鋼軌束梁在較大跨度便橋中的應(yīng)用

鋼軌束梁在較大跨度便橋中的應(yīng)用1工程概況某隧道進(jìn)口位于小河口處的懸崖絕壁之上，為解決進(jìn)洞難的問(wèn)題，在距洞口88.8米處設(shè)置1#橫洞、并通過(guò)隧道口右側(cè)的小河口便橋進(jìn)出洞。小河口便橋擬定利用某鐵路五十年代建設(shè)時(shí)留下的小河口中橋的漿砌墩臺(tái)，其跨度為1×12.0m+4×16.0m，經(jīng)每墩墊墊高2.6m使墩頂與臺(tái)頂?shù)啦瓴弁邅?lái)鋪設(shè)梁跨。為降低成本、減少工程造價(jià)，梁跨采用倒用的50kg/m鋼軌焊接成的軌束梁作為承重梁，最大通行荷載為12t電瓶車(chē)牽引14m3梭式礦車(chē)(滿載30t+自重23.5t)，運(yùn)行軌采用24kg/m鋼軌，直線線路，兩側(cè)設(shè)人行道供行人通過(guò)，該橋立面圖如圖（一）所示。2主結(jié)構(gòu)的力學(xué)檢算由于原橋墩頂頂面為1.7m×4.4m，為縮短梁跨，可利用其頂面寬度20.5m，其主跨跨度為L(zhǎng)=15.0m。梭式礦車(chē)的前后轉(zhuǎn)向架中心間距為5.18m，每組轉(zhuǎn)向架的軸距為1.0m，梭式礦車(chē)與電瓶車(chē)軸到軸之間的距離為6.25m。為便于計(jì)算，結(jié)合實(shí)際施工運(yùn)輸情況，其主荷載布置可簡(jiǎn)化為如圖（二）所示。經(jīng)過(guò)試算取其一跨亦如圖(二）所示均布靜荷載和主荷載布置為最不利狀況，其主要均布靜荷載有軌束梁自重、24kg/m運(yùn)輸軌、每米4根0.12×0.15×2.8m枕木、每根軌枕間澆注0.13×0.12×0.15m的防枕木滑動(dòng)的砼塊。對(duì)于單組軌束梁的均布靜荷載為：=130.4kg/m設(shè)p=10t，已知l=15.0m。取如圖（三，a）所示為二次超靜定基本結(jié)構(gòu)，取兩位未知數(shù)為X1、X2和，分別與主荷載和靜荷載相對(duì)應(yīng)，根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)的力法原理和疊加原理，該結(jié)構(gòu)的力法典型方程分別為：δ11X1+δ12X2+Δ1P=0δ21X1+δ22X2+Δ1P=0δX+δX+ΔP0=0δX+δX+ΔP0=0由圖自乘得：δ11=（1/2×2.4×15×1.8)/EI=32.4/(EI)δ11=δ22由×圖得：Δ1P={1/2×2.3×6.38P×(2/3×2.3)/3×2.4+5.2×6.38×[12-(5.2/2-0.7)]/12×2.4由×圖得：Δ2P=由×圖得：ΔP0=-2/3×3.67×15×7.5/12×2.4/EI=-55.05/EIΔP0=ΔP0而δ11=δ=δGδ12=δ=δG把以上各系數(shù)δij，δ，ΔiP，ΔP0代入典型方程得（32.4/EI)X1+(21.6/EI)X2-136.51P/EI=0300300300(32.4/EI)X01+(21.6/EI)X02-55.05P/EI=0300BC(21.6/EI)X01+(32.4/EI)X02-55.05P/EI=0BC解以上兩個(gè)方程組得X1=2.75PX2=2.189PX=X=1.02t如右圖所示受力分析得桿件FB、GC所受的力分別為NFB=（X1+X01）/COS30°=(2.75×10+X01)/COS30°=(2.75×10+1.02)/COS30°=32.93tNGC=(X2+X02)/COS30°=(2.189×10+1.02)/0.866=26.45t則對(duì)墩身的橫向作用力為Q1=NFB×COS60°=32.39×0.5=16.47tQ2=NGC×COS60°=26.45×0.5=13.230tQmax=Q2=13.23×9.8=129.65Kn2.1梁的抗彎距應(yīng)力檢算對(duì)于主荷載，由以下受力分析如圖（四）得：由∑MA=015RAY+2.189×12+2.75×3-13.8P-2P×7.5-2P×2.3=0得RDY=-0.0745P=-0.0745×10×103=-745kg=-0.745t由∑Y=0得RAY=5P-(X1+X2+RDY)=5P-(2.18P+2.75P-0.0745P)=0.1355P=0.1355×10=1.355t作梁AD在主荷載作用下的彎矩圖如圖(五)可知彎矩最大的載面在E點(diǎn)處,Mmax對(duì)于靜荷載,則支A的豎直反力R=(1/2q0L2-1.02×103×12-1.02×103×3)/15=(1/2×130.4×152-15.3×103)/15=-0.042×103kgR=R則梁中點(diǎn)E的彎矩值為最大值M=1.02×103××103×7.5-(130.4×7.52)/2=607.5kgM’max=Mmax+M=29.92×103+607.5×8=34.78×103kg.m則最大的彎矩應(yīng)力：σmax=(M’max×Y)/Ix查手冊(cè)得50kg/m的軌的橫截面積σmax=(34.78×103×9.8×15.2×10-2)/[1272.61×(10-2)4]=406.99MPaσ’max=σmax/8=406.99/8=50.87MPa查《鐵路工程設(shè)計(jì)技術(shù)手冊(cè)〈橋梁設(shè)計(jì)通用資料〉》得軌束梁容許應(yīng)力[σ]=170MPa容許撓度[f]=L/250而σmax∠[σ]彎矩應(yīng)力合格!2.2梁的撓度檢算取梁BC段作簡(jiǎn)支梁撓度檢算,則有BC段中點(diǎn)E為最大撓度點(diǎn)，根據(jù)疊加原理fE=fEP+fEq=0.42×10-3+13.92×103=14.34×10-3=0.0143m而[f]=15/250=0.06mfmax＜[f]最大撓度合格!2.3軌束梁的焊接縫檢算作梁AD剪力圖，如圖（七）所示可知該梁受最大剪力點(diǎn)在B點(diǎn)截面Qmax=186.95kN測(cè)得焊縫寬度b=1cm，設(shè)計(jì)焊接縫長(zhǎng)度Lf=20cm（根據(jù)《橋規(guī)》f≤50b)則焊接縫的抗剪應(yīng)力最大為τ=Qmax/(2×b×L)=(186.95×103)/(2×1×10-2×20×10-2)=46.74MPa根據(jù)《橋規(guī)》角焊縫的容許應(yīng)力值[τ]與基材受剪的容許應(yīng)力值相同，按16橋鋼?。篬τ]=80MPa有τ＜[τ]即焊縫抗剪強(qiáng)度合格2.4墩身抗剪應(yīng)力檢算桿件FB、CG對(duì)墩臺(tái)身所產(chǎn)生生的剪應(yīng)力力為：墩身身橫截面取取頂部面積積4×1..7m。τ1=Q1/A墩=（116.477×1033×9.88)/(44×1.77)=0.0224MPaaτ2=Q2/A墩=(113.233×1033×9.88)/(44×1.77)=0.0119MPaaτmaax=0..024MMPa查《鐵路路基設(shè)設(shè)計(jì)規(guī)范》（TJB1——1得100#漿砌錯(cuò)縫砌體容許剪應(yīng)力[τ]=0.24MMpa。而τmax=0.0024MPPa＜[τ]故剪應(yīng)力力合格，即即墩身抗剪剪強(qiáng)度合格格。2.5墩臺(tái)臺(tái)身抗縱向向傾覆檢算算按設(shè)計(jì)規(guī)定禁止止電瓶車(chē)在在橋上剎車(chē)車(chē)、啟動(dòng)等等作業(yè)，所所以橋墩（臺(tái)臺(tái)）所受的的主要縱向向作用力只只有斜撐傳傳遞給墩臺(tái)臺(tái)的作用力力。已知Qmax=1299.65KKN由于該橋原設(shè)計(jì)計(jì)是用于干干線鐵路上上，按“中—活載”設(shè)計(jì)對(duì)墩墩臺(tái)身的縱縱身作用力力（單孔重重載的制動(dòng)動(dòng)力）為P=0.1×((5×2220+100×92))=202KN即Qmax=1299.65KKN＜P故可不予進(jìn)行檢檢算，即認(rèn)認(rèn)為合格。3結(jié)構(gòu)說(shuō)明明及施工工工藝該橋的梁跨主要要是由50Kgg/m鋼軌焊接接的軌束組組成，由于于軌束較重重，現(xiàn)場(chǎng)條條件又不允允許使用任任何起重機(jī)機(jī)械設(shè)備等等，只能靠靠人力抬、拖拖、拉等使使單根鋼軌軌上橋后進(jìn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拼拼裝焊接。因因而，首先先得在兩墩墩（臺(tái)）之之間搭設(shè)工工作平臺(tái)，才才能進(jìn)行下下面各工序序的作業(yè)。該該橋的主要要施工工藝藝流程圖如如下：拆除工作平臺(tái)鋪設(shè)橋面系軌束梁就位和加固鋼軌組合及施焊成軌束拆除工作平臺(tái)鋪設(shè)橋面系軌束梁就位和加固鋼軌組合及施焊成軌束鋼軌上橋搭設(shè)工作平臺(tái)安裝斜撐安裝斜撐開(kāi)鑿斜撐腳窩下下一跨圖（八）小河口口便橋施工工流程圖3.1工作作平臺(tái)的搭搭設(shè)該橋采用φ422鋼管和萬(wàn)萬(wàn)能扣件搭搭設(shè)腳手架架，沿梁跨跨縱向步進(jìn)進(jìn)2.0m，共九根根鋼管，其其中兩頭的的兩根靠近近墩身，底底腳立在墩墩身襟邊上上，橫向共共3根鋼管，步步1.5m，垂直方方向上每隔隔1.0m用一排鋼鋼管加固，腳腳手架頂部部比墩矮0.5m，外側(cè)兩兩邊的鋼管管比墩頂高高出1.0m作為工作作平臺(tái)的安安全欄桿，在腳手架架頂部鋪設(shè)設(shè)5cm厚木板作作為工作平平臺(tái)。在該橋的內(nèi)江臺(tái)臺(tái)第一跨可可直接搭設(shè)設(shè)工作平臺(tái)臺(tái)，第二跨跨跨越鄉(xiāng)村村公路，第第三跨至第第五跨跨河河，且山洪洪暴發(fā)時(shí)沖沖刷力較大大，故可利利用墩底部部變截面處處的襟邊搭搭設(shè)“人”字形拱架架，可較好好地解決公公路通行和和洪水對(duì)鋼鋼管架沖刷刷破壞。管架需要準(zhǔn)備兩兩套，循環(huán)環(huán)使用以節(jié)節(jié)省近一半半搭設(shè)工作作平臺(tái)的時(shí)時(shí)間。3.2鋼軌軌上橋及組組合施焊成成軌束梁鋼軌運(yùn)至橋頭后后，在墩頂頂鋪設(shè)φ42鋼管墊底底作為滾動(dòng)動(dòng)軸,單軌在人人力的拖動(dòng)動(dòng)下滑到橋橋跨位置后后,在其下用用高約50cm的支架墊墊成水平，因因單根鋼軌軌的長(zhǎng)度只只有12.55m，所以需需接長(zhǎng)。每每根鋼軌上上橋后，先先接長(zhǎng)至16cm后，再進(jìn)進(jìn)行軌束施施焊。在需接長(zhǎng)的軌端端截面上用用鋼刷除去去表面銹層層，在兩軌軌軌端面之之間先進(jìn)行行滿縫焊接接，然后在在兩邊的腹腹板上用400××51×227mm224Kg//m軌頭作邦邦條滿縫焊焊接。鋼軌接長(zhǎng)時(shí)，注注意接頭的的排列位置置左右、上上下均應(yīng)錯(cuò)錯(cuò)開(kāi)，接長(zhǎng)長(zhǎng)完畢的鋼鋼軌先把軌軌面除去銹銹蝕層，然然后用鋼軌軌夾夾住其其中一根鋼鋼軌的底板板抬起倒置置，使其軌軌面對(duì)準(zhǔn)另另一根鋼軌軌的頂面，用用三個(gè)“П”形夾分別別夾住鋼軌軌長(zhǎng)度的三三等分點(diǎn)，再再塞入楔子子，并用力力敲擊，使使上下兩根根鋼軌盡量量對(duì)中（“П”形夾構(gòu)造造如圖所示示），再進(jìn)進(jìn)行軌頭面面之圖（九九）“П”形夾構(gòu)造造示意圖接規(guī)焊長(zhǎng)左焊3.3軌束束梁的加固固和就位單組軌束梁焊成成后，每隔隔1.0m用φ14鋼筋環(huán)繞2-3圈，搭接接焊接，并并在轉(zhuǎn)角起起彎部位點(diǎn)點(diǎn)焊，以加加強(qiáng)單組束束的整體性性。軌束梁就位時(shí)應(yīng)應(yīng)從一側(cè)依依次擺放到到另一側(cè)，焊焊完一根就就位一根，兩兩組主梁共共8根軌束相相并就位及及兩側(cè)人行行道用梁就就位后，在在整個(gè)梁體體的底部距距梁跨中線線2.5m分別各用用一根長(zhǎng)為為4.400m，50Kgg/m的鋼軌垂垂直于梁體體縱向中線線，焊接在在梁體底端端，以加強(qiáng)強(qiáng)橫向整體體聯(lián)結(jié)作用用。然后，在在每組主梁梁上（不包包括人行道道用梁）每每隔2.0m用φ22鋼筋箍時(shí)時(shí)用氧炔焰焰吹軟起彎彎處進(jìn)行彎彎繞。對(duì)人人行道用單單組軌束梁梁只用φ14鋼筋搭接接焊接。為提高整個(gè)梁體體的橫向整整體性，在在人行道用用軌束梁和和主梁之間間，以及主主梁與主梁梁之間要用用22Kgg/m鋼軌作內(nèi)內(nèi)撐，并用用φ22鋼筋環(huán)繞繞整個(gè)梁體體并搭接焊焊接，在起起彎處點(diǎn)焊焊。由于每根鋼軌的的接頭剛好好位于離墩墩邊3.0m位置，即即斜撐的承承力點(diǎn)位置置，為改善善其力學(xué)性性能，在此此處分別用用一根長(zhǎng)為為1.5m，50Kgg/m的鋼軌橫橫梁焊接在在梁底并作作為斜撐的的支承點(diǎn)，在在接頭縫的的兩側(cè)每單單根軌束分分別用φ14鋼筋。3.4斜撐撐的安裝利用工作平臺(tái)的的腳手架，找找出斜撐腳腳趾的位置置后即可開(kāi)開(kāi)鑿腳窩，腳腳窩在側(cè)面面上開(kāi)鑿成成梯形，如如圖所示，開(kāi)開(kāi)口為25×225cm。深為25cm，底部高高為40cm，寬為40cm。在梁底斜撐支撐撐梁的支撐撐方向的另另一側(cè)焊接接上一塊長(zhǎng)長(zhǎng)為20cm加勁肋，該該加勁肋用用20Kgg/m的鋼軌切切割三角形形而成，并并要求其滿滿縫接梁底底。斜撐是由兩根224Kg//m的鋼軌底底對(duì)底焊接接束而成，焊焊縫尺寸要要求為高1cm，長(zhǎng)15cm，間隔60cm，并在兩兩相鄰斜撐撐之間橫向向加三道22Kgg/m的鋼軌內(nèi)內(nèi)撐。并在在其外側(cè)用用φ22鋼筋彎成成形包焊在在各內(nèi)撐點(diǎn)點(diǎn)上?？烤o緊墩身的主主梁下部橫橫向各焊接接一根24KKg/m的鋼軌，每每根斜撐腰腰中間點(diǎn)用用一根22KKg/m的鋼軌與24KKg/m鋼軌焊接接起來(lái)作為為輔助拉桿桿，用來(lái)提提高斜撐的的剛度。安裝斜撐時(shí)，先先把軌束兩兩頭同側(cè)均均切割成60°銳角形，并并在其中一一端焊接上上一塊22×225×1ccm的鋼板作作為底腳墊墊板，用人人力吊裝到到預(yù)定位置置，并準(zhǔn)確確焊接在承承力軌和梁梁底上。左左右兩相鄰鄰斜撐均裝裝妥后才能能焊裝內(nèi)撐撐，拉桿等等輔助加固固設(shè)施。在拆除工作平臺(tái)臺(tái)的腳手架架前，必須須往斜撐腳腳窩灌注高高強(qiáng)度水泥泥砂漿錨固固劑加以錨錨固。3.5橋面面系及鋪設(shè)設(shè)橋面是用枕木直直接鋪在梁梁上，枕木木間隔12cm，橫截面面尺寸為15×112cm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=22.0m和L2=4.440m兩種并間間隔交替鋪鋪設(shè)，枕木木與枕木之之間用長(zhǎng)12cm的φ42鋼管兩頭頭抵撐在枕枕木上，防防止枕木的的縱向爬動(dòng)動(dòng)。在長(zhǎng)為4.0mm的枕木