刘洪亮，魏 庆，李克银

（铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津市 300251）

0 引言

近年来，公路与铁路的相互交叉越来越多，加之平交道口事故频发，采用立交方案是解决这一问题的唯一途径。顶进式铁路框构桥与上跨公路桥方案相比，有占地和拆迁量小，节省投资等优点，因此多被采用。顶进框构桥对既有线进行加固，一般采用纵横梁加固。纵横梁要承受铁路列车荷载，受力复杂，本文采用如下基本假定：（1）最不利工况按框构顶进过程中侧墙外土体剥落后横梁架空考虑；（2）支撑节点按刚性考虑，纵梁边界条件按简支处理，纵横梁之间按刚性连接处理；（3）计算模型考虑3-5-3扣轨及铁轨刚度；（4）按《铁路工务安全规则》（铁运[2006]177号）部令相关规定，选取“前进型”机车作为计算活载。按照以上假定对横梁进行强度、挠度验算，指导设计及施工。

1 工程概况

工点采用2～13 m双孔框架桥，施工期间铁路线不中断行车，但需减速慢行。站场内框架桥采用顶进法对顶施工，站场外框架桥采用现浇法施工。既有铁路线路呈东西走向，共10股道和道岔1处，从南至北依次为油库线、京哈上行线、菱角山专用线上行线、18道、三场迁出线、17道、8道、菱角山专用线下行线、2道、京哈下行线。线路加固范围分南侧1#顶桥（京哈上行线）、北侧2#顶桥（京哈下行线）两部分，加固方式均采用“吊柜及纵横工字钢梁加固体系”。纵梁采用2根一组I45b工字钢,横梁采用I40b工字钢。吊柜按3-5-3形式扣设组装，其下的枕木用φ22-U型螺栓联结在一起。南侧顶桥横梁铺设间距为0.9 m，北侧顶桥横梁铺设间距0.6 m，纵梁工字钢与横梁工字钢用φ22-U型螺栓联结在一起，纵梁两端支撑于旧枕木垛基座上。

2 加固体系验算

2.1 计算假定

该加固体系横梁为主要受力构件，因此主要验算了横梁强度及挠度，计算假定如下。

（1）最不利工况按框构顶进过程中侧墙外土体剥落后横梁架空考虑，选取侧墙以外5 m范围内的纵横梁作为计算构件。

（2）支撑节点按刚性考虑，纵梁边界条件按简支处理，纵横梁之间按刚性连接处理，较为保守地未考虑横梁与冠梁之间的连接作用；钢轨及扣轨与横梁共节点。

（3）计算模型考虑3-5-3扣轨及铁轨刚度。

（4）按《铁路工务安全规则》（铁运[2006]177号）部令相关规定，选取“前进型”机车作为计算活载，容许应力为170 MPa,容许位移为L/400。

2.2 主要计算参数及荷载

（1）横梁：Q235工字钢(I40b)；

（2）纵梁：Q235 工字钢(两个一组 I45b)；

（3）扣轨：43 kg/m钢轨；

（4）铁轨：18道中线为43 kg/m钢轨，菱角山专用线下行线为60 kg/m钢轨，2道中线为50 kg/m钢轨，道岔为50 kg/m钢轨；

（5）按《铁路工务安全规则》（铁运[2006]177号）部令相关规定，选取“前进型”机车作为计算活载，容许应力为170 MPa,容许位移为L/400。

2.3 荷载及组合

铁路：中—活载。

公路：公路—I级。

荷载组合：1.0恒载+1.0机车活载。

2.4 计算模型

计算采用软件Midas civil，按铁路实际作用位置加载。

2.4.1 南侧线路加固

选取18道中线附近，顶进方向右侧侧墙外约5 m范围内的纵横梁建模，横梁（I40b）间距0.9 m布置，最大跨度10 m，部分横梁按支撑在框构顶考虑。如图1～图3所示。

图1 南侧线路加固计算模型

图2 横梁应力图（南侧线路）

图3 横梁挠度图（南侧线路）（单位：mm）

由计算可知横梁最大应力出现在横梁跨中附近，为181.5 MPa,略超容许应力170 MPa；横梁最大位移出现在横梁跨中附近，约为40 mm，大于容许位移 L/400=9684/400=24.2（mm）。

2.4.2 北侧线路加固

选取菱角山专用线下行线、2道中线附近，顶进方向右侧侧墙外约5 m范围内的纵横梁建模，横梁（I40b）间距0.6 m布置，最大跨度11.3 m。如图4～图6所示。

图4 北侧线路加固计算模型

图5 横梁梁底应力图（北侧线路）

图6 横梁挠度图（北侧线路）

由计算可知，横梁最大应力出现在横梁1/4跨附近，为116.3 MPa,小于容许应力170 MPa，满足要求；横梁最大位移出现在横梁跨中附近，约为24.1 mm，小于容许位移L/400=11300/400=28.3（mm），满足要求。

3 结论

顶进框构桥施工对既有线加固通常采用纵横梁加固法，本文在4个假定条件下运用Midas civil软件对横梁进行模拟受力分析，得出结论如下。

（1）南侧线路加固横梁最大应力出现在横梁跨中附近，为181.5 MPa,略超容许应力170 MPa；横梁最大位移出现在横梁跨中附近，约为40 mm，大于容许位移L/400=9684/400=24.2（mm）。纵梁应尽可能平行于铁路布置，从而减小横梁跨度，可适当减小横梁布置的间距。

（2）北侧线路加固横梁最大应力出现在横梁1/4跨附近，为116.3 MPa,小于容许应力170 MPa，满足要求；横梁最大位移出现在横梁跨中附近，约为24.1 mm，小于容许位移L/400=11300/400=28.3（mm）。

（3）经验算得知，横梁的跨度不宜太大，铁路股道的具体位置对横梁的受力影响较大，在满足铁路相关要求的情况下，纵梁应尽量靠近铁路以减小横梁跨度。

[1]Buick Davison,Graham W.Owens.钢结构设计手册[M].北京：中国电力出版社,2009.

[2]Buick Davison,Graham W.Owens.Structural Steel Designer’s Handbook[M].Beijing:China Electric Power Press,2009.

[3]GB 50017-2003,钢结构设计规范[s].

[4]孟国清.既有线框构桥顶进施工纵、横梁加固体系的分析[J].铁道工程学报,2007(1):30-33.

[5]但泽义,赵熙元.钢桁架杆件次应力的分布规律及设计建议[J].工业建筑,1984(1):30-33.

[6]Dan Ze-yi,Zhao Xi-yuan.The Distribution Characteristic of Rod Secondary Stress and the Desgin Suggestion of Steel Truss[J].Industrial Construction,1984(1)30-33.