既有铁路车站钢桁架天桥架设工程施工技术

2021-07-09 02:33鄢志芳王立忠
关键词:吊耳吊点吊车

鄢志芳 王立忠

(中铁十八局集团第四工程有限公司 天津 300350 石家庄铁路职业技术学院 河北石家庄 050041)

不少既有铁路车站的升级改造工程中需要增加跨线人行天桥,本文介绍的包西铁路通道东胜西站人行天桥架设工程就是这样一个实例。

1 工程概况

包西铁路通道东胜西站设基本站台和二号站台两座站台,站台宽度分别为10.0m 和10.5m,站线布置顺序从基本站台向二号站台为6 号线、4 号线、Ⅱ号线、Ⅰ号线、3 号线、5 号线,线间距分别为5m、5.3m、5m、5.3m、5m,二号站台外侧有7 号线。

天桥垂直线路布置在基本站台和二号站台之间。天桥基础采用六桩承台基础。支撑系统采用两根钢管混凝土柱,基本站台1/P-B 轴支撑为Ø800×20 钢管混凝土柱,二站台P-B 轴支撑为Ø800×30 钢管混凝土柱,O/P-A 轴支撑为Ø800×20 钢管混凝土柱。天桥起点及终点支点设活动支座,中间支点设固定支座。天桥梁为Q345B 钢桁梁,起吊重量为1600 kN,设计跨度42.23(4.135×9+5.015)+4.4m,全长47.63m,桁架间距12.0m,桁架高度4.3m。桥面底板采用压型组合楼板,屋面采用压型保温复合板。天桥底板距离基本站台面高度为7.2m,桥面高7.8m。

天桥采用地面拼装、大型吊车起吊的安装方法施工。拼装场地设在二号站台顺线路方向上,大型吊车布置在二号站台上。

2 吊车的选择

架设天桥时起吊重量为1600 kN,起吊高度为8m。根据起吊天桥对吊车起重能力的要求和我单位现有的吊车情况,最后确定使用三一重工生产的SCC6300 履带起重机进行吊装作业。

SCC6300 履带起重机最大额定起重6300kN,最大起重力矩5950×7kN.m,吊车主臂长度36~108m,后配重1800kN,中央压重800kN,超起配重0~3000kN。经图纸模拟计算,起吊人行天桥需要的吊车起吊半径为34m,起吊高度为8m 时所需吊臂长度为72m,此时额定吊装重量为1930kN,实际吊装重量为1600kN 时,负荷率为82.9%,满足负荷率≯90%的要求。

3 吊装场地布置及吊车位置

吊装场地布置在二站台上。为了满足吊装施工的需要,二站台两侧的股道需回填,两侧的信号柜需做刚性保护,东侧的土坡以及进场道路需要进行改造。

履带起重机就位于二站台偏5 股道一侧,吊车主机占位面积约12m×15m。起重机自重、配重以及被吊构件重量合计约10134kN,因此需要对吊车主机占位区域进行换填,换填用3∶7 灰土,深度60cm。宽度超出二号站台的吊车占位以及7 号线和其外侧的场地用道渣装袋回填并碾压密实。吊车占位的回填、换填区域必须进行地基承载实验,要求地基承载力≥300kPa。吊车起吊时要在其占位上铺设箱板,以确保吊车的稳定。见图1。

图1 吊车占位图

履带吊车重+超起配重=8500kN,加上起吊重量后荷载总重=1600+8500=10100kN。吊车履带箱型垫板尺寸2.3m×6m、4 块,总承压面积=2.3×6×4=55.2m2,吊装偏心系数为1.2,地基承受的压应力=10100×1.2/55.2=220.3kPa<地基允许承载力300kPa。起吊时地基能够满足承压要求。

4 天桥梁吊装计算

4.1 吊点位置的确定

天桥梁必须先准确计算出其重心位置,4 个吊点应该对称地布置在重心四周,吊点应该在桁架的节点上。起吊过程中应使结构自重给天桥梁各杆件造成的弯矩尽量小,变形尽量小。

本天桥桁架的结构尺寸为长47.63m、宽10.4m、高4.3m,刚度分布基本均匀。

以平面模型研究弯矩分配的规律。

图2 天桥梁吊装模型示意图

构件跨中正弯矩:M0=NA(L/2-a)-qL2/8=qL2/8-qLa/2(下缘受拉)

吊点处构件负弯矩:MA=qa2/2(上缘受拉)

式中:q 为天桥桁架梁简化后的匀布荷载,L 为桁架梁长,NA 为A 点的起吊重量,a 为吊点到梁端的距离。

如果吊点位置合理,应该使正、负弯矩的绝对值相等,可解得a=0.207L,即吊点设在距构件两端0.207L 时最合理。

天桥梁长L=47m 时0.207L=9.729m。按照吊点应该选在桁架节点上的原则,吊点应该选在A2 和A9 两个节点上,两个节点距梁端的距离分别为8.27m 和9.835m。两个吊点的距离2×14.773m,吊钩距天桥梁顶的距离15.596m,钢丝绳的倾角47 度。天桥吊点位置及吊耳布置见图3、图4。

图3 天桥梁吊点位置图

图4 天桥吊点位置及吊耳布置图

由于吊点距梁两端的距离不同,A9 点外侧的梁重比A2 点外侧的梁重多50kN。施工中将A9 点以外的压型钢底板先不安装,可以使A9 一端减少16kN 的重量,再在A2 点加34kN 的沙袋(68 袋,0.5kN/袋),使天桥梁的重心与吊钩中心重合。

4.2 吊耳选择和计算

吊耳用36mm 厚Q345 钢板制作,尺寸430×400×36mm,中间钻一个直径150mm 的圆孔。圆孔圆心距耳环顶边215mm,距吊耳两边均为215mm。在吊耳两侧需要焊四块加劲板对吊耳进行加强,每块加劲板100×100×25mm,外上侧进行杀角。对吊耳需要进行抗剪强度、抗拉强度、焊缝强度检算,检算方法按参考文献的要求进行。

4.3 钢丝绳和卡环的选用

吊装用的钢丝绳和U 型卡环的强度需要进行检算,按照参考文献附录A 可以选用钢丝绳和U 型卡环。经计算,本次吊装选用直径77.5mm 的6×61 钢丝绳,容许拉应力1850N/mm2,破断力总和4165KN。选用直径d=130mm 的卡环。

4.4 吊装过程中桁架内力检算

需要进行吊装过程中桁架内力检算,方法是取一榀主桁架做为计算模型。将一榀主桁架800kN 的荷载用集中质量分配法分配到12 个节点上,用midas civil 软件计算其内力。经计算,吊装过程中桁架杆件中的拉、压应力均在允许范围以内。

5 天桥吊装前的准备工作

除了一般的施工准备工作以外,还需做好既有线施工的安全保障工作。包西铁路通道为已开通的运营铁路,天桥吊装施工时需要按照铁道部门的规定进行封锁,必须确保铁路营业安全和工地施工安全。天桥吊装施工能开通的天窗时间只有2h。因此,事前要制定出以min 为单位的施工作业时间表。

6 天桥吊装施工技术

6.1 吊车就位及索具、卡具配置

吊车按设计好的路线进场后按照吊车占位图停放吊车,吊车安装后进行调试。调试结果应报请质检单位验收,验收合格后方可投入使用。

吊装使用的卡扣件、索具等必须按照设计要求配置,必须符合相关规范的要求,且具有检验合格证明书。

6.2 试吊

试吊是为了检测天桥梁在起吊后是否能够处于平衡状态,测试吊车在全负荷状态下的整体稳定性,检验钢丝绳、卡扣件是否合格。试吊时将天桥梁吊离地面50cm。

当天桥梁吊起达到平衡状态,四个角的揽风绳均与地锚连接,让天桥梁保持吊起状态2h,检测悬空状态下天桥梁的变形情况。

试吊结束后检查吊车状态是否正常,吊车主机运转是否正常,钢丝绳、卡扣件受力是否均匀。检查天桥杆件是否发生不该出现的变形,吊车占位地面有无下陷或侧移等。

6.3 吊装

在正式起吊前要对吊车、吊具、天桥梁再进行一次系统检查,确认全部正常以后方可正式起吊。

铁路有关部门的线路封锁命令下达后立即开始吊装。

为保证天桥梁对高压线的安全距离,起吊时先将天桥梁吊起1m 后向基本站台方向平行旋转,待旋转到天桥梁距高压线水平距离5m 时开始垂直上升,上升速度2.0m/min,再提升7m 后停止提升,开始向左侧基本站台方向做约55 度的旋转,旋转时间约为8min,待天桥旋转到支撑柱上方时停止旋转,准备下降就位。

吊装时用在天桥梁两端四个角上挂系的4 根缆风绳控制其位置,避免天桥梁旋转、晃动并进行初步对位。缆风绳用Ø20~25mm 棕绳或麻绳。

6.4 就位

吊装前在天桥钢柱周围搭设脚手架。天桥梁吊装到位时利用挂在梁和钢柱之间的4 个倒链精准调节梁的位置,然后缓慢平稳下降,徐徐就位。待天桥梁下降到距钢柱顶面支座上方约50mm 时调整支座螺栓的位置,支座的螺栓全部就位后将天桥梁落到支座上,开始焊接支座。天桥梁安装允许偏差见参考文献[3]的相关要求。

6.5 支座焊接

支座采用手工电弧焊焊接。焊接前要将焊口边缘的毛刺、油污、铁锈等杂质清理干净。

支座的焊接顺序为先焊接P-B 轴固定端支座,焊接完毕后放松吊车钢丝绳使天桥自重全部落在支座上,检测天桥桁架就位合格后焊接两端的活动端支座。最后解除吊装设备。

由于时间限制,支座焊接可以采取花焊的方式,即先在每个支座的四边各焊10cm 长的焊缝,剩余的焊缝待脱钩后继续焊接。

7 结语

包西铁路通道东胜西站在铁路通车以后需要增设一座钢桁架结构的人行天桥。天桥在二号站台东侧拼装,全桥重量1600kN,用SCC6300 型履带吊车架设。本文从吊车的选用和占位、天桥吊点位置的选择、吊耳的尺寸和构造、吊装钢丝绳和卡环的选用、天桥吊装的施工方法等详细介绍了天桥架设的施工技术,可为同类工程提供借鉴。

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