蒋灵敏，付 巍

（1.中交第二航务工程局有限公司第六工程分公司，湖北 武汉 430074；2.中国交建总承包分公司，北京100000）

1 研究背景

随着中国高速铁路的快速发展，高铁桥梁施工技术主要采用预制架设技术、支架现浇技术、挂篮悬浇技术等，目前箱梁预制架设技术具有质量可控、安全性高、施工效率高等特点，被广泛应用于各项工程[1]。

由于铁路线路穿越各种复杂地段，桥梁设计受地形、功能等各种因素影响，其结构形式和断面形式繁多，导致架桥机架设箱梁所遇工况也越来越多，存在设计上未考虑的各种工况需要验证。在此条件下，通过Abaqus软件建立有限元模型，对道岔连续梁梁端在高铁箱梁满载架设过程中的偏载受力工况进行分析，检验其安全性和稳定性，并提出翼缘板下加装千斤顶竖向支撑加强的处置对策，最大程度保证施工进度和降低成本，并确保架桥机架设的安全和质量。

2 工程概况

郑万铁路河南段1标自郑州东站引出，正线全长28.592km，联络线全长6.394km。主要包括：路基4段；桥梁有航空港特大桥、经开2号特大桥、联络线特大桥；梁场一座，箱梁预制架设837榀。其中联络线特大桥自经开2号特大桥DK12+093处引出，起讫里程桩号ZWSLDK0+246～ZWSLDK6+393.66，全桥采用有咋轨道单线箱梁设计，其中124榀箱梁采用梁场预制、架桥机架设的施工方案。

联络线特大桥0～1号预制梁与经开2号特大桥83～84号现浇变宽梁相接，0～1号梁架设时，其架桥机后支腿支撑于83号墩道岔连续梁变宽梁梁端，后支腿两受力支撑区域面积分别为40cm×84cm，支腿中心间距345cm，支腿中心距梁端95cm，外边侧支腿受力中心距翼缘板外侧为237.5cm。架桥机后支腿明显未支撑在腹板受力区域，其支撑受力区域已超出设计受力范围，对道岔连续梁梁端造成偏载及翼缘板造成超负荷受力，存在造成箱梁破损和架桥机倾覆的风险。

3 箱梁架设各阶段分析

本箱梁架设采用450t架桥机，架桥机吊梁天车从运梁车上拖拉取梁，吊梁纵移到前方待架跨，下落、横移并微调箱梁就位后，将箱梁落放到墩顶4个200t液压同步千斤顶上，经测量、调整高差无误后（4个千斤顶同时供油至计算值，达到4个支点受力均衡、标高一致），灌注支座锚栓孔。待支座锚栓孔灌浆材料达到设计强度后拆除液压同步千斤顶。架桥机尾部电机驱动走行、前支腿步履纵移过孔，架设下一片箱梁。

本箱梁架设主要分为首跨就位、过孔、喂梁、落梁和灌浆五个步骤，各步骤下箱梁的受力情况均不同，具体情况如下：

（1）首跨就位：架桥机就位，整体停置在道岔连续梁梁面上，道岔连续梁承受架桥机本身重量。

（2）架桥机过孔：架桥机依靠导梁缓慢向前移动，就位后其前支腿置于前面墩顶，后支腿置于道岔连续梁梁端，前后支腿均匀受力，道岔连续梁承受架桥机一半自重。

（3）架桥机喂梁：运梁车进行喂梁，箱梁通过吊梁天车拖拉移动，移动过程中，道岔连续梁的受力在变化，道岔连续梁承受架桥机一半自重和部分箱梁自重。

（4）架桥机落梁和灌浆：在此情况下，吊梁天车将箱梁起吊后，箱梁已移动就位，并缓慢下落，道岔连续梁承受架桥机一半自重和箱梁一半自重。

4 计算荷载及工况

4.1 计算荷载

根据架桥机和箱梁设计图纸得知，本架桥机自重约375t，施工工况下的起吊箱梁自重约440t，那么在满载工况下后支腿单腿受力约（375t+440t）/4×9.8kN=2000kN。在架桥机满载作业工况下，架桥机支腿处下垫80cm×100cm×2cm的钢板做支撑，支腿内侧支撑千斤顶下垫40cm×84cm×20cm的钢板做支撑，并加载至500kN锁死，保证架桥机的稳定。其中千斤顶处垫板对应区域梁段加载应力：500kN/（840mm×400mm）=1.49MPa；单个后支腿支撑对应区域梁段加载应力：8150kN/4/（800mm×1000mm）=2.55MPa。

4.2 材料参数

本箱梁采用的主要材料包括：梁体采用强度等级C50的高性能混凝土，预应力采用公称直径15.2mm，抗拉强度1860MPa的钢绞线以及HPB300和HRB400钢筋。

4.3 计算工况

根据道岔连续梁梁端所受荷载及梁体材料分析，对道岔连续梁的强度静力计算可分为以下四个工况：

（1）桥梁所受荷载为：预应力钢筋的预拉力+自重。

（2）桥梁所受荷载为：预应力钢筋的预拉力+自重+千斤顶垫板区域荷载+单个O型腿支撑处500kN荷载。

（3）桥梁所受荷载为：预应力钢筋的预拉力+自重+千斤顶垫板区域荷载+单个O型腿支撑处1000kN荷载。

（4）桥梁所受荷载为：预应力钢筋的预拉力+自重+千斤顶垫板区域荷载+单个O型腿支撑处2000kN荷载。

5 有限元建模计算

5.1 整体有限元建模

根据以上箱梁所承受荷载和材料参数，采用Abaqus软件建立有限元模型，基于笛卡尔坐标系：X方向为横桥向，Y方向高度方向，Z方向为顺桥向。道岔连续梁梁体混凝土部分采用solid软件实体单元进行模拟，单元控制尺寸为200mm；其中桥面板纵向钢筋以及预应力钢筋采用T3D2单元进行模拟，单元控制尺寸为200mm；混凝土部分的有限元模型如图1所示，钢筋的有限元模型如图2所示。

图1 混凝土有限元模型

图2 钢筋的有限元模型

5.2 工况计算结果

根据上述四种工况采用Abaqus软件分别进行有限元建模分析，得到四种工况下道岔连续梁最大竖向变形值和加载区域的主梁主拉应力值，具体结果如表1所示。

根据相关规范规定，有箍筋和斜筋的混凝土容许主拉应力为2.79MPa。

表1 道岔连续梁最大竖向变形值和加载区域的主梁主拉应力值

通过以上分析可以得知，在千斤顶加载荷载和架桥机满载工况至2000kN情况下，道岔连续梁梁端最大竖向变形为26.3mm，加载区域的梁体主拉应力为3.5MPa＞2.79MPa，结构处于偏危险状态。

6 处置对策

根据上述四种工况的计算结果，针对83号墩处梁体翼缘板侧偏载受力无法满足受力要求，为保证架桥机架设和道岔连续梁梁体结构安全，采取在翼缘板下加装千斤顶竖向支撑的加强措施。翼缘板受压处与83号墩顶间距仅为260cm且施工空间局限，为保证支撑的稳定性，采用在翼缘板下方用千斤顶支撑加强措施。具体措施如下：

（1）根据翼缘板受力位置，在对应墩顶位置进行植筋加强，然后支模浇筑70cm×100cm×150cm的C50混凝土支墩，用于放置300t千斤顶作为临时支撑。

（2）由于翼缘板受压位置下方为弧形，无法保证千斤顶受力的稳定性，故在翼缘板下方凿毛，再进行植筋，采用φ16钢筋植入梁体20cm，间距10cm，然后支立模板梁面钻芯取孔灌注C50支座砂浆，形成千斤顶可受力的平面。

（3）在混凝土支墩和支座砂浆施工完成后安装300t千斤顶，千斤顶下垫50cm×50cm×2cm的钢板，上垫90cm×84cm×2cm的钢板，保证千斤顶加压后上下面受力的均匀性和稳定性。

（4）千斤顶安装完成后加载千斤顶至200kN，然后锁定千斤顶保压，保证梁体翼缘板受力不变形，以支撑上部架桥机支腿的压力。

根据Abaqus软件有限元建模分析结果，结合翼缘板下千斤顶竖向支撑加强措施，架桥机架设时箱梁结构安全和稳定，顺利完成此架设任务。

7 结语

针对桥梁不同的结构形式，架桥机架设不同工况通过Abaqus建立有限元模型，对道岔连续梁在箱梁架设过程中的受力工况进行分析，检验其安全性，并针对受力问题设置相应的处置对策，确保架桥机架设的安全性和稳定性，可为其他铁路桥梁工程提供借鉴。