[时速350公里铁路客运专线箱梁静载试验台座设计与施工]铁路箱梁静载试验

　　摘要箱梁静载试验目的在于检验设计与施工质量,确定工程的可靠性。结合京石高铁工程,从试验台座的原理、反力桁架设计和反力桁架拼装三个方面介绍箱梁静载试验台座的设计与施工。
　　关键词铁路客运专线;箱梁静载;试验台座;桁架
　　中图分类号U455.4 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)032-0111-01
　　
　　随着交通建设事业的发展,各种形式桥梁的建设也快速开展,现行规范要求对成桥的承截力进行评价,一般都采用静载试验。箱梁静载试验为结构非破损检测试验。试验的方法、加载过程和加载依据《预应力混凝土铁路桥简支梁静载弯曲试验方法及评定标准》制定。静载试验对台座要求较高,不仅要求台座具有足够的刚度,而且还要求台座能均匀的将力传递给梁。
　　1工程概况
　　由中铁十三局集团第一工程有限公司承建的京石铁路客运专线正定金桥制梁场位于河北省石家庄市正定县,占地面积223亩,承担了京石铁路4标段3座特大桥1座大桥共681榀标准跨度简支箱梁的预制工作,其中32米箱梁633榀,24米箱梁48榀。试验台座为钢结构,反力架长32m,宽9.58m,高为4.69m。
　　2抗拔型试验台座原理
　　试验台座是为静载试验提供荷载支撑的结构,其作用就是为千斤顶提供反力,千斤顶安装在梁顶和反力架之间,靠千斤顶的顶升来产生静载试验要求的荷载。
　　根据试验台座的性质和作用,在地质条件允许的情况下,特别是在地层较竖硬的条件下,可以考虑建立以反力横梁和抗拔桩为主要结构的试验台座体系,以达到为静载试验提供反力荷载的目的。
　　抗拔型试验台座是利用混凝土桩体和地层之间的摩擦阻力,通过连接杆扣压反力横梁,由横梁为千斤顶提供反力座,通过千斤顶的顶升来产生静载试验需要的反力荷载,如图1所示。
　　图1加载台座图
　　3反力桁架设计
　　3.1桁架杆架截面选型
　　选择桁架杆件截面形式,应考虑保证杆件具有较大承载能力与刚度,构件简单并便于连接、维护及制作等要求。由于不同的桁架形式受力不同,不同桁架形式下桁架杆件的截而选型规律也就不同。
　　当体系中桁架形式为实腹桁架时,可以将竖向荷载与水平荷载简化到节点上,桁架所有杆件均受轴力,所以截而选型与普通桁架一致。上、下弦宜选用角钢相并的T型截面,腹杆宜选用T型截面或空心管截面。
　　当体系采用空腹桁架时,因为空腹桁架各节点均为刚性结点,弦杆既受弯又受剪,应按刚框架的横梁进行设计,其截而一般选用Q345的H型钢,竖杆相当于刚框架中的柱,应按柱子刚性柱的设计方法进行设计,可选用Q345的H型截面或空心管截面。
　　3.2桁架杆架截面设计
　　由于反力架桁架体系整体侧向刚度很大且反力架主要承受竖直方向力的作用,因而不需要增加材料来控制侧移,杆件设计一般由截而强度来控制。当该体系采用混合桁架时,一般只弦杆承受弯矩,腹杆以承受轴力为主,所以其腹杆按轴心受力构件进行截面设计,弦杆按连续梁进行截面设计。当体系采用实腹桁架时,可以将所受荷载都简化到节点上进行内力计算,其杆件均按轴心受力构件进行截面设计。当体系采用空腹桁架时,桁架各杆既承受弯矩和轴力,又承受剪力,弦杆按框架梁进行截面设计计算,竖腹杆按框架结构中的立柱进行截面设计计算。参照《钢结构设计规范GB50017-2003》的相关条文给出了析架中轴心受力构件设计计算公式。轴心受拉和轴心受压构件的强度,除高强度螺栓摩擦型连接处外,应按下式计算:
　　式中:―轴心拉力或轴心压力;―杆件净截面面积;―钢材的强度设计值。
　　高强度螺栓摩擦型连接处的强度应按下列公式计算:
　　式中:―在节点或拼装处,构件一端连接的高强度螺栓数目;―所计算截面上高强螺栓的数目。
　　3.3桁架节点设计
　　由于反力桁架采用实腹桁架,桁架所有杆件均以承受轴力为主,腹杆与弦杆的节点应按铰接设计。这就需要在节点设计时此处的连接应该是一种柔性连接,而采用节点板或者连接角钢传递剪力的节点就是典型的柔性连接节点。
　　参照《钢结构设计规范GB 50017-2003》给出桁架与柱子连接的节点板和桁架腹杆与弦杆连接节点板的计算方法:
　　1)桁架节点板在拉、剪作用下的强度应按下列公式计算:
　　式中:―作用于板件的拉力;―第i段破坏而的截面积;当为螺栓时,应取净截面面积;―第i段破坏线与拉力轴线的夹角。
　　2)桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定性计算:
　　① 对有竖腹杆相连的节点板,当时(为受压腹杆连接肢端面中点沿腹杆轴线方向至弦杆的净距离),可不计算稳定。否则,应对桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定进行计算。在任何情况下,不得大于。
　　② 对于无竖腹杆相连的节点板,当时,节点板的稳定承载力可取为。当时,对桁架节点板在斜腹杆压力作用下的稳定进行稳定计算,但在任何情况下,不得大于。
　　4反力桁架拼装
　　4.1施工前准备
　　根据设计图纸进行深化细化设计,结合施工现场以及运输的要求来进行构件的分批、分段处理,深化设计完成后,请设计及相关单位人员审核确认。由技术负责人组织施工技术人员共同审图,明确其中制作安装的重点及难点,对制作要求高度大的节点制定相应的措施,编制了详细的加工工艺计划。
　　4.2拼装操作要点
　　1)根据现场和起重条件决定析架拼装方式,胎架须满足强度和安全要求,胎架底部与路基箱牢固焊接连接。
　　2)在路基箱上每隔5 ~6m布置一个马凳,以保证拼装的构件有足够的支撑,避免构件因自重变形影响精度。
　　3)马凳须避开焊接节点的位置,高度约1200mm,以便焊接、矫正与检查。
　　4)在胎架上标出构件的基准线和中心线,装配必要的定位支撑。然后将待拼装的构件吊装在胎架上,借助楔形铁块或千斤顶调节构件位置,满足要求后固定。
　　5)桁架上弦对接处,制作时预留3 mm左右焊接收缩余量,设内衬板,以保证对接光滑、焊缝平整。
　　6)从整榀桁架中心开始向两端延伸,次装配其余杆件,直至全部装完。
　　7)焊接前须对拼装构件进行检验,按不同材质,根据焊接工艺评定的要求选用相应的焊材。拼装焊接时,实施多人对称焊接,以最大限度地减少焊接变形。
　　5结语
　　对设于坚硬地层的静载试验台座,利用抗拔型反力架是可行的,它造价低,易于施工,加工制作简单,安装拆卸方便,试验成本不及通常反力架的1/10。
　　参考文献
　　[1]齐占国.哈大客运专线T1标32mT梁抗拔型静载试验反力架设计和应用[J].施工技术,2009,38:246-248.
　　[2]曹霞.结构试验反力架的节点设计浅析[J].工程建设,2009,4:20-23.
　　[3]王芝兰.钢结构住宅交错桁架体系中桁架设计研究[D].长沙:长沙理工大学硕士论文,2005.
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文