高速铁路20 m节段预制胶拼梁构造设计与受力研究.pdf

文章编号:()收稿日期:基金项目:中国铁路设计集团科技开发重点课题()作者简介:郝勇()男山西太原人工程师硕士主要研究方向为桥梁设计:.引文格式:郝勇.高速铁路 节段预制胶拼梁构造设计与受力研究.铁道建筑技术():.高速铁路 节段预制胶拼梁构造设计与受力研究郝 勇(中国铁路设计集团有限公司 天津)摘 要:以东南亚地区某高速铁路工程 节段预制胶拼简支梁为研究对象结合项目当地的运输和架设能力将梁体划分为多个节段控制节段重量不大于 并通过在节段间涂抹环氧树脂胶、张拉纵向临时预应力、设置节段缝间剪力键等方式适应节段拼装施工的锚固和定位要求保证梁体连接的可靠性通过建立/有限元分析模型进行了梁体的强度检算、变形检算胶接缝处的抗剪检算、梁体吊装过程中的节段受力检算等 研究结果表明该 节段预制胶拼简支梁作为一种首次应用于高速铁路项目中的常规简支梁结构强度和变形指标满足规范要求胶接缝处受力可靠吊装过程中梁体状态安全适用于高速铁路工程为后续工程提供了借鉴关键词:铁路桥梁 简支箱梁 数值计算 力学性能 节段预制 胶拼缝中图分类号:.文献标识码:./.():./.:引言东南亚地区某高速铁路工程是“一带一路”的重点工程 境外工程的属地化特征明显技术方案不能照搬国内经验 需针对项目国情、施工工艺现状等特点提出技术、经济较优的设计方案 国内常规的整孔预制架设法运用于当地具有一些困难 首先在铁路沿线设置梁场的征地问题很难解决征地是当地工程建设控制方案的首要因素其次当地施工单位没有整孔预制架设所需的大型运架设备当地也不具备生产能力需全部从国外进口成本高昂最后当地大型的施工单位习惯采用节段拼装法施工铁道建筑技术 ()郝勇:高速铁路 节段预制胶拼梁构造设计与受力研究梁部具有成熟的施工经验已采用此施工工法建设完成多条铁路项目 因此项目全线常规简支梁采用节段预制胶拼法施工在我国节段预制胶拼技术在铁路领域应用较早早在上世纪 年代我国在成昆铁路的旧庄河 号桥的()连续梁上和孙水河 号桥的(.)连续梁上就首次采用了节段梁预制悬臂胶拼技术上世纪 年代采用悬臂胶拼技术施工(.)连续梁的石长线湘江大桥顺利建成通车 年黄韩候铁路竣工通车其芝水沟特大桥主桥首次将预制胶拼技术用于铁路简支梁结构采用了 孔 和 孔 节段预制胶拼简支箱梁 年竣工通车的田桓铁路的谢家崴子太子河特大桥采用了 孔单线 节段预制胶拼梁 年竣工通车的盐通铁路采用 节段预制胶拼梁跨越长江在建的京唐铁路潮白新河特大桥采用了节段预制胶拼法施工()连续梁在建的贵南高铁澄江双线特大桥为穿越澄江国家湿地公园也采用了 孔 节段预制胶拼简支梁由上述应用现状可知预制节段胶拼梁在国内起步较早但在铁路领域应用不多且较少应用于高速铁路项目中其通常应用于连续梁、连续刚构或 以上大跨简支梁对于常规跨度简支梁的应用较少通常应用于个别控制工点尚未在一整条高速铁路上作为一种常规的建造工法进行推行 以下 节段预制胶拼简支梁作为一种首次应用于高速铁路项目中的常规简支梁结构具有鲜明的结构特点和项目特色可以为后续高速铁路节段预制胶拼梁的设计提供借鉴 节段预制胶拼梁构造设计.结构尺寸该 节段预制胶拼简支梁采用 混凝土梁长.计算跨度为.截面中心线处梁高为 横桥向支座中心距为.截面类型为单箱单室跨中顶板厚度为 底板厚度为 腹板厚度为 并在梁端局部向内加厚至、桥面宽度为.梁体构造示意如图 所示图 梁体构造示意(单位:).节段尺寸节段长度取决于节段重量以及运输吊装时的尺寸限制要求 预制梁节段长度的划分不宜过大或过小过大的节段长度将导致单个节段过重不满足当地的运输和吊装条件过小的节段长度又会增加不必要的施工工序造成工期的增加 因此应结合梁体的截面尺寸以最大单节段重量小于且较为接近当地载重和吊重的最大值为宜本梁预制节段分为端头节段、渐变节段及标准节三类共 个节段 各节段长度均在.之间节段吊重接近最大吊重约为 与当地运输能力相匹配经济性较好 梁体节段划分如图 所示图 梁体节段划分(单位:).剪力键构造接缝面的剪力键是节段预制胶拼梁的关键构造对于发挥截面抗剪、相邻梁匹配定位等功能具有重要意义 本梁在顶板、腹板和底板分别设置剪力键剪力键形状为梯形为了使截面剪力更加均匀采用尺寸较小、数量较多的密键形式布置 为保证施工的正确性和连接的可靠性在设计中规定所有节段指向跨中方向前端的均为凸键后端为凹键 跨中节段设成两侧凹键 图 为该梁节段剪力键布置示意图(以过渡节段凹面布置侧为例)图 剪力键布置示意(单位:)节段预制胶拼简支梁力学性能分析本桥为单跨简支梁整体模型采用平面有限元程序/计算按照规范要求的设计荷载进行加载 模型共包含节点数 个单元数 个采用梁单元模拟梁部结构.强度检算为保证工程安全与一次浇筑成型的整体式箱梁相比预制胶拼箱梁的力学性能应进行适当折减分别按主力工况和主 附工况进行荷载组合并在模型中提取结果强度检算结果如表 所示(以二期恒载取 /为例)铁道建筑技术 ()郝勇:高速铁路 节段预制胶拼梁构造设计与受力研究表 梁体主要计算结果项目上翼缘最大应力/上翼缘最小应力/下翼缘最大应力/下翼缘最小应力/接缝处最小应力/最大剪应力/最大主压应力/最大主拉应力/最小强度安全系数最小抗裂安全系数主力.主 附.注:压应力为正拉应力为负 由表 计算结果可知主梁在最不利组合下的各项强度指标均符合规范要求.变形检算对于节段预制胶拼梁在结构变形计算时应考虑其胶接缝对于截面抗弯刚度的影响 根据铁科院的试验研究结果折减系数应取.()跨中挠度检算在 活载静力作用下提取模型中主梁最大竖向位移其位置发生在梁部跨中数值为.计算得挠跨比为/满足规范中梁体竖向挠度均不大于/的要求()梁端竖向转角检算在 活载静力作用下提取模型中主梁梁端水平位移计算得出梁端竖向转角为.满足规范中梁体竖向转角均不大于 的要求()竖向自振频率检算梁体动力特性与梁体二期恒载取值有关 分别按二期荷载取、/计算梁体竖向频率计算结果为二期恒载重量与自振频率成反比其中当二期恒载取/时竖向自振频率最低为.小于规范中简支梁竖向自振频率的限值.由上述计算结果可知主梁在最不利组合下的各项变形和刚度指标符合规范要求.胶接缝处的剪切强度验算()胶接缝抗剪计算方法胶接缝处的抗剪强度由三部分组成分别为剪力键的抗剪强度、弯起钢束的抗剪强度和摩阻力的抗剪强度 在实际计算过程中剪力键面积只考虑腹板部分顶底板上的剪力键作为安全储备 同样摩阻力受力面积亦只考虑腹板面积并扣除钢束孔道面积 摩擦系数取.即:.t .式中:为与胶接缝相交的纵向预应力弯起钢束受剪承载力为弯起钢束的抗拉计算强度为弯起钢束的截面面积 为弯起钢束与梁轴线的夹角为剪力键抗剪强度t为混凝土容许剪应力为剪力键面积为摩阻力抗剪强度为上、下缘的最小压应力的平均值为摩阻力受力面积()胶接缝抗剪检算由模型计算结果可知梁体剪力呈现两边大中间小的分布规律 第一道胶接缝距梁端.为剪力最大的一道胶接缝 取最大一档二期恒载进行验算在主 附荷载组合下提取第一道胶接缝处的剪力计算结果其剪力约为 计算结果得出主梁在最不利组合下此最不利胶接缝处能提供的最大抗剪力为.满足结构受力要求.起吊检算节段预制胶拼梁在梁场生产后需由铁路或公路运至桥位处地面由架桥机逐一起吊架设 此施工工序与国内常规整孔预制架设梁有较大区别有必要针对此起吊过程进行节段受力分析确保梁部结构在吊装施工过程中的安全()起吊工序介绍节段预制胶拼梁在桥位现场的施工内容主要有以下 项工序:依次吊装全部节段安装时将各节段向桥墩方向移动预留涂环氧树脂的空间并调整各节段线形 如图 所示图 依次吊装所有节段(工序)工序:校准 号节段位置将其固定 确保不发生位移、转动 在 号、号梁段接合面涂上环氧树脂将 号梁段与 号梁段密贴张拉临时预应力保证接缝间压应力不小于.直至环氧树脂固化 按此方法依次安装其余节段 张拉永久预应力束、封锚如图 所示铁道建筑技术 ()郝勇:高速铁路 节段预制胶拼梁构造设计与受力研究图 依次安装所有节段并张拉预应力(工序)工序:放松中部吊杆落梁至设计位置 安装支座 架梁完成架桥机过孔进入下一跨架设 如图 所示图 放松中部吊杆落梁至设计位置(工序)由上述施工步骤可知各节段在起吊安装过程中存在两种受力状态一种是工序 中每个节段单独起吊受力吊点承受此节段自身的重量另一种是工序 中由两个梁端节段承受全桥起吊重量 针对此两种受力状态进行受力分析()起吊受力分析标准节段:标准节段长度为.节段重量为.每个节段设 个吊点以承受节段自身重量参考公路规范相关规定设计时仅考虑 个吊环同时发挥作用 计算得钢筋应力为.满足受力要求梁端节段:梁端节段长度为.重量为.每个节段共设置 个吊点承受落梁工况下的半跨.梁重 参考公路规范相关规定设计时仅考虑 个吊环同时发挥作用 计算得钢筋应力为.满足受力要求 结论()本文以东南亚地区某高速铁路工程 节段预制胶拼简支梁为研究对象介绍了其桥跨形式和构造特点并通过建立/有限元分析模型进行了梁体的强度检算、变形检算 计算结果表明该 节段预制胶拼简支梁的强度和变形指标满足规范要求适用于高速铁路工程可以为同类型项目提供借鉴()本文介绍了节段预制胶拼简支梁胶接缝处的抗剪计算方法并运用此方法进行抗剪检算计算结果表明该 节段预制胶拼简支梁剪力键设置合理胶接缝处抗剪性能可靠()本文介绍了节段预制胶拼简支梁在桥位处的施工方法针对其在吊装过程中两种不同的起吊受力状态进行检算确保梁部节段在施工过程中的安全参考文献 孙海富.中国高铁标准在泰国的适应性分析.铁道工程学报():.冯印.境外普速铁路中小跨度桥梁结构选型与实践.铁道标准设计():.商耀兆.泰国曼谷至呵叻高速铁路装配式标准跨梁体设计与施工.铁道标准设计():.刘安双马振栋.预制节段拼装桥梁在城市轨道交通中的应用.公路交通技术():.陈开御.节段预制拼装式桥梁在铁路客运专线上运用的探讨.桥梁建设():.高明昌.铁路节段预制胶接拼装简支箱梁的技术特点和优势.铁道建筑():.张雷季伟强苏伟等.高速铁路()预应力混凝土连续梁节段预制胶拼法建造技术研究.铁道标准设计():.赵成龙.架桥机刚度对节段胶拼简支梁桥受力影响分析.铁道建筑技术():.李磊.铁路 跨节段预制胶拼连续梁施工技术与创新.铁道建筑技术():.许敏许志艳.高速铁路节段预制胶结拼装简支梁设计.中国勘察设计():.潘旦光韦杉杉 等.变高度简支箱梁剪力滞半解析解.力学季刊():.历付.节段预制胶拼简支梁的构造和力学性能分析.高速铁路技术():.(上接第 页).:().:.张修杰袁嘉豪岳学军等.基于优化 的混凝土梁裂缝分割及特征量化.科学技术与工程():.屈景怡刘畅.基于轻量化网络 的航班延误预测模型.信号处理():.蔡啟军彭程石向文.基于 轻量级人脸识别算法.计算机应用():.王钰婷.图像目标的显著性骨架计算方法研究.济南:山东大学:.铁道建筑技术 ()