钢盒新技术在跨铁路连续梁中跨合拢中的应用

燕秋

摘要：新建大张高速铁路温家窑特大桥主跨转体连续梁上跨铁路中跨合拢施工时，采用了钢盒进行合拢段的施工新技术，合拢段的所有施工均在钢盒内进行，对铁路行车基本无干扰，不仅完全确保了铁路行车安全，且不需搭设铁路安全防护棚，减少铁路封锁要点的时间及次数，大幅降低了施工成本。

Abstract： In the closure for midspan bridges of the swing construction of a continuous beam across the railway of the new constructed Datong-Zhangjiakou high-speed railway Wenjiayao super major bridge， all the construction of closure sections is taken in the steel boxes， which has no disturbance to the railway traffic， not only ensures the safe running of railway， but also has no railway safety protection shed， so as to reduce time and the number of the railway points blockade， greatly reducing the construction cost.

关键词：上跨铁路；中跨合拢；钢盒；设计；检算

Key words： railroad overbridge；closure for midspan bridges；steel box；design；calculation

中图分类号：U442.5 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0104-04

0 引言

当连续梁中跨合拢段位于既有铁路上，施工时将对铁路安全运营造成较大影响，存在如下施工安全隐患：采用常规钢模板及支撑时，模板及支撑与既有线接触网距离比较近，电流很容易将接触网与模板结构之间的空气击穿，模板钢结构上又有许多尖角和钢铁毛刺。即使距离较远的情况下，也容易发生电气尖端放电，这样势必会造成模板结构带电和电力线路短路；模板钢结构距离铁路既有线距离比较近，接触网周围存在很强的电磁场，可能在模板钢结构上产生感应电压，当感应电压超过安全电压（50伏）时，对施工人员的生命安全造成威胁；合拢段砼浇筑及预应力压浆时，可能对接触网和通行列车造成污染；钢筋、砼块及施工工具等不慎跌落造成接触网断电或威胁行车安全；砼养生用水和自然降水的水流可能流到接触网和回流线上，造成模板结构带电。

根据上述存在的安全隐患，铁路营业线施工安全管理办法（铁运〔2012〕280号）及《太原铁路局铁路营业线施工安全管理实施细则》（太铁施[2012]512号）相关文件要求，在施工需要采用相应防护措施。按照以往施工办法，需在铁路上方搭设防护棚，对接触网采用屏蔽措施，上述措施及施工期间的营业线施工配合费、安全监督检查费等费用很大，施工成本巨大，且在上述防护棚施工及拆除时，本身也对铁路行车安全造成很大安全隐患。

为了确保铁路运营安全，降低施工成本，在本项目施工中改变思路，创造性地提出了预埋钢盒浇筑合拢段的方法，不仅将大部分施工安全风险转移至既有线外，同时，三面封闭的钢盒结构可替代防护棚的安全防护作用，不需搭设防护棚而大大降低了施工成本。

1 工程概况

新建大张高速铁路温家窑特大桥连续梁位于DK73+693.3～DK73+870.80处，采用（48+80+48）m悬臂现浇+转体预应力混凝土连续梁跨越京包铁路上下行线，主跨与既有京包双线铁路上行线（K274+877.84）相交，下行线（K274+902.19）相交，呈42°夹角。

上部结构采用（48+80+48）m预应力混凝土连续梁，梁体截面为单箱单室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽12.2m，底宽6.4m，顶板厚度34～69cm，腹板厚度50～70～100cm，底板厚度50～100cm。

2 合拢段施工方案的研究及选定

转体箱梁合拢段位于京包铁路上方，合拢段如按常规的采用挂篮改造成合拢段模板及支架的方法进行施工，转体进入既有线上空及合拢段施工期间对既有线行车安全造成隐患。列为邻近营业线A类施工，且需采取搭设防护棚及其它防护措施，施工成本高。

为此，在本项目施工时，我们创造性地提出了采用预埋钢盒进行合拢段施工的方法，将大部分施工安全风险轉移至既有线外。即在浇筑合拢段梁段B10#块混凝土时，在B10#梁段预埋1.3m钢盒，其中锚固于梁体0.8m，外伸0.5m，以保证在转体过程中两段钢盒不会碰擦，保证转体顺利。转体完成后，在中间安装中块钢盒，两端钢盒在底板设有纵肋，通过纵肋搭接焊接，同时钢盒底板搭接长度5cm。在箱梁顶板布置劲性骨架，骨架上设有横担梁，横担梁下吊螺纹钢，以保证钢盒的受力安全。经相关部门评估后将合拢段的施工由邻近营业线A类施工降为B类。

3 钢盒设计

中跨合拢段长度2m，分三段加工钢盒（130+110+130）cm，每段分三部分制造，分别为底板、腹板和翼缘板，钢盒面板厚度为12mm厚钢板，加劲肋厚10mm。为确保合拢后能形成封闭空间及钢盒之间有足够的搭接长度，中间110cm部分外径与130cm部分内径相同尺寸，同时保证每端搭接长度5cm。钢盒构造见图1及图2。

根据梁体合拢段预应力管道布置，钢盒底板设置纵横肋，纵肋高度20cm，横肋高度5cm，避免对纵向预应力管道及钢筋的干扰。为加强钢盒与混凝土连接性，在钢盒板面内侧焊接？准20栓钉，栓钉长20cm。

加劲肋上每隔50cm预留一个2cm孔穿钢丝绳，将钢丝绳穿过肋板后屌于扁担梁上采用专用锁扣锁紧，通过紧线器调松紧。加劲肋上的吊点集中在腹板下部，加密布置，间距25cm。合拢段中隔板承重采用在临时锁定钢梁上增加横向吊梁来实现，统一在底部肋板上按50cm间距布置吊点，并用钢丝绳悬吊，见图3。

在中间段钢板与两端钢板间涂耐候结构胶密封，防止水及水泥浆流入线路。

4 计算工况

4.1 验算指标

①Q235钢：

fy=215MPa，fv=125MPa

②ФT32精轧螺纹钢：

fy=650MPa

③变形值小于L/400。

4.2 计算模型

计算模型见图4。

4.3 荷载计算

合拢段长2.0m，合拢断面顶板厚43cm，底板厚50cm，腹板厚50cm，合拢段中间有1.0m厚横隔板，中间留人孔。

①由于边块钢盒腹板已锚入B10#块混凝土梁体，其自重有一部分由已浇筑梁段承担，钢盒自重取一块边盒和一块中盒的组合：GZ=56.35kN。

②横隔板（长度1.0m，扣除人孔）。

面积A1=24.11m2，则得自重G1=24.11×26=626.86kN

③直线段（长度1.0m）。

面积A2=11.73m2，则得自重G2=305.0kN

④内模重。

内模采用竹胶板加方木的组合模板，取q=1kN/m2

箱室内壁周长：S1=15.54m2；

人孔内壁周长：S2=6.42m2；

隔板侧壁面积：A3=9.11m2；

则：G3=（S1+S2）×q×1.0+A3×q=31.05kN。

⑤人员、施工料具运输及材料堆放荷载。

查《路桥施工计算手册》：取2.5kN/m2，按作用于底板计：N=2.5×6.4×2=32kN。

⑥浇筑混凝土时冲击荷载：取冲击系数1.05。

GS1=0.05×（G1+G2）=0.5×（626.86+304.98）=46.59kN。

⑦浇筑混凝土时振捣荷载。

查《路桥施工计算手册》：取2.0kN/m2，按作用于底板计：GS2=2.0×6.4×2=25.6kN。

4.4 荷载组合

查《路桥施工计算手册》：按表1进行荷载组合。

5 钢盒承载计算

5.1 横担梁

假定所有荷载通过螺纹钢吊杆传递于横担梁上，则：

S=1.2×GZ+1.2×（G1+G2）+1.2×G3+1.4×N+1.4×（GS1+GS2）

=1.2×56.35+1.2×（626.86+304.98）+1.2×31.05+1.4×32+1.4×（46.59+25.6）

=1368.95kN

ФT32精轧螺纹钢最大承载力：F=A×fy=804.2×650=522.73kN

则需要ФT32精轧螺纹钢数目：n=S/F=2.61，取n=4，即在劲性骨架上设置2根横担梁，每根横担梁上设置2颗扁担梁悬吊ФT32精轧螺纹钢吊杆，每根吊杆承受拉力：

F=1368.95/4=342.24kN

横担梁以简支梁计算，采用双I25#b工字钢组合截面，横担梁自重：1.31kN/m，截面积：A=107cm2，惯性矩：I=10560cm4，W=845cm3。

横担梁计算简图见图5，应力计算结果见图6，图7，位移计算结果见图8。

计算得横担梁：

最大应力：154.1MPa

最大剪应力：41.3MPa

最大竖向变形发生在悬臂端：4.96mm<1500/200=7.5mm，满足！

支点间最大竖向变形：2.73mm<1538/400=3.85mm，满足！

5.2 劲性骨架

劲性骨架采用双[32b槽钢组合截面，截面积A=110cm2，惯性矩：I=16288cm4，W=1018cm3，SX=605cm3。

横担梁置于劲性骨架上，取中支点最大反力处：373.3kN。

劲性骨架锚固于箱梁顶板，按简支梁计算：跨径取2.0m。

最大弯矩：M=PL/4=373.3×2/4=186.65kN·m

σ=M/W=186.65×103/1018=183.35MPa

最大位移：

y=Pl3/144EI

=373.3×103×23×/（144×210×109×16288×10-8）

=0.6mm<2000/400=5mm，满足！

5.3 计算结果

转体钢盒强度及变形都满足施工要求。

6 结束语

①连续梁合拢段预埋钢盒施工新型施工工艺及方法，钢盒作为合拢段的模板，合拢完成后成为桥梁结构的一部分，不用拆除，减少了施工的工作量。

②鋼盒在在转体前安装，对既有线运营无干扰。钢盒封闭的结构形式起到了防止施工时高空坠物，保障了既有线的安全运营，不需搭设铁路防护棚。同时本项目合拢段施工由邻近营业线A类施工降为B类，大幅降低了既有线防护方面的费用。

③合拢段预埋钢盒法施工具有安全性能好，施工简便，施工速度快，工程造价低等优点，同样适用于其它连续梁合拢段的施工，在今后的预应力连续梁施工中具有较强的推广价值。

参考文献：

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