六四式军用梁在跨河现浇连续梁中的应用教学文稿.doc

六四式军用梁在跨河现浇连续梁中的应用

精品文档
六四式军用梁在济南顺河高架桥
中跨河现浇连续梁中的应用与检算
(中铁十八局集团有限公司 杨利全)
摘 要：六四式军用梁广泛用于桥梁工程建设中，并取得了巨大的经济效益。但多年来其使用经验尚未总结传播，在一定程度上影响该器材作用的发挥和正确使用，致使使用不当的情况发生，有的甚至出现重大事故。结合工程实际，介绍六四式军用梁的特性及使用、检算方法。
关键词：六四式 军用梁 应用
1 工程概况
济南顺河高架路北延工程第三合同段，全线采用高架桥形式，主线桥全长1483ｍ，总计11联102单幅孔，上部结构设计为五孔一联的大悬臂单箱单室断面纵、横向预应力砼现浇连续箱梁，实行逐孔浇筑逐孔张拉，跨径30ｍ，箱高1.5ｍ，单幅顶板宽12.24ｍ，底板宽5.5ｍ，箱梁顶板悬臂2.62ｍ，单孔箱梁砼220ｍ3，重量约5800KN。
该桥顺西泺河而建，河宽22ｍ，有36孔连续梁位于河道上。上部结构工期只有6个月，根据工程实际情况，从技术先进性、可操作性、工期保证、环境影响和经济效益上，对各种跨河方案进行比选，北段5联50单幅孔，最小曲线半径2000m，采用MSS滑移模架施工；南段5联50单幅孔，最小曲线半径260m，地方环境干扰较大，高压线拆迁缓慢，使用滑移模架受到限制，82＃～92＃墩跨河部分采用加强型六四式军用梁上加碗扣支架组合支承系统，桥梁跨河位置见图一。
2 六四式军用梁基本特性
六四式（加强型）铁路军用梁是一种可分解的、能快速架设的、主要用于抢修的制式桥梁，主要有以下特点： 采用16Mn钢（15锰钒氮）全焊制成，主梁为可分解的轻型桁架、销接组装；构件可以互换，可多次重复使用；桥梁主梁的组合形式，可根据跨径、荷载的大小改变。
2.1　桁架结构及基本尺寸（见图二、三）
2.2　构件断面特性　
　　　　　　　　　　　　主要构件的截面性质（1）（2）　　　　　　　　表一
截面性质
杆件名称
钢材
材质
截　　面
截面积
ｃｍ2
Ｉｘ
ｃｍ4
Ｗｘ
ｃｍ3
承载能力(t)
φ
标准
三角
弦杆
16锰
2［16ｂ
50.3
1869
233.6
+100
0.833
斜腹杆
2［8ｂ
20.48
202.6
50.3
±42
0.867
中竖杆
2∠50×50×5
9.6
22.42
6.26
-10
0.594
加强
三角
弦杆
15锰钒氮
2［16ｂ
50.3
1869
233.6
+140
0.833
斜腹杆
16锰
2［8ｂ
20.48
202.6
50.3
±42
0.867
中竖杆

9.6
22.42
6.26
-10
0.594
端构架
端压杆
16锰
2［10
25.48
396.6
78.8
-54
0.884
斜拉杆
2［10
25.48
396.6
78.8
+55
～
斜压杆
2［8
20.48
202.6
50.3
-41
0.832
端弦杆
16锰
2［16ａ
43.9
1732.4
216.6
+100
～
斜弦杆
2［16ａ
43.9
1732.4
216.6
+100
～
撑　杆
2［16ａ
43.9
1732.4
216.6
-45
0.844
注：表中承载力正号为受拉，负号为受压
2.3　材料容许应力（MPａ）
　　　　　　　　　　　　　　　　　材料容许应力（3）　　　　　　　　　　　　　　　　　表二
　　　　容许应力
　材　料
σｓ－屈服强度
［σ］－容许应力
［τ］－容许剪力
16锰　桥
340
240
140
15锰钒氮
450
340
200
35硅　锰（钢销）

300
3　跨河方案选择
3.1 方案一：在承台上搭设六五式军用支墩，在跨中两片三角桁架端点处布置4棵φ80ｃｍ的钻孔灌注桩，桩长18m，桩顶直接插Φ529mm钢管立柱做为中支墩，以减小跨度，纵向架设加强型六四式单层军用梁跨河作为现浇梁的工作平台，此布置形式最大度算跨度12ｍ，设6片，分布于墩柱两侧，每侧3片，横桥向每米设一道H30型钢，长度12ｍ，布置图见图四。
3.2 方案二：西泺河河宽均在21～22m，河岸有护堤，东岸墙背填土填料以建筑垃圾为主，西岸靠近清河路，墙背填土为石灰处理土，两侧护堤顶面标高相差在5cm以内。根据实际情况，采取28m双层军用梁横跨西泺河作为现浇梁工作平台，上搭设碗扣式支架。军用梁2片为1组，组间净间距2m，纵向用联结系槽钢联结，上铺军用梁钢枕，布置图见图五。
3.3 方案比选
结合现场实际情况对以上两种方案进行比较，见表三。综合考虑各方面因素，选择第二种方案：军用梁横跨西泺河。
方案比较表 表三
方 案
比选项目
方案一：纵向架设单层军用梁，跨中设中支墩，基础为钻孔桩。
方案二：双层军用梁横跨西泺河，上搭设碗扣式支架。
优点
1． 单层军用梁结构轻便，拆装容易；
2． 跨中设中支墩，加载后挠度只有1cm，变形小；
3． 受力明确；
4． 不受河岸影响。
1． 机动性强，可利用河岸作为支点；
2． 不影响河道排洪；
3． 1孔军用梁可同时作为2幅现浇梁的工作平台；
缺点
1． 河中设钻孔桩和钢管临时支墩，影响汛期河道排洪；
2． 由于中支墩为临时设施，箱梁施工完后需将河道恢复原貌；
3． 河中钻孔难度大，需围堰填筑钻桩平台；
1． 双层军用梁自重大，拆装不方便；
2． 受两侧河堤的影响较大，墙背回填不密实的部分需重新挖除换填；
经济性分析
左、右幅各配两个施工段计6单孔军用梁：(1)28m单层军用梁36片计185t，租赁费185t×235元/t月，8个月计34.8万元；(2)Φ80cm钻孔桩60棵1080m，每米240元计25.9万元；(3) Φ529mm钢管540米69.4吨，每吨3500元，计24.2万元；(4)H30型钢150根，重量76t，每吨3500元计26.6万元；(4)拆除中支墩，恢复河道约15万元。合计126.5万元。
配2.5孔军用梁，可同时施工左、右两幅各三个施工阶段：(1)28m双层军用梁50片包括配件计495t，租赁费93.1万元；(2)河岸两侧地基处理，C25砼240m3，钢筋12t，计8.5万元；(3)移梁天车1台计5.5万元。合计106.6万元。
比较结果
方案可操作性差，造价高，河道恢复干扰大，不可预见费用高，不可行。
加工一移梁天车解决移梁问题，方案较经济，可操作性强，有成熟的经验，可行。
4 结构检算
4.1　受力分析
最不利荷载作用状态是位于现浇梁端部加厚段，并正好作用于军用梁跨中，局部均布荷载按集中荷载进行检算可满足要求，受力分析见图六。
4.2　挠度计算
军用梁组拼的桁架结构的挠度由两部分组成，一是由单销间隙产生的非弹性挠度，另一部分是由梁体自重产生的弹性挠度。其中单销间隙产生的非弹性挠度可通过预压消除。
军用梁的弹性挠度计算：
方法一：采用B.C.卡秋林公式（3）计算：
　　f=kPL3/48EI
式中：f- 挠度 m
P- 集中荷载，梁体自重加上施工荷载按7000KN考虑，每孔布置20片军用梁，每片承受荷载P＝7000/20＝350KN
L- 最大计算跨度28m
E- 弹性模量 2.1×1011Pa
I-单片双层军用梁组合断面惯性矩，见图七。
I=4Wｚ（自身的惯性矩应为2×1869=3738）＋4Aｙ2＝4×934.5＋4×25.15×1502=2267238cm4，式中Wｚ为弦杆截面对中性轴的抗弯截面系数，ｙ为截面形心座标，A为弦杆截面积，查表一，Wｚ=934.5cm3，A=25.15cm2。
K- 卡秋林桁架计算系数 K=1＋（ｔｇθ＋ｃｔｇθ）×ｈ0/L×（1.61－0.335ｈ0/ｈ），单层军用梁计算高度ｈ＝3.0ｍ，在支座处军用梁主要受剪，其计算高度ｈ0取3.0ｍ，θ为跨中斜杆与垂直线的夹角，ｔｇθ＝1/0.75，ｃｔｇθ＝0.75，
K＝1＋（1/0.75＋0.75）×3/28×（1.61－0.335×3/3）＝1.285
计算挠度：f= kPL3/48EI＝1.285×350×103×283/（48×2.1×1011×2267238×10－8）＝0.04ｍ
方法二：采用军用梁挠度计算经验公式
恒载挠度ｆ＝ｇ×ΣΩ（2）
式中：ｇ－每片军用梁承受的恒载，局部均布荷载作用范围按18ｍ计算，换算恒载1.9ｔ/ｍ。
ΣΩ－挠度影响线面积　查《铁路军用梁检算参考资料》（内部资料）表Ⅵ－2，28ｍ双层军用梁ΣΩ＝2.116ｃｍ·
ｍ/ｔ。
　　ｆ＝1.9×2.116＝4.0ｃｍ＝0.04ｍ
以上两种方法计算军用梁跨中恒载产生的挠度结果一致，但考虑到军用梁属战备物资的特殊性，《铁路军用梁检算参考资料》（内部资料）没有流通，建议其挠度计算采用B.C.卡秋林公式。
4.3　预压试验
为检验各构件受力后的安全性，检查构件应变实测值与理论值的差异，对军用梁进行预压，整个荷载试验按模拟施工荷载的方法进行，加载采用砂袋，为保证预压重量的准确性，砂袋均过磅，预压结果见表四。
　　　　　　　　军用梁预压沉降观测结果（ｍｍ）　　　　　　表四
　　测点
挠度　
东岸地基
2ｍ
6ｍ
10ｍ
14ｍ
18ｍ
22ｍ
26ｍ
西岸地基
理论值

8
24
36
40
36
24
8

实测值
25
12
32
40
45
42
30
10
15
注：军用梁挠度为弹性变形，实测值＝加载后测点标高－卸载后测点标高。
实测沉降结果显示：（1）实测值均大于理论值，经分析，主要原因是钢销间隙在梁体卸载后部分非弹性变形仍然存在，钢销间隙随着梁体回弹而部分恢复。解决措施：对支架进行预压确定实际弹性变形，作为预拱度设置的依据。（2）军用梁支点处地基沉降较大，东西两岸沉降不均匀。解决措施：对原地基按统一标高进行平整，用25ｔ震动压路机碾压密实，铺10ｃｍ厚级配碎石垫层，浇筑25ｃｍ厚C25钢筋砼条形基础，钢筋网采用Φ12钢筋，间距15ｃｍ。
4.4　跨中应力检算
σ跨中＝M跨中/（HA）（近似计算）
式中：M跨中－跨中最大弯矩，按简支梁集中荷载计算，M跨中＝PL/4＝350×28/4＝2450KN·ｍ
H－军用梁计算高度，3.0ｍ
A－一片军用梁弦杆端面积，查表一得50.3ｃｍ2
σ跨中＝2450/（3×50.3×10－4）＝162359KPａ＝162.4MPａ＜［σ］＝340MPａ，满足要求。
4.5　端部应力检算

4.5.1 端压杆
受力F压＝175KN，σ压＝F压/（Aφ）
式中：φ－压杆折减系数，查表一　φ＝0.884
A－端压杆端面积，查表一　A＝25.48ｃｍ2
σ压＝F压/（Aφ）＝175/（25.48×10－4×0.884）＝77694 KPａ＝77.7MPａ＜［σ］＝240MPａ，满足要求。
4.5.2　斜拉杆
F拉＝F压/ｃｏｓθ＝175/0.832＝210.3KN
σ垃＝F拉/A＝210.3/（25.48×10－4）＝82535KPａ＝82.5MPａ＜［σ］＝240MPａ，满足要求。
4.5.3　钢销剪应力
斜杆内力即为销子的剪力（略去节点荷载），钢销直径48.5ｍｍ，τ＝Q/A＝210.3/（2×48.52π×10－6/4）＝56916KPａ＝56.9MPａ＜［τ］＝300MPａ，满足要求。
4.6　纵向钢枕应力检算
纵向钢枕每米1道，材料为16工字钢，跨度按2ｍ计，每根钢枕上最多支立3根立杆，每根立杆承受荷载20KN，钢枕受力按均布荷载计算，ｑ＝3×20/2＝30KN/ｍ。
对钢枕抗弯强度进行检算：σｍａｘ＝Mｍａｘ/Wｚ
式中：Mｍａｘ为跨中最大弯矩，Mｍａｘ＝ｑL4/8＝30×22/8＝15KN·ｍ；Wｚ为抗弯截面系数，Wｚ＝141ｃｍ3。
σｍａｘ＝Mｍａｘ/Wｚ＝15/（141×10－6）＝106383KPａ＝106MPａ
＜［σｗ］＝145MPａ，满足要求。
对钢枕剪切强度进行检算：τ＝QｍａｘSｚ/（Iｚｂ）
式中：Qｍａｘ为支点处最大剪力，Qｍａｘ＝ｑL/2＝30×2/2＝30KN；Iｚ/Sｚ直接由型钢表中查得Iｚ/Sｚ＝13.8ｃｍ，ｂ为腹板厚度，查型钢表为6ｍｍ。
τ＝QｍａｘSｚ/（Iｚｂ）＝30/（13.8×10－2×6×10－3）＝36231KPａ＝36.2MPａ＜［τ］＝85MPａ，满足要求。
钢枕受力后挠度计算：ｆ＝5ｑL4/（384EI）＝5×30×103×24/（384×2.1×1011×1127×10－8）＝0.003ｍ。
5　结束语
六四式军用梁在济南顺河高架桥跨河现浇梁施工中发挥了巨大的作用，卸落支架后对箱梁各项指标进行检查，均满足规范要求。通过现场应用，也发现了一些问题：
（1）由于军用梁拼装方式是销接，由销孔间隙产生的非弹性变形较难计算，实际施工中需通过预压取得数据来预留拱度。
（2）军用梁多设计为简支梁结构，如采用连续梁形式，则可大大减小其变形，但增大了支点处的剪力，需局部加强，尤其是单层军用梁
六四式军用梁用途广泛，但其各个构件的特性常数及技术资料尚未公开发表，希望军用梁在本项目上成功的使用经验及检算方法能对军用梁的推广及正确应用有所帮助。

参考文献：
（1）《六四式（加强型）铁路军用梁手册》（内部资料）　中国铁道建筑公司　
（2）《六四式（加强型）铁路军用梁检算参考资料》（内部资料）　中国人民解放军铁道兵司令部
（3）《装配式公路钢桥多用途使用手册》　广州军区工程科研设计处　黄绍金　刘陌生
（4）《路桥施工计算手册》　人民交通出版社　周水兴等
（5）《工程力学》　人民交通出版社　孔七一
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除