钢纵梁参数

③结构验算：

跨中弯矩：

M=ql2/8=46kN·m＜[M]=235kN·m，刚度满足要求。

跨中挠度：

Δ=5ql4/384EI=3.6mm＜l/200=30mm，刚度满足要求。

（4）立柱验算

①受力分析：H400型钢立柱最大高度为11m，受力主要为反力及自重。

F=68.5kN

②截面特性：

面积：A=81.92cm2；

回转半径：i=4.6cm；

③结构验算：

立柱在反力及自重作用下最大压应力：

σ1=F/A=8.36MPa

在风荷载作用下的强度验算，作用在立柱上的风荷载按均布荷载布置，qf=0.2×wz=0.065kN/m；

棚架顶产生的风荷载为：pf=0325×7×0.4=0.91kN；

将立柱按下端固结，上端自由计算，此时风荷载引起立柱底部的弯矩最大。

由此引起的弯曲应力为：

σ2=8.03MPa

由此可得：总压力为σ=σ1+σ2=16.33MPa＜[σ]=140MPa；

强度满足要求。

保守按两端铰接计算，取长度系数，则：

λ=1100/4.6=239.13

查表得：φ=0.142；

σ=59MPa＜[σ]=140MPa；

钢管柱稳定性验算满足要求。

3 结语

预制拼装式安全防护棚架采用先预制后安装，主要构件工厂化预制不仅提高了施工质量，还大大缩短跨既有线施工时间，降低了跨线施工安全风险，确保跨线连续梁施工安全顺利进行。