大张铁路桥支架设计及有限元分析

李光辉

（中铁十二局集团第四工程有限公司，陕西 西安 710000）

1 工程概况

大张铁路连续梁桥设计桩号范围为K180+816.25～K180+961.85，总体布置40.8m+64m+40.8m，全长145.6m，桥梁净宽7.1m。各桥桥墩均与设计线正交；上部结构均采用等梁高预应力混凝土连续，下部桥墩采用圆端形墩，墩台基础均采用承台桩基础；桥梁中跨上跨铁路。

2 结构设计

2.1 总体思路

根据交通要求及现场条件，经方案比选，确定桥梁中跨采用贝雷梁式支架平台、钢管柱式结构、钻孔桩基础。

2.2 支架设计

支架采用贝雷梁式结构，以中跨为例，设计为64m跨。

支架布置方式自上而下为底模→10cm×10cm纵向方木→I12.6工字钢横梁→盘扣架→I20a工字钢横梁→321型贝雷梁（边跨采用单排单层普通型贝雷梁，中跨采用单排双层上下弦杆加强型贝雷梁）→工字钢横担（边跨采用三拼I45a工字钢，中跨采用三拼I45a或四拼I56a工字钢）→钢管立柱（边跨采用φ530mm×8mm钢管立柱，中跨采用φ830mm×8mm钢管立柱）→钢筋混凝土条形基础→钻孔桩基础。10cm×10cm纵向方木在翼缘板下间距为30cm，在腹板下满铺，在底板下间距为20cm，侧向模板处间距20cm。在中墩和距中墩11.5m处之间的I12.6工字钢横梁间距为60cm，其余位置的间距为90cm。盘扣架竖向步距为150cm；在中墩和距中墩11.5m处之间的盘扣架纵向间距为60cm，其余位置的间距为90cm；横向间距在腹板下为60cm，在翼缘板下为90cm，在底板下为120cm。在中墩和距中墩11.5m处之间的I20a工字钢横梁间距为60cm，其余位置的间距为90cm。贝雷梁在边跨腹板下间距为45cm，在边跨底板及翼缘板下间距为90cm；贝雷梁在中跨腹板下间距为22.5cm，在中跨底板及翼缘板下为45cm。边跨钢管立柱横向间距为1.6m，中跨钢管立柱横向间距为2.5m，立柱之间采用16#槽钢横向连接以增加稳定性，横向连接系竖向间距为200cm。条形基础采用C30混凝土，尺寸为1.2m×1.3m，钻孔桩直径为1m。

3 支架检算

3.1 检算模型

采用Midas Civil建立现浇梁体支架有限元模型，对支架结构受力情况进行分析。支架有限元模型采用梁单元，根据结构特点及实际施工情况，桥梁中跨模型共划分为25199个节点、35097个单元；边跨支架模型共划分为3243个节点、4350个单元。有限元模型如图1所示。

图1 支架有限元模型

3.2 材料主要参数及特性

贝雷梁采用16Mn钢材，抗拉、抗压、抗弯强度设计值 [σ]=310MPa，抗剪强度设计值 [τ]=180MPa；其他钢材采用Q235钢材，抗拉、抗压、抗弯强度设计值[σ]=215MPa，抗剪强度设计值 [τ]=125MPa。

3.3 荷载取值

（1）混凝土容重：26.5kN/m3；（2）模板和支架荷载：1kN/m2；（3）施工人员、堆放荷载：1kN/m2；（4）倾倒混凝土冲击荷载：2kN/m2；（5）振捣混凝土产生荷载：2kN/m2。

强度检算荷载组合：1.2×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1.4×（施工人员、材料及施工机具荷载+倾倒混凝土时产生的荷载+振捣混凝土时产生的冲击荷载）（1a）

刚度检算荷载组合：1×（箱梁自重＋模板、支架自重）+1×（施工人员、材料及施工机具荷载+倾倒混凝土时产生的荷载+振捣混凝土时产生的冲击荷载）（2a）

3.4 计算结果

（1）强度计算。强度计算结果如表1所示；桥梁中跨受力情况如图2、图3所示，桥梁边跨受力情况如图4、图5所示。

表1 支架最大弯曲应力表 单位：MPa

图2 桥梁中跨支架组合应力图（单位：MPa）

图3 桥梁中跨支架剪切应力图（单位：MPa）

图4 桥梁边跨支架组合应力图（单位：MPa）

图5 桥梁边跨支架剪切应力图（单位：MPa）

（2）刚度强度计算。支架整体位移如图6所示。

图6 支架整体位移图（单位：mm）

桥梁中跨支架最大位移：

4 结论

（1）综合考虑不同荷载组合，经有限元分析计算，贝雷梁式支架满足强度、刚度及整体稳定性要求。

（2）大张铁路连续梁桥支架设计，成功解决了该工程跨铁路现浇梁的施工难题，为上跨铁路现浇梁支架设计和施工积累了经验，取得了良好的经济效益和社会效益。