高速铁路现浇简支梁支架体系设计★

张宏博 王祥国 张文东 李广柱 宋 楠

(中建铁路投资建设集团有限公司路桥公司，山东 青岛 266000)

近些年，随着高速铁路行业跨越式的发展，现浇简支梁结构逐渐增多。现浇简支梁多采用支架现浇的方式施工，具有规范化、速度快、整体工期短等[1，2]施工优点。同时现浇简支梁工程中经常遇到跨度大、设计与施工环境复杂、施工偶然因素等系列问题[3]，施工过程中也容易忽略监控，再加上施工质检管理体系的不完善，导致桥梁支架倒塌事件频繁发生[4]，给国家和人民的安全财产造成了巨大的损伤，因此现浇简支梁支架体系设计在高速铁路的施工和使用安全中具有十分关键的作用。本文结合实施的项目工程，在深入研究现浇简支梁设计的基础上，提出了现浇简支梁支架的设计方案及关键点施工质量措施，并通过MIDAS Civil有限元软件创建现浇梁计算模型，经模拟计算证明了本现浇梁支架体系设计方案的合理性。

1 工程概况

1.1 铁路工程概况

潍莱高速铁路西起规划终点济青高铁潍坊北站，中途经过潍坊市昌邑，青岛市平度、莱西，最终接入青荣城际铁路莱西北站，此段铁路客运专线简称潍莱高铁。潍莱高铁是山东省内“三横”快速铁路网的中部通道，其东相接青荣城际与荣莱高铁、西相接济青高铁，设计时速350 km/h。潍莱高铁的运行将为青荣城际线路运行插上坚硬的翅膀，盘活整条青荣城际铁路的运营。潍莱高速铁路线路示意图如图1所示。

1.2 现浇简支梁工程概况

项目承建的线路段内一共有7座现浇梁，7座现浇梁均采用支架现浇法进行施工，由于支架的强度、刚度以及稳定性直接关系到施工质量和安全，因此要对支架做验算设计[5]。7座现浇简支梁的支架形式、贝雷梁的数量以及跨数均相同，则这7座现浇简支梁中最大跨径31.92 m的支架系统检算能通过，可以保证其他6座现浇简支梁支架系统是安全的。因此，本文首先对跨径为31.92 m现浇简支梁的支架系统进行验算，然后在确保该支架系统检算安全的前提下，对其余6座现浇简支梁的支架系统给出设计方案。现浇梁分布桥墩号情况、跨径和墩高，如表1所示。

表1 现浇梁分布桥墩号情况、跨径和墩高

2 现浇简支梁及其支架设计方案

2.1 现浇梁设计方案

高速铁路采用双线，线间距5.0 m，铺设无缝线路，钢轨为60 kg/m，设计时速350 km/h；现浇简支梁的截面是等高单箱室截面，梁端部的顶板、腹板的局部和底板往内侧增厚。箱梁中心线的梁高为3.035 m，梁部混凝土为C50。梁长为24.6 m～32.6 m，计算跨度为23.5 m～31.5 m；桥面防护墙内侧净宽9 m，箱梁顶宽12.6 m，桥梁建筑总宽12.9 m；梁长为24.6 m～32.6 m，计算跨度为23.5 m～31.5 m。

2.2 现浇梁支架设计方案

现浇简支梁支架采用梁柱式支架形式，由下部钢管立柱和上部工字钢及贝雷梁组合而成。承台施工时，在承台顶面相应位置预埋钢管立柱相关预埋件，当墩身施工完成时，安装立柱；立柱结构是φ630×10 mm的钢管，用20 mm厚的钢板焊接封住立柱顶端，用定位好的钢板焊接牢固立柱底端，钢板尺寸为边长70 cm的正方形；主横梁采用双拼Ⅰ56工字钢，紧贴立柱中心线布置；Ⅰ56双拼工字钢上布设贝雷片，贝雷片上部布设Ⅰ18工字钢分配梁，分配梁之上设置10 cm×10 cm方木；横向立柱之间焊接75×75等边角钢作为剪刀撑、横撑，剪刀撑设置3 m高，横撑依据立柱的间距设置；贝雷梁材质为16号Mn钢，其他材质均为Q235钢材。现浇简支梁支架设计图如图2，图3所示。

3 现浇简支梁支架结构验算荷载

现浇简支梁支架的计算中，荷载起到决定性的作用[6]，主要考虑以下荷载：

1)浇筑混凝土产生的竖向横向压力，其荷载取为26 kN/m3；

2)支架的自身重量，可以根据支架结构建立支架模型，确定材料的性质，通过软件模拟计算；

3)模板、木方的荷载分别定为2.5 kN/m2,0.5 kN/m2；

4)活荷载(人工及机械荷载等)定为1.5 kN/m2；

5)浇筑及振捣混凝土时产生的荷载均定为2.0 kN/m2。

现浇简支梁支架强度计算时，基本组合中的浇筑混凝土荷载、支架结构自重以及模板等恒载分项系数都定为1.2；施工活载分项系数取1.4。刚度计算时，标准组合的分项系数定为1；依据《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》的内容，做稳定性验算时，活载分项系数定为0.9×1.4，恒载分项系数定为1.2。

4 现浇简支梁重力计算

跨径为31.92 m现浇梁桥的截面形式为等高度截面，支座中心线处和跨中梁高均为3.035 m。根据设计图，提取梁体各个截面的净面积，计算得到梁体混凝土湿重沿纵向、横向的分布情况。模型计算时，混凝土湿重以在分配梁上设置线荷载表示。按顺桥的方向，分配梁的间距为0.705 m，铺设在下方的贝雷梁上，所以沿顺桥向以分配梁的间距划分节段，再将每个节段的混凝土湿重施加到对应的分配梁上。

5 支架验算

5.1 模型创建

运用MIDAS Civil创建现浇梁支架的计算模型，使用单元的形式模拟[7]钢管立柱、横梁、纵梁(贝雷梁)和分配梁，整体模型共划分7 159个单元，4 390个节点。模型中各构件之间的连接以弹性、刚性连接模拟，固结钢管立柱底部，添加线荷载模拟分配梁上的恒载及施工活载。现浇支架有限元模型和荷载分布分别如图4,图5所示。

5.2 位移验算分析

结合《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》，经MIDAS Civil模拟分析，计算出各主要构件的最大竖向位移，如表2所示。

表2 支架系统竖向位移验算汇总表

表2中钢管立柱的最大竖向位移值为模拟出的最大压缩值，各构件的挠度值根据最大位移值与对应支点位移值的差值确定。参考TB 10110—2011铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程第4.1.6条，支架受弯构件的弹性挠度，为相应结构计算跨度的1/400，各个构件的挠跨比均小于1/400，符合规范要求。

5.3 应力验算分析

结合《铁路混凝土梁支架法现浇施工技术规程》并考虑混凝土梁体的湿重[8]，在基本组合1.2×支架结构恒载+1.4×支架结构施工荷载作用下，经MIDAS Civil模拟分析，计算出各主要构件的最大应力，分别见表3，表4。

表3 支架系统各部位弯曲组合应力验算汇总表 MPa

表4 支架系统各部位剪切应力验算汇总表 MPa

其中贝雷梁的材质采用16号Mn钢，其拉、压及弯曲强度设计值为310 MPa，抗剪强度设计值为180 MPa；其他构件材质均为Q235钢材，其拉、压及弯曲强度设计值为215 MPa(板件厚度小于16 mm)，抗剪强度设计值125 MPa。

经MIDAS Civil模拟分析，得出验算结果：钢管立柱的最大弯曲组合应力为-90.73 MPa(压)，最大竖向剪切应力为6.78 MPa，满足强度要求；横梁最大弯曲组合应力(压)-57.34 MPa，最大横向剪切应力63.24 MPa，满足强度要求；纵梁(贝雷梁)的最大弯曲组合应力-275.07 MPa(压)，最大竖向剪切应力为147.08 MPa，满足强度要求；分配梁的最大弯曲组合应力为-21.76 MPa(压)，最大竖向剪切应力为19.81 MPa，满足强度要求。

6 加强关键点施工质量措施

根据最大跨径31.92 m现浇简支梁支架体系挠度、应力验算，进一步分析支架设计方案的施工提出加强关键点施工质量措施。1)加强各钢管柱之间的横向连接，提高支架整体的稳定性；2)加强各贝雷片之间的横向连接，可以防止发生横向屈曲，提高支架整体的稳定性；3)在非标准节段贝雷梁与横梁搭接处，必须在支撑点处加焊竖杆，以防直接支撑在下弦杆处。

7 结论

1)本标段7座现浇简支梁施工采用的支架形式、贝雷梁的数量及跨数均相同，只有顺桥向钢管柱跨径不同。运用MIDAS Civil建模分析7座现浇简支梁中最大跨径为31.92 m现浇简支梁支架体系变形及应力，均满足规范的要求，可以确定其余6座现浇简支梁支架体系的设计是安全可靠的。2)本文依据现浇梁结构设计，结合现浇梁施工工艺，提出了现浇梁支架的设计方案；运用MIDAS Civil有限元软件创建了现浇梁支架的计算模型，结合实际工程确定荷载标准组合，经过支架的挠度、应力验算，确定了支架体系各结构的变形、应力满足规范的要求；根据支架体系验算，深入研究支架施工，提出关键点施工质量措施；以此进一步确定了本工程现浇梁支架设计的合理性，为类似工程设计施工提供了参考依据。