（中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉 430063）

0 引 言

预制简支箱梁是铁路桥梁工程中较为常用的结构，在箱梁运架施工过程中，由于受较大施工机械荷载的影响（如900t级运梁车自重达250t，900t级架桥机自重达500t［1－2］），作业平台处箱梁的强度、抗裂等安全系数可能小于运营阶段，为保障结构安全，必须重视箱梁在运架梁施工过程中的受力分析．本文以宁安城际铁路、青烟荣城际铁路工程实例，结合运架梁过程中的多种施工机械，对预制箱梁在施工阶段进行深入计算分析．

工程均为城际铁路客运专线，设计时速250 km，桥梁结构采用预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁，梁长32．6m，跨度31．5m，梁型为单箱单室截面，箱梁截面中心梁高2．635m，横桥向支座中心距为4．4m．箱梁截面尺寸见图1．运架梁施工机械主要有HZQ900型运梁车、架桥机；DCY900型运梁车、SPJ900型架桥机；JQ900B型运梁车、架桥机．

图1 箱梁截面图（单位：mm）

1 荷载工况与技术控制指标

1.1 荷载工况

1）运架梁施工过程 预制箱梁架设施工，首先运梁车从梁场驮运箱梁①，驶过已就位的箱梁②，至喂梁位置，架桥机以就位箱梁②为作业平台，提取待架箱梁①，并纵移至相应位置后落梁，该孔箱梁①架设就位，运梁车返回梁场，架桥机以箱梁①为作业平台移动过孔就位，一班架梁作业完成，等待架设下一片箱梁［3］．

2）主要荷载 分析对象为作业平台处的箱梁，主要施工荷载包括移动荷载和静荷载，其中，移动荷载为：运梁荷载、架桥机过孔荷载；静力荷载为：架桥机提梁、落梁过程中的作用荷载［4］．根据运架梁施工特点，移动荷载考虑1．05的冲击系数；运梁阶段除运梁荷载外，考虑温度荷载与施工偏载（箱梁升温温差10℃、降温温差8℃，荷载横桥向偏载200mm）；支座考虑1．2的设计承载能力提高系数．

施工机械中HZQ900型运梁车最大轮压为737kN，JQ900B型架桥机最大支腿力为2 271．5 kN，箱梁荷载分布见图2、图3．

1.2 技术控制指标

运架梁施工阶段主要技术指标控制条件见表1．

图2 HZQ900型运梁车荷载布置图（单位：mm）

图3 JQ900B型架桥机最大支腿力工况荷载布置图（单位：mm）

表1 运架梁施工阶段主要技术控制指标

2 结果分析

2.1 箱梁整体受力分析

选取运梁、架梁过程中最不利荷载工况，按预应力混凝土结构计算箱梁整体结构强度安全系数、抗裂安全系数、混凝土应力等控制指标［5］，并与箱梁运营阶段进行对比．箱梁计算结果见表2．

表2 箱梁计算结果汇总表

计算结果表明，运梁阶段箱梁强度、抗裂系数均小于运营阶段设计安全系数，其中HZQ900型运梁车最小强度系数为1．82，最小抗裂系数为1．2．架梁阶段箱梁强度、抗裂系数均接近或大于运营阶段设计安全系数，其中JQ900B型架桥机最小强度系数为2．26，最小抗裂系数为1．52．

运梁阶段箱梁混凝土最大主应力、最大剪应力均大于架梁阶段和运营阶段，其中HZQ900型运梁车最大主拉应力较运营阶段高252．78%，最大剪应力高35．21%．箱梁上缘混凝土最小压应力变化幅度不大，而运梁阶段下缘混凝土压应力均远小于运营阶段，其中HZQ900型运梁车仅0．2MPa．

因此，运梁荷载较架梁荷载而言，对箱梁整体受力影响更明显，对箱梁强度、抗裂、混凝土应力产生的不利影响更大．

2.2 箱梁局部受力分析

运梁荷载通过运梁车轮胎作用在箱梁顶板上，架梁荷载通过架桥机支腿作用在梁端及靠近梁端的顶板上，箱梁局部范围荷载作用较大．运架梁阶段箱梁局部受力空间分析见图4、图5．按钢筋混凝土结构对箱梁进行横向计算分析，箱梁横向钢筋应力及混凝土裂缝计算结果见表3．

空间分析结果表明，运梁阶段箱梁顶板横桥向拉应力集中在运梁车轮压范围，应力值为2．343MPa；架梁阶段梁端顶板横桥向拉应力分布范围较大，应力值为2．102MPa，梁端底板产生较大压应力，支座及进人孔位置应力集中，最大压应力出现在进人孔位置，应力值为8．236MPa．

运梁阶段在运梁车轮压作用范围内，箱梁顶板为受压构件，横向钢筋应力、裂缝宽度均远小于规范限值，有较大的安全储备．架梁阶段因施工荷载作用力较大，箱梁顶板多为受拉构件，梁端顶板各项计算指标较运梁阶段明显，更接近规范限值．JQ900B架桥机作用荷载下，最大单个支腿力2 271．5kN，梁端钢筋拉应力也达到185MPa，裂缝0．197mm．

图4 HZQ900型运梁车运梁阶段箱梁跨中横桥向正应力云图

图5 JQ900B型架桥机架梁阶段最大支腿力工况梁端横桥向应力云图（应力云图中正号表示拉应力，负号表示压应力）

表3 箱梁横向钢筋应力及混凝土裂缝计算结果表

表4 箱梁最大支反力汇总表

2.3 箱梁最大支反力分析

平台箱梁往往同时承载着运梁车、架桥机和待架箱梁三者的重量，在架梁过程中会集中作用在箱梁一端，不仅对箱梁结构本身产生较大影响，也产生较大的支座反力，对支座构件的安全性能也有一定影响．3种施工机械各阶段最大支反力与箱梁运营阶段最大支反力进行对比，结果见表4．

计算结果表明，运梁阶段、架梁阶段箱梁最大支反力均大于运营阶段．运梁阶段最大支反力满足1．2倍支座设计承载力限值要求．架梁阶段最大支反力工况下，单端支反力均超出限值要求，最高达到1．55倍，需采取有效措施保证支座受力安全可靠．

3 结 论

经上述分析研究，通过计算HZQ900，DCY900，SPJ900，JQ900B等多种型号施工机械荷载作用，32m预制箱梁运架梁阶段受力分析主要结论为：

1）运梁阶段箱梁强度、抗裂安全系数均小于运营阶段，混凝土最大主应力、最大剪应力均大于运营阶段，运梁工况是简支箱梁纵向预应力设计控制工况．

2）运梁阶段箱梁顶板横桥向拉应力集中在运梁车轮压范围；架梁阶段梁端顶板横桥向拉应力分布范围较大，梁端底板产生较大压应力，支座及进人孔位置应力集中．

3）运梁阶段箱梁顶板钢筋应力、裂缝宽度均远小于规范限值，有较大的安全储备．架梁阶段顶板各项计算指标较运梁阶段明显，更接近规范限值，架梁工况为简支箱梁横向钢筋设计控制工况．

4）运、架梁阶段箱梁最大支反力均大于运营阶段．运梁阶段箱梁支座具有一定的安全储备量．架梁阶段最大支反力均超出限值要求，JQ900B型架桥机最大支反力达到1．55倍，需采取有效措施保证支座受力安全可靠．

［1］唐经世．铁路架桥机、运梁车的发展历程及成就［J］．建设机械技术与管理，2009，22（11）：97－99．

［2］陈 灵．高速铁路箱梁架运设备的一些新发展［J］．建设机械化，20010，31（4）：39－43．

［3］郭 华．客运专线32m整孔箱梁架设施工技术［J］．铁道建筑技术，2009（12）：39－43．

［4］邓运清，盛黎明．秦沈客运专线大吨位架桥设备的应用［J］．铁道标准设计，2001，21（9）：13－17．

［5］邓运清．客运专线铁路整孔简支箱梁优化设计研究［D］．北京：北京交通大学，2006．