郑焦客运专线跨京广线防护棚施工设计

郑焦客运专线跨京广线防护棚施工设计【摘 要】 针对连续梁跨越既有铁路施工的复杂环境，结合郑 焦客运专线现场实际需要，对防护棚进行合理化设计，本设计重点 阐述了依照现行规范进行防护棚的设计荷载取值、设计工况分析、 施工要求及列车运营要求，确保施工及既有线营运安全，对既有线 防护设施设计具有较好的指导意义。【关键词】 既有线 防护棚 荷载 工况分析 施工要求 运营要 求1、工程概况 郑焦城际铁路黄河特大桥为郑焦客运专线铁路暨改建京广铁路 跨越黄河的共用桥梁，为四线铁路特大桥梁。其正线北岸引桥在郑 焦线 dk30+492.06dlk30+637.06 及京广改线 gdk30+520.79 gdk30+664.79处以三跨(40m + 64m+40m)混凝土连续梁并行跨越 京广铁路，两幅桥梁中心线与京广铁路的夹角均约为38。在施工上部桥梁时，为了确证既有京广客货运线的正常运营， 及上部桥梁施工的安全，经研究决定在既有线顶设防护棚隔离。依 据铁路界限要求、上部桥梁的施工界限、并综合现场施工的实际状 况确定防护棚总长64.5m,宽20m，钢轨顶面以上高8.6m，防护棚 纵向布置与既有线基本平行，棚顶与既有线夹角 60。2、设计依据2.1、铁路行车线上施工技术安全规则(tbj412-87)2.2、铁路营运线施工及安全管理办法(铁办2007186 号)2.3、铁路运输安全保护条例 (中华人民共和国国务院令第430 号)2.4、钢结构设计规范(gb50017-2003)2.5、京沪高速铁路设计暂行规定2.6、建筑结构荷载规范(gb50009-2001)2.7、建筑地基基础设计规范(gb50007-2002)2.8、新建郑州至焦作铁路工程郑州黄河大桥施工图2.9、其他相关规范规程。3、结构组成 防护棚结构自上而下由棚顶、立柱顶分配梁、立柱、联结系、 斜撑、基础等部分组成。3.1、顶棚：棚顶由h型钢及其顶铺设的钢板组成。为方便安装 拆除，整个棚顶共分为29组，每组含3 根型钢及其顶钢板，单组 重 9962 kg。3.2、立柱顶分配梁：立柱顶分配梁为型钢梁，由普通螺栓分别 与其上顶棚、其下钢管立柱相连；为便于施工，每根分配梁分为五 节，最大节段重 1970 kg。3.3、立柱、联结系：防护棚立柱为钢管柱，分为两节。下节为 调整节，重74kg，由人工搬运安装，并精确调位。立柱上下设置法 兰与分配梁及基础预埋件相连。立柱间设置联结系，联结系与立柱 间通过销轴相连。3.4、斜撑：斜撑为可调撑杆。上部铰座焊于立柱上，下部铰座焊于斜撑基础预埋件顶上。3.5、基础：立柱下为钢筋混凝土条形基础，斜撑下为素混凝土 基础。要求基底容许承载力均不小于 150kpa。4、设计荷载选取4.1、人群荷载依建筑结构荷载规范不上人的屋面活荷载标准值取0.5kn/m2。不与雪荷载同时组合。4.2、风荷载依建筑结构荷载规范计算围护结构风荷载：4.2.1 棚顶结构风压：1)迎风面；2)背风面4.2.2 柱顶分配梁风压：。4.2.3 立柱风压：。4.2.4 立柱间连接系风压：。4.3、列车通过产生风压依京沪高速铁路设计暂行规定，计算围护结构在动车经过时 所受的风压，列车时速为250km/h。防护棚立柱安装状态时水平气 动力qh=0.18(kn/m2), qv=0；防护棚工作状态时水平气动力qh=0.27kn/m2），qv=0。4.4、坠落物由于 0块施工及挂篮施工时，在防护棚上方，施工坠落物按50kg考虑；假设坠落物落于棚顶跨中位置，变形为6 x,根据动能 守恒定律可得：坠落物的势能为：u二mg（h+6 x），h为坠落高度，取10 m； 棚顶结构跨中的刚度系数为k=9.3721 X 105n/m, 棚顶结构的应变能为： e=（k/2） 6 x2u= emg（ h+6 x） =（ k/2） 6 x26 x=1+1+2h/（ mg/k） 0.5 （ mg/k） 可得6 x=0.10383m坠落物的最大冲击力： f=k6 x=97311n， 按集中力作用于防护棚顶，由一根横梁承担，整个棚顶假设有 两处坠落物冲击。4.5、雪荷载sk=0.4kn/m2 由于活荷载与雪荷载不同时组合，所以取两者大 值进行计算。4.6、防护棚顶自重及棚顶滑动摩擦力：每组棚顶9962kg，在安装（或拆除）时一次吊装情况下与其下 分配梁间产生的滑动摩擦力为： 99620n/2X0.25=12453n5、主要设计工况及验算结果：5.1、工况一：立柱、分配梁安装工况此工况按照可变荷载效应控制的组合：荷载组合1=1.0X自重 +0.9X1.4X风荷载+0.9X1.4X列车通过产生风压经检算：5.1.1 立柱安装状态：立柱锚固端所受的最大弯矩为：12.16kn.m；斜撑轴力为：9.03kn；连接系与立柱接触处的最大弯 矩为：1.08kn.m、最大剪力0.79kn.5.1.2 分配梁安装状态：立柱锚固端所受的最大弯矩为： 14.2kn.m；连接系与立柱接触处的最大弯矩为：0.52kn.m。5.2、工况二：棚顶安装工况此工况按照可变荷载效应控制的组合计算：荷载组合2=1.0X自 重+0.9X1.4X风荷载（或风荷载+人群荷载）+0.9X1.4X棚顶滑 移摩阻力经检算，本工况下各构件最大应力O max = 42.21mpaV o = 215mpa，受力满足。5.3、工况三：防护棚工作工况 此工况按照偶然荷载效应控制的组合计算：荷载组合3=自重+落物荷载+1.4X0.6X风荷载（立柱、连接系、分配梁）+列车通过 产生风压（立柱、连接系）+1.4X0.7X人群荷载，经检算各构件 应力如下：棚顶竖向变形： fmax=-76mm 挠跨比： f/l=1/3205.4、工况四：防护棚基础计算：5.4.1 柱下条形地基计算：柱下条形基础为柔性基础，采用弹 性地基梁法进行计算。郑州地区为黄土，取基床系数 k=4x104 (kn/m3)， 立柱下条形基础基底承载力计算最大支承反力： 45.65kn,弹性支点每0.96米设置一个，经检算：地基基底压力为： p=55.38kn/ (0.8x0.8) m2=86.53kpa,地基容许承载力为 150 kpa, 条形基础可满足强度需要。5.4.2斜撑下基础计算：斜撑最大反力：85.62kn。经检算：地 基基底压力为： p=85.62kn/(0.8x0.8) m2=133.78kpa ,斜撑基础 可满足强度需要。5.5 结论：经过检算,设计防护棚在强度刚度稳定性上都满足设计规范要 求。6、施工及营运要求：6.1、施工要求：6.1.1 加工前,请认真查看防护棚设计图纸,对于图中的加工 制作要求,安装使用要求及使用注意事项均应严格执行,同时加工 制作应严格按照规范要求办理。6.1.2 构件在运输吊装时,应采取加固措施防止变形和损坏。6.1.3 立柱加工要求在加工车间预拼装；立柱安装应保证定位 准确、垂直度良好、柱顶标高符合设计要求。立柱安装完毕后,必 须及时把柱脚与预埋件处螺栓上紧。立柱安装的允许偏差如下：6.1.4 安装防护棚各部件时,现场施工应遵守铁路有关规定,保证安全。6.1.5 拆除时，新浇筑梁底的棚顶结构需由现场设置转向滑轮 及 3t 卷扬机，滑移到吊装区域，然后用履带吊吊下。6.1.6 为了安全起见，防护棚设置有接地装置，现场测试电阻 不大于30 e。6.1.7防护棚绝缘采用在带电导线正上方的顶棚结构下部加范 围套绝缘橡胶，绝缘橡胶在棚顶吊装前安装到位；其余部位采取用 空气绝缘，离最近带电体距离超过50cm。6.2、运营要求：6.2.1 列车经过本施工区域时的速度不能超过200公里/小时。6.2.2 要经常派人对防护棚进行检查，尤其是各构件的螺栓是 否有松动，基础是否有异常，定期进行基础沉降与立柱顶偏位观测。6.2.3 严禁在防护棚顶随意摆放杂物；在棚顶拼装挂篮时，要 求尽量做到起吊物体平稳轻放，不对防护棚造成大的冲击；人在桥 面施工时，严禁向下乱扔杂物。7、结束语 依照现行规范，并结合现场实际，对防护棚进行了设计、检算 及施工指导，通过合理化设计确保营运线路设备与行车安全和施工 安全。该设计对对既有线防护设施设计具有较好的指导意义。