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高速铁路箱梁预制厂拼装式棚架设计

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司小飞

摘要：高速铁路箱梁预制施工中，由于预制工序衔接，箱梁生产需要连续生产作业，为保证在降雨天气下正常施工及箱梁养护需要，需设置防雨及蒸汽养护棚架，目前常用雨棚及蒸养棚均采用焊接加工，不利周转，因此根据现场需求加工一种采用螺栓连接的拼装式棚架，既可作为防御棚架，冬季经过调整后也可作为蒸养棚架，极大的节约了工装成本，本文通过对拼装式棚架进行设计计算，分别计算在风荷载、雪荷载下棚架构件的强度、刚度及稳定性满足现场预制施工要求。

Abstract： In the precast construction of high speed railway box girder， the box girder prefabrication needs continuous operation due to the connection of prefabrication process. In order to ensure the normal construction and meet the maintenance conditions of the box beam under the rain weather， it is necessary to set up the rain proof and maintenance shelving. A kind of assembling type box frame with bolt connection can not only be used as a rainproof shelter， but also can be used as a steaming support frame in winter， and the cost of tooling is saved greatly. In this paper， the strength， stiffness and stability of the frame members under wind and snow load are designed and calculated， to meet the requirements of site precast construction.

关键词：拼装棚架;防雨棚;蒸养棚;螺栓连接

Key words： assembled scaffolding;anti rain shed;steaming shed;bolt connection

中图分类号：U445 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章编号：1006-4311（2019）13-0120-03

0 ?引言

高速铁路900t箱梁预制生产施工中，设备工装设计对梁体预制质量、大临工程成本、安装及调整便利性起到关键作用[1]，梁场建设及规划完成后根据生产规模及预制工期要求，合理的配备预制工装是预制工程能否顺利完成的基本条件，工装设计包括预制箱梁模板、蒸养棚、防雨棚、钢筋绑扎胎具、钢筋骨架吊具设计等，由于受到其临时性及独有特性，现场必须根据实际使用要求具有针对性的设计及加工工装，因此临时周转工装设计首先应要满足现场施工为首要条件，考虑临时工装的周转特性、拼装便捷等特性需求，具有针对性的加工相应的工装及小型机具，能极大的提高现场作业的工作效率[2]。保证箱梁预制质量，本着预制拼装、多次可周转的设计理念，设计及优化临时棚架，以供类似工程参考。

1 ?拼装式棚架设计加工

高速铁路箱梁预制梁型包括标准32m、24m跨度及40m大跨度简支箱梁，以预制标准跨度为例，棚架必须按照32m箱梁设计，尺寸要求不小于34m×14m，占地面积较大，若防雨棚和蒸养棚分别制作，在存放时影响箱梁内模、端模存放和橡胶抽拔棒施工，因此按照防雨棚设计，在满足需求的前提下，通过调整雨棚立柱高度及密闭设置，可转换成蒸养棚使用，由于焊接不利于工装周转，连接节点均采用节点板螺栓方式，极大的方便了现场的预制施工。

拼装式棚架纵梁采用□100×4，横梁采用□150×4，横梁分为2段，长度15m;纵梁分为6段，每段长度5.5m，共计33m，纵梁与横梁连接位置不同高度分为三种，分别为0.8m、0.96m、1.12m，均为桁架式结构，见图1。

棚架连接均采用Φ20mm高强螺栓连接，连接钢板厚度2cm，螺栓个数根据轴向最大竖杆计算。顶部及侧面采用3mm厚彩钢覆盖，当用作蒸养棚时候去掉一节立杆，侧面漏空区域采用棉篷布围挡，见图2。

立杆之间采用法兰盘连接，立杆与地面硬化层之间采用预埋屏插是连接，预埋套筒孔洞稍大于立柱直径，方便调整，安装过程采用龙门吊整体抬升后插入至预埋套筒。

2 ?棚架设计及结构计算

2.1 荷载组合

棚架承受的荷载包括：棚架自重、风荷载、雪荷载以及活荷载。考虑永久荷载起控制作用及可变荷载起控制作用两种荷载组合，分别计算并按照最不利荷载组合，计算棚架荷载。

永久荷载控制组合：

Sk=1.35Gk+0.6×1.4wk+0.7×1.4sk（或Qk）

可變荷载控制组合：

Sk=1.2Gk+1.4×wk+0.7×1.4sk（或Qk）

Sk—荷载组合设计值;

Gk—棚架自重;

wk—风荷载;

sk—雪荷载;

Qk—屋面活荷载。

根据荷载组合计算最不利组合为可变荷载控制组合设计值，屋面雪荷载小于活荷载值，因此采用屋面活荷载作为组合可变荷载值，合肥地区基本风压为0.6kN/m2，基本雪压按照50年一遇值计算，雨蓬面活荷载标准值取：0.5kN/m2，计算最不利荷载值，根据彩钢面积转换为横梁上集中力计算棚架结构，根据计算，最不利荷载组合为0.00172MPa，横梁间距5.5m，高度0.9m，因此单个横梁集中力为8.5kN。

2.2 强度及刚度计算

采用迈达斯结构设计软件对棚架进行整体建模，通过施加侧向点静力荷载模拟最大风荷载，通过顶棚施加雪荷载分析活荷载对棚架影响，分别计算横梁、纵梁及立柱组合应力。添加稳定性分析控制数据，荷载特征值大于4位满足稳定性条件。见图3。

2.2.1 纵梁组合应力计算结果

根据计算纵梁计算结果，见图4、图5，纵梁最大组合应力78MPa，最大剪切应力1.8MPa，均小于容许应力145MPa，纵梁满足强度要求。

2.2.2 横梁组合应力计算结果

根据计算横梁计算结果，见图6、图7，纵梁最大组合应力136MPa，最大剪切应力2.8MPa，均小于容许应力145MPa，横梁满足强度要求。

根据计算结果可以看出，横梁、纵梁、立柱及横向连接剪刀撑组合应力最大为136MPa，Q235钢材容许应力145MPa，满足规范及强度要求。强度最大处为立杆底部及顶部连接处，因此施工中法兰盘处增加加强钢板，分散锚固段集中应力。

2.3 刚度计算

棚架由于受到风力及其他活荷载影响，自身为柔性结构，当风力作用是允许其结构具有一定的抗风及变形能力，施工及安装完成后增加抗风锚固措施，设置缆风绳固定，以保证自身的稳固，根据计算可以看出棚架横向侧移动最大为20mm，满足其施工要求。见图8。

根据计算结果可以看出侧移方向由于风向不同，侧移动方向及范围也不同，施工中如果遇大风及暴雨天气，应根据现场风力增加侧向缆风绳。

2.4 稳定性分析

棚架由于自身结构为细长构件，荷载主要为风荷载及雪荷载或施工活荷载，其安装完成后自稳能力的大小决定了棚架抗变形能力的强弱，因此长细比较大构件主要控制因素为结构稳定性。Midas屈曲分析用于预测一个理想弹性结构的理论屈曲强度，模型假设为完善体系，Midas计算临界荷载Fcr为：

Fcr=？琢×（变量）+常量

式中：？琢为结构第1模态临界荷载特征值;变量为构件棚架活荷载;常量为棚架自重。临界荷载特征值可以反映棚架整体稳定性，特征值越大、支架稳定性越强，反之则弱，根据计算结果第一模态特征值为8，结构稳定性满足要求。

3 ?工程实例

庐江制梁场，位于安微省合肥市庐江县万山镇程桥村。承担跨合安高速特大桥～庐江特大桥范围内共计627孔（其中32m箱梁600孔、24m箱梁27孔）的箱梁预制任务。

根据前期设计及现场需求，加工拼装式棚架1套，现场作为防雨棚及蒸养棚使用，经过现场加工及使用，棚架设计结构较合理，棚架顶部加固构件均采用U型螺栓连接，拆装方便，经过现场使用取得了良好的效果。

4 ?结论

①采用螺栓式拼装棚架设计，结构稳固可靠，为预制梁场可周转式工装改造提供理论依据。

②结合梁场总体规划，采用防雨棚与蒸养棚2合1棚架设计法，节约占地，降低工程成本。

③分析临时工程荷载组合，施工中活荷载为棚架设计可变荷载的主控项，采用软件计算临界荷载特征值不小于4，现场施工及安装满足使用要求。

参考文献：

[1]郭爱东，付道鹏.可移动式防雨棚设计与分析[J].现代农业科技，2015（12）：198-199，203.

[2]阚连春.轮窑移动防雨棚的设计与使用[J].砖瓦，2007（04）：34.

[3]秦吉紅.简述钢结构雨棚设计过程[J].门窗，2015（10）.

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