高速鐵路箱梁預制廠拼裝式棚架設計

司小飛

摘要：高速鐵路箱梁預制施工中，由于預制工序銜接，箱梁生產(chǎn)需要連續(xù)生產(chǎn)作業(yè)，為保證在降雨天氣下正常施工及箱梁養(yǎng)護需要，需設置防雨及蒸汽養(yǎng)護棚架，目前常用雨棚及蒸養(yǎng)棚均采用焊接加工，不利周轉(zhuǎn)，因此根據(jù)現(xiàn)場需求加工一種采用螺栓連接的拼裝式棚架，既可作為防御棚架，冬季經(jīng)過調(diào)整后也可作為蒸養(yǎng)棚架，極大的節(jié)約了工裝成本，本文通過對拼裝式棚架進行設計計算，分別計算在風荷載、雪荷載下棚架構(gòu)件的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足現(xiàn)場預制施工要求。

Abstract： In the precast construction of high speed railway box girder， the box girder prefabrication needs continuous operation due to the connection of prefabrication process. In order to ensure the normal construction and meet the maintenance conditions of the box beam under the rain weather， it is necessary to set up the rain proof and maintenance shelving. A kind of assembling type box frame with bolt connection can not only be used as a rainproof shelter， but also can be used as a steaming support frame in winter， and the cost of tooling is saved greatly. In this paper， the strength， stiffness and stability of the frame members under wind and snow load are designed and calculated， to meet the requirements of site precast construction.

關(guān)鍵詞：拼裝棚架;防雨棚;蒸養(yǎng)棚;螺栓連接

Key words： assembled scaffolding;anti rain shed;steaming shed;bolt connection

中圖分類號：U445 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）13-0120-03

0 ?引言

高速鐵路900t箱梁預制生產(chǎn)施工中，設備工裝設計對梁體預制質(zhì)量、大臨工程成本、安裝及調(diào)整便利性起到關(guān)鍵作用[1]，梁場建設及規(guī)劃完成后根據(jù)生產(chǎn)規(guī)模及預制工期要求，合理的配備預制工裝是預制工程能否順利完成的基本條件，工裝設計包括預制箱梁模板、蒸養(yǎng)棚、防雨棚、鋼筋綁扎胎具、鋼筋骨架吊具設計等，由于受到其臨時性及獨有特性，現(xiàn)場必須根據(jù)實際使用要求具有針對性的設計及加工工裝，因此臨時周轉(zhuǎn)工裝設計首先應要滿足現(xiàn)場施工為首要條件，考慮臨時工裝的周轉(zhuǎn)特性、拼裝便捷等特性需求，具有針對性的加工相應的工裝及小型機具，能極大的提高現(xiàn)場作業(yè)的工作效率[2]。保證箱梁預制質(zhì)量，本著預制拼裝、多次可周轉(zhuǎn)的設計理念，設計及優(yōu)化臨時棚架，以供類似工程參考。

1 ?拼裝式棚架設計加工

高速鐵路箱梁預制梁型包括標準32m、24m跨度及40m大跨度簡支箱梁，以預制標準跨度為例，棚架必須按照32m箱梁設計，尺寸要求不小于34m×14m，占地面積較大，若防雨棚和蒸養(yǎng)棚分別制作，在存放時影響箱梁內(nèi)模、端模存放和橡膠抽拔棒施工，因此按照防雨棚設計，在滿足需求的前提下，通過調(diào)整雨棚立柱高度及密閉設置，可轉(zhuǎn)換成蒸養(yǎng)棚使用，由于焊接不利于工裝周轉(zhuǎn)，連接節(jié)點均采用節(jié)點板螺栓方式，極大的方便了現(xiàn)場的預制施工。

拼裝式棚架縱梁采用□100×4，橫梁采用□150×4，橫梁分為2段，長度15m;縱梁分為6段，每段長度5.5m，共計33m，縱梁與橫梁連接位置不同高度分為三種，分別為0.8m、0.96m、1.12m，均為桁架式結(jié)構(gòu)，見圖1。

棚架連接均采用Φ20mm高強螺栓連接，連接鋼板厚度2cm，螺栓個數(shù)根據(jù)軸向最大豎桿計算。頂部及側(cè)面采用3mm厚彩鋼覆蓋，當用作蒸養(yǎng)棚時候去掉一節(jié)立桿，側(cè)面漏空區(qū)域采用棉篷布圍擋，見圖2。

立桿之間采用法蘭盤連接，立桿與地面硬化層之間采用預埋屏插是連接，預埋套筒孔洞稍大于立柱直徑，方便調(diào)整，安裝過程采用龍門吊整體抬升后插入至預埋套筒。

2 ?棚架設計及結(jié)構(gòu)計算

2.1 荷載組合

棚架承受的荷載包括：棚架自重、風荷載、雪荷載以及活荷載?？紤]永久荷載起控制作用及可變荷載起控制作用兩種荷載組合，分別計算并按照最不利荷載組合，計算棚架荷載。

永久荷載控制組合：

Sk=1.35Gk+0.6×1.4wk+0.7×1.4sk（或Qk）

可變荷載控制組合：

Sk=1.2Gk+1.4×wk+0.7×1.4sk（或Qk）

Sk—荷載組合設計值;

Gk—棚架自重;

wk—風荷載;

sk—雪荷載;

Qk—屋面活荷載。

根據(jù)荷載組合計算最不利組合為可變荷載控制組合設計值，屋面雪荷載小于活荷載值，因此采用屋面活荷載作為組合可變荷載值，合肥地區(qū)基本風壓為0.6kN/m2，基本雪壓按照50年一遇值計算，雨蓬面活荷載標準值?。?.5kN/m2，計算最不利荷載值，根據(jù)彩鋼面積轉(zhuǎn)換為橫梁上集中力計算棚架結(jié)構(gòu)，根據(jù)計算，最不利荷載組合為0.00172MPa，橫梁間距5.5m，高度0.9m，因此單個橫梁集中力為8.5kN。

2.2 強度及剛度計算

采用邁達斯結(jié)構(gòu)設計軟件對棚架進行整體建模，通過施加側(cè)向點靜力荷載模擬最大風荷載，通過頂棚施加雪荷載分析活荷載對棚架影響，分別計算橫梁、縱梁及立柱組合應力。添加穩(wěn)定性分析控制數(shù)據(jù)，荷載特征值大于4位滿足穩(wěn)定性條件。見圖3。

2.2.1 縱梁組合應力計算結(jié)果

根據(jù)計算縱梁計算結(jié)果，見圖4、圖5，縱梁最大組合應力78MPa，最大剪切應力1.8MPa，均小于容許應力145MPa，縱梁滿足強度要求。

2.2.2 橫梁組合應力計算結(jié)果

根據(jù)計算橫梁計算結(jié)果，見圖6、圖7，縱梁最大組合應力136MPa，最大剪切應力2.8MPa，均小于容許應力145MPa，橫梁滿足強度要求。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出，橫梁、縱梁、立柱及橫向連接剪刀撐組合應力最大為136MPa，Q235鋼材容許應力145MPa，滿足規(guī)范及強度要求。強度最大處為立桿底部及頂部連接處，因此施工中法蘭盤處增加加強鋼板，分散錨固段集中應力。

2.3 剛度計算

棚架由于受到風力及其他活荷載影響，自身為柔性結(jié)構(gòu)，當風力作用是允許其結(jié)構(gòu)具有一定的抗風及變形能力，施工及安裝完成后增加抗風錨固措施，設置纜風繩固定，以保證自身的穩(wěn)固，根據(jù)計算可以看出棚架橫向側(cè)移動最大為20mm，滿足其施工要求。見圖8。

根據(jù)計算結(jié)果可以看出側(cè)移方向由于風向不同，側(cè)移動方向及范圍也不同，施工中如果遇大風及暴雨天氣，應根據(jù)現(xiàn)場風力增加側(cè)向纜風繩。

2.4 穩(wěn)定性分析

棚架由于自身結(jié)構(gòu)為細長構(gòu)件，荷載主要為風荷載及雪荷載或施工活荷載，其安裝完成后自穩(wěn)能力的大小決定了棚架抗變形能力的強弱，因此長細比較大構(gòu)件主要控制因素為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。Midas屈曲分析用于預測一個理想彈性結(jié)構(gòu)的理論屈曲強度，模型假設為完善體系，Midas計算臨界荷載Fcr為：

Fcr=？琢×（變量）+常量

式中：？琢為結(jié)構(gòu)第1模態(tài)臨界荷載特征值;變量為構(gòu)件棚架活荷載;常量為棚架自重。臨界荷載特征值可以反映棚架整體穩(wěn)定性，特征值越大、支架穩(wěn)定性越強，反之則弱，根據(jù)計算結(jié)果第一模態(tài)特征值為8，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性滿足要求。

3 ?工程實例

廬江制梁場，位于安微省合肥市廬江縣萬山鎮(zhèn)程橋村。承擔跨合安高速特大橋～廬江特大橋范圍內(nèi)共計627孔（其中32m箱梁600孔、24m箱梁27孔）的箱梁預制任務。

根據(jù)前期設計及現(xiàn)場需求，加工拼裝式棚架1套，現(xiàn)場作為防雨棚及蒸養(yǎng)棚使用，經(jīng)過現(xiàn)場加工及使用，棚架設計結(jié)構(gòu)較合理，棚架頂部加固構(gòu)件均采用U型螺栓連接，拆裝方便，經(jīng)過現(xiàn)場使用取得了良好的效果。

4 ?結(jié)論

①采用螺栓式拼裝棚架設計，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固可靠，為預制梁場可周轉(zhuǎn)式工裝改造提供理論依據(jù)。

②結(jié)合梁場總體規(guī)劃，采用防雨棚與蒸養(yǎng)棚2合1棚架設計法，節(jié)約占地，降低工程成本。

③分析臨時工程荷載組合，施工中活荷載為棚架設計可變荷載的主控項，采用軟件計算臨界荷載特征值不小于4，現(xiàn)場施工及安裝滿足使用要求。

參考文獻：

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[3]秦吉紅.簡述鋼結(jié)構(gòu)雨棚設計過程[J].門窗，2015（10）.