六四式铁路军用梁作钢栈桥安装40 m T梁施工技术

钟远瞩

(四川超宇建设集团有限公司，四川成都610041)

1 工程概况

某公司在某市高耗能工业园区承担了两座大桥(A桥和B桥)的施工任务:A桥为三孔40 m预应力(后张法)钢筋混凝土简支梁，横向布置6片T形梁，下部构造1#主墩高18.79 m，2#主墩高20.44 m，基础均为明挖扩大混凝土基础。工期要求10个月完工，该公司在某市地区有一套秦皇岛北戴河机械厂生产的SDLB—40/120型双导梁架桥机，只能优先满足B桥40 m预应力T型梁的安装。为降低施工成本和保证工期，决定尝试利用公司闲置的六四式铁路军用梁作为钢栈桥，以解决A桥40 m(120 t)预应力钢筋混凝土T形梁安装。

采用栈桥法安装装配式钢筋混凝土简支梁的适用范围是:桥墩高而小、桥跨地质条件好、方便搭设支墩、孔跨少、安装重量较轻的梁式桥。A桥按理并不具备钢栈桥安装40 m预应力T型梁的特点，其主墩高18.79～20.44 m;桥跨内地质为粉质黏土层及堆积层，稳定性较差;40 m预应力钢筋混凝土T梁重量大，由于地形限制，预制场又必须设在距3#台台尾94 m处弯曲半径R=100 m的引道路基上。为解决40 m T梁的运输，还必须专门设计配套60 t运梁平车(带转盘能在弯道上行驶)。栈桥安装工艺，有前面成功的经验借鉴［1］、［2］，本文主要介绍钢栈桥设计和 60 t运梁平车设计。

2 钢栈桥设计方案

2.1 T梁安装方法

在预制场完成40 m T形梁张拉施工，利用卷扬机作牵引动力，用两台60 t平车沿轨道纵向运输T梁上栈桥，行驶到安装孔跨后，用4台50 t千斤顶顶升T梁，退出平车，然后将梁落在墩台帽的滚筒走板上。利用倒链滑车横向牵引走板横移T梁至安装位，用千斤顶顶升T梁，撤除走板，安装支座板，然后落梁就位。

2.2 栈桥结构设计

栈桥设计考虑利用以前工程施工后闲置的支架设备。因而利用六四式铁路军用梁桁片做主梁，φ360×6钢管做立柱，原钢拱架主弦2［30a槽钢做柱顶分配梁，钢栈桥构造简图见图1。

1.2.1 主梁设计

主梁由单层(1.5 m桁高)三片军用梁桁片组成。平车轨道布置于栈桥轴线上，轨距1.435 m，为保证3片桁片受力均匀，通过假定各桁片对枕木的支反力相等，计算得桁片间中心距0.95 m，栈桥全宽为0.95×2+0.52(单桁片宽)=2.42 m。为保证主梁桁片的横向稳定性，利用套筒螺栓进行各桁片间的横向连接定位，同时在桁片上下弦利用连接系槽钢及2号U型螺栓进行连接。纵向利用∠125×10等边角钢接长端构架主弦使主梁与桥墩台抵紧。

2.2.2 立柱设计

如图1所示，在每孔跨中和梁端各布置两排、每排两根共4根φ360×6钢管做桁片支承立柱，四根立柱钢管每间隔3～4 m利用双层φ50×5脚手架钢管夹持固定，同时设置剪刀撑，以保证立柱的受压稳定性。每排立柱间的横向间距1.9 m，即布置在边桁片轴线上。立柱接长采用法兰盘进行等强度连接。立柱基础为C20混凝土扩大基础。

2.2.3 柱顶分配梁设计

利用原三滩大桥钢拱架主弦(2［30a槽钢)做柱顶分配梁，利用缀板连接成组合断面。分配梁与柱顶座板间用螺栓进行连接。在分配梁顶面两端焊接定位角钢对主梁进行限位。

2.3 栈桥结构计算

2.3.1 主梁计算

通过合理设置桁片间间距，使枕木作用于各桁片的支承力相等，因而取单片桁片按平面杆系结构进行计算，电算简图如图2。

结构简化和约束:由于军用梁基本三角、端构架内腹杆皆为全焊结构，按刚结点处理;端构架、基本三角和弦杆之间的连接为销接，按铰结点处理。同时在立柱支承结点约束其坚向位移。

图1 栈桥总体布置示意(单位:m)

图2 栈桥军用梁桁片电算简图(单位:m)

荷载:自重荷载按杆件单位长度重量计入，考虑轨道枕木重量，将自重荷载乘以一个增大系数。T梁按自重乘1.2倍冲击系数作用于平车上，平车轮压通过钢轨按三跨连续梁分配在四根枕木上，枕木布置于军用梁桁片节点上，间距1 m。

计算工况:共计算了图2中的7种平车运行状态，并取每根杆件在各状态中受力的最大值控制设计。

计算结果:三角架主弦杆(2［16最大受力为计算工况四时的27、28 单元，N27≈N28=－425.6 kN＜［N］=－1160 kN。斜腹杆(2［8)×最大受力为计算工况三时的121单元，N121=－241.4 kN＜［N］=±450 kN。中坚杆(2∠50×5)最大受力为计算工况二时的66单元，N66=－132.4 kN＜［N］=－150 kN。最大挠度为计算工况三时的29号结点，V29=17.2 mm。

2.3.2 柱顶横梁计算

按简支梁计算其最大弯矩和剪力，并计算相应的应力:σmax=138.5 MPa＜［σ］=145 MPa，τmax=27.4 MPa＜［τ］=85 MPa。

2.3.3 立柱计算

由于立柱下端与基础固结，上端通过分配梁与军用梁桁架连接，因而按一端固定、一端铰支的轴心受压杆件进行计算，考虑压杆折减后立柱最大应力:σmax=82.1 MPa＜［σ］=145 MPa。

3 60 t平车设计

3.1 设计原则

根据六四式铁路军用梁钢栈桥设计计算结果，若用四轮平车，轮压产生的局部集中力太大，军用梁三角桁架腹杆应力超出规范容许值。要解决这个问题，一是增加军用梁桁片数量;二是改用六轮平车。增加军用梁桁片数量将大大增加用钢量，很不经济，改用六轮平车则是一个较好的解决办法［3］。六轮平车(三轴)轴间距设计为1 m，为使平车每个轮压相等，设计详细计算了横向分配梁在纵向分配梁上的作力点位置，如图3示。同时平车上必须带有转盘，才能满足平车在R=100 m小弯道半径上行驶的需要。

图3 平车横梁作用位置示意(单位:mm)

3.2 平车设计

3.2.1 平车架设计

(1)平车轮轴间距1.0 m，要使三轴受力相同，按两跨连续梁计算，平车荷载作用点如图3。

将60 t荷载分成两个相等的P1力作用在图示车架位置上，即可满足三轴受力相等(即RA=RB=RC)。据此再根据以往的四轮平车架结构形式，拟定六轮平车架结构形式，如图4。

图4 车架布置示意

(2)设计要求:车架高度一致。车架的中纵梁、中横梁、纵车架、横车架型钢截面尺寸一致，便于加工。验算平车中纵梁、中横梁、纵车架在最大荷载作用下的支点反力、跨中弯矩、剪力、最大挠度，确保车架有足够的强度和刚度，保证运梁安全。

(3)验算步骤。①中纵梁型钢截面选择:在60 t重的T梁荷载作用下，计算中纵梁的支点反力、跨中弯矩、剪力、最大挠度，选择中纵梁型钢型号。②中横梁型钢截面选择:根据中纵梁计算出来的端支点反力，作用在中横梁上，计算中横梁的支点反力、跨中弯矩、剪力、最大挠度，选择中横梁型钢型号。③纵车架型钢截面选择:根据中横梁计算出来的一端支点反力，作为纵车架的两个作用外力，按两跨连续梁计算纵车架上的三个支点反力、弯矩、剪力，选择纵车架型钢型号。④综合选型:通过上述计算最后选用4根［24b槽钢做平车中纵梁，两根［24b槽钢做平车中横梁，两根［24b槽钢做平车纵车架，联杆、横车架作为构造杆件均选用［24b，材质皆为16 Mn钢，除纵车架中支点外弯应力偏大外，均能满足强度和刚度要求。⑤纵车架中支点处弯应力偏大的处理:纵车架中轴附近计算负弯矩偏大，在设计平车转盘时，增加了一块12 mm厚、650 mm宽的钢板，与纵车架［24b槽钢构成组合断面方式加以处理来满足设计要求。

3.2.2 车轴设计

根据中横梁计算出来的支点反力作外力，选择45#钢轴做车轴，验算车轴在剪力和弯矩，决定钢轴直径。

3.2.3 车轮设计

60 t外力按6个车轮来平均分配，每个轮承受10 t，在《机械设计手册》［4］中选定车轮直径、轴承规格。

3.2.4 平车牵引

按20 t的牵引力，验算牵引销子、钢板的受力。

3.3 转盘设计

转盘构造图如图5，实施时在转盘上面加强放两根20 cm×20 cm×200 cm的枕木，将T形梁放在枕木上面，枕木两端用螺栓锚固了角钢，供设T形梁支护斜撑用。运梁平车在弯道上行驶时，转盘转动灵活，18片T形梁采用带有转盘的平车通过弯道，未发现支垫处有混凝土损坏现象。

4 结束语

图5 平车上下转盘示意图

(1)该工程采用六四式铁路军用梁做钢栈桥是一次成功的尝试，施工安全可靠，安装进度快，A桥安装完最后一片T形梁只比B桥晚3天时间，保证了工期进度。

(2)栈桥整体稳定性好，设计计算数据准确，并采用了一系列加强钢栈桥桁片之间的横向稳定措施，支墩的整体稳定措施及60 t运梁平车轮压的分散。40 m(120 t)预应力钢筋混凝土T梁在栈桥上运行平稳，在10多分钟内走完100 m长的钢栈桥。

(3)比较经济。在该工程40 m钢栈桥主要材料数量中，利用公司闲置的原有材料或定型设备116.2 t，新加工用材料或定型设备仅10 t。B桥用的SDLB－40/120型双导梁架桥机从成南高速公路金堂沱江大桥工地运回某市仅运费就花费几十万元。

(4)安装方便。借助该桥下部构造施工用的简易悬索系统安装钢栈桥支墩和桁片，安装速度快，为钢栈桥早日投入使用打下了良好的基础。

(5)由于60 t运梁平车比较高，顶升落梁工作比较大，相应的减慢了整个栈桥的安装速度，增加了在整个工程中的支出。今后设计类似的平车，要在高度上下功夫，减少顶升工作，加快安装速度，降低安装成本。

［1］龙亮.钢栈桥施工技术［J］.市政与路桥，2008(10):179－179，106

［2］程震，蒋坚.钢栈桥行车道板替代材料的研究与试验［J］.水运工程，2008(11):68－71

［3］聂卫岗.钢结构安装中汽车吊的选用［J］.山西建筑，2009(31):153－154

［4］机械设计手册(新编软件版2008)［CD］.机械工业出版社，2008