XT300桁架梁在现浇结构施工临时支架中的应用

周伟明

（中铁二十四局集团安徽工程有限公司 工程管理部，安徽 合肥 230011）

0 引言

传统施工工法中，现浇结构施工临时支架采用墩梁式支架时，大多采用型钢、贝雷梁、军用梁等作为承重主梁，其中贝雷梁应用最为广泛。受限于贝雷梁结构尺寸及材质，作为施工临时支架，承重主梁的经济跨径一般在12~15 m，该跨径下的支架结构受力合理，材料用量及安全储备适中。特殊工况下，支架跨度超过18 m时，该跨径下的支架扰度控制难度大，进而导致现浇结构的线形无法满足设计要求［1-5］。

随着交通基础设施的不断完善，在特殊环境下修建桥梁越来越多。以铁路双线32 m简支箱梁现浇施工为例，若跨中不设支墩，采用一跨式临时支架时，贝雷梁需采用双层加强型布置方可满足施工要求。即便如此，临时支架的材料用量大、扰度大、安全储备低，施工仍有一定风险。

桥梁施工临时支架材料需更新迭代以适用更加复杂的施工工况，在承载力和跨度上要有所突破。因此，一种新型桁架结构梁——XT300桁架梁，因其构造特点更能适应复杂应用情况。

1 XT300桁架梁

1.1 总体介绍

XT300桁架梁是一种新型的桁架结构，其结构形式跟传统的贝雷梁、大桥1号桁梁基本相似，但在结构尺寸、桁架构件的材质上有所区别。结构尺寸及材料上的改变使其跨度更大、承载力更强、适用范围更广。XT300桁架梁由标准桁架、高抗剪桁架、支撑架、销轴等构件组成。标准桁架结构尺寸为6 m×3 m，由上下弦杆、竖杆及斜杆组焊而成，上下弦杆的端部设有双阴阳接头，接头之间采用销轴连接，单片桁架质量为1 213 kg。为了适用不同跨度及提高抗剪能力，XT300桁架梁还有节段长3、2、1.5 m高抗剪桁架，其高度和连接方式与标准桁架相同，单片桁架质量分别为832、650、549 kg。XT300桁架梁构造见图1，XT300桁架梁与贝雷梁单元杆件参数对照见表1。

图1 XT300桁架梁构造

表1 XT300桁架梁与贝雷梁单元杆件参数对照

1.2 结构特点

（1）为适用不同跨径的支架并提高支架的抗剪承载力，支架拼装时，标准桁架需放在中间，高抗剪桁架放在两端［4-6］。

（2）桁架上下弦杆两端采用双阴阳头设计，桁架间纵向采用双销轴连接，无安装方向区分，XT300桁架双阴阳节点构造见图2。

图2 XT300桁架梁双阴阳节点构造

（3）桁架上下弦杆区分，上弦杆设有顶托安装孔，极大方便了现浇结构底部线形调节。桁架上弦杆顶托固定构造见图3。

图3 XT300桁架梁上弦杆顶托固定构造

（4）优化支撑架设计及安装位置，支撑架分块设计，实现在桁架竖向及水平向共用。安装位置进一步优化，竖向支撑架既可以安装在桁架的中间竖杆上，也可以安装在桁架两端的竖杆上；水平支撑架既可以安装在桁架下弦杆的中间，也可以跨桁架间节点安装，提高了支架的横向稳定性（见图4）。

图4 XT300桁架梁支撑架构造

1.3 几何及力学特性

XT300桁架梁在高度上与双层加强型贝雷梁相同，因此以双层加强型贝雷梁为参照，对比分析XT300桁架梁的几何及力学特性，XT300桁架梁极限承载力见表2；桁架梁与双层加强型贝雷梁几何特性对照见表3；标准节段轴力、抗剪力、弯矩模型见图5—图7；桁架梁与双层加强型贝雷梁内力特性对照见表4。

表4 XT300桁架梁与双层加强型贝雷梁内力特性对照

图7 XT300桁架梁标准节段弯矩模型

表2 XT300桁架梁极限承载力 kN

图5 XT300桁架梁标准节段轴力模型

图6 XT300桁架梁标准节段抗剪力模型

表3 XT300桁架梁与双层加强型贝雷梁几何特性对照

综合表1—表4可以看出：

（1）由于XT300桁架梁的几何尺寸及各杆件的材料加大，与加强型贝雷梁相比，XT300桁架梁的几何特性参数提高较大，各杆件的承载能力显著增强。

（2）排数相同，XT300桁架梁层数是加强型贝雷梁层数一半的情况下，XT300桁架梁的弯矩提高约40%。

（3）XT300高抗剪桁架抗剪力显著高于标准桁架。

1.4 销轴接头验算

XT300桁架梁采用双阴阳头设计，双销轴连接，接头剪切面增加，承载力增大。由于位于跨中的6 m标准桁架弦杆承载最大弯矩，以6 m桁架弦杆最大轴力1 790 kN验算，验算结果与设计值对照见表5。

表5 XT300桁架梁销轴接头验算结果对照 MPa

2 工程应用

2.1 工程概况

某铁路双线32 m简支箱梁全长32.70 m，计算跨度31.20 m，支座横桥向中心距4.50 m，箱梁采用单箱单室斜腹板等高度结构，顶板最低处梁高3.05 m，最高处3.14 m，桥梁顶宽12.20 m，底宽5.50 m。箱梁顶板厚0.43~0.69 m，底板厚0.40~0.60 m，腹板厚0.50~0.80 m，支点处腹板加厚至1.10 m。标准段翼缘板长2.75 m，箱室内顶板设0.78 m×0.26 m倒角，底板设0.50 m×0.30 m倒角。

2.2 支架设计

该现浇箱梁采用一跨式钢管立柱+XT300桁架梁支架结构。支架各部位构造如下：

（1）在承台上预埋地脚螺栓，然后安装钢管立柱与地脚螺栓连接，每侧承台上设置1排φ630 mm×10 mm钢管立柱，横桥向间距3 m。横桥向钢管立柱之间采用20#b槽钢连接系连接成整体。钢管立柱与邻近桥墩通过φ25 mm精轧螺纹钢穿过预留孔洞形成连墙结构。

（2）钢管立柱顶部加盖板形成柱帽结构，然后在其顶部横桥向设置3I45b工字钢组拼成承重梁，承重梁长14 m，承重梁在位于钢管立柱处的翼缘处设置加劲板，防止承重梁局部屈曲［7-8］。

（3）顺桥向承重主梁采用XT300桁架梁，组拼方式为（1.50+3+3×6+2×3）m，全长28.50 m。横桥向设置13组，间距为（2×1.50+2×0.45+1.10+2×0.75+1.10+2×0.45+2×1.50）m，全宽11.50 m。桁架顺桥向用销轴连接，横桥向采用支撑架连接。

（4）XT300桁架梁上弦杆设有用于调整梁底纵坡的顶托安装孔，顺桥向最大间距0.80 m，然后在顶托上横桥向放置2I12.6工字钢作为分配梁，长14 m，分配梁最大跨度1.50 m，最大悬挑2 m。

（5）垂直分配梁上方设置方木，方木在箱梁腹板下间距0.20 m，其他部分间距0.30 m，然后满铺15 mm厚桥梁专用竹胶板，形成现浇箱梁模板支撑架系统（见图8）。

图8 现浇箱梁支架构造

2.3 结构计算

2.3.1 支架建模

临时支架采用Midas Civil软件建模，临时支架边界条件为：钢管立柱在柱脚处固结，钢管立柱与平联斜撑共节点，钢管立柱与墩身处固结，钢管立柱与桁架梁、桁架梁与分配梁间均采用一般连接模拟［9］（见图9）。

图9 临时支架三维模型

2.3.2 桁架梁计算

案例中主承重梁采用1.5、3、6 m共3种规格的XT300桁架梁，桁架梁计算跨径27.7 m，横桥向桁架梁最大间距1.5 m，在横向承重梁顶部桁架梁做加强处理，在计算中同样按加强处理［10-11］。桁架梁组合应力、抗剪应力、位移计算最大值位置见图10—图12；计算结果对照见表6。

表6 XT300桁架梁计算结果对照

图10 XT300桁架梁组合应力

图11 XT300桁架梁抗剪应力

图12 XT300桁架梁位移

2.3.3 销轴强度计算

XT300桁架梁两端采用销轴连接，销轴直径为60 mm，材质为30CrMnTi，该材质弯曲容许应力［σ］=1 100 MPa，剪切容许应力［τ］=585 MPa。

（1）抗剪能力计算：受剪切面数目：n v=2，最大抗剪力的计算方法见式（1）：

（2）抗弯能力计算：两端阴头厚l=72 mm；中间阳头厚c=39 mm，销轴最大允许弯矩计算方法见式（2）：

式中：［F］τ代表销轴最大允许剪力；q代表均布荷载；［M］代表销轴最大允许弯矩；［F］σ代表销轴最大允许轴力；w代表销轴抗弯截面系数；d代表销轴直径。

XT300桁架梁下弦杆轴力、抗剪力见图13—图14。

图13 XT300桁架梁下弦杆轴力

图14 XT300桁架梁下弦杆剪力

综上所得：桁架梁下弦杆轴力为963.2 kN＜［F］σ=1 742.4 kN；桁架梁下弦杆剪力为214.1 kN＜［F］τ=3 306 kN；销轴强度满足要求。

3 结论

以双层加强型贝雷梁为参考，主要介绍了XT300桁架梁的构造特点、几何特性及力学特性，并以铁路双线32 m简支箱梁为案例进行受力分析，得出主要结论如下：

（1）与双层加强型贝雷梁支架相比，XT300桁架梁的力学指标明显提高，承载能力显著增强，可以作为双层加强型贝雷梁优化替代方案。

（2）特殊地形地貌条件下，随着临时支架跨度的增大，XT300桁架梁的优势更加明显。

（3）随着铁路40 m简支箱梁的开始应用，采用一跨式钢管立柱+XT300桁架梁临时支架现浇施工是否满足施工要求，可做为下一步研究的方向。