济南轨道交通U型梁架设施工过程力学行为分析

王震张誉镪周立臣

中建八局第二建设有限公司济南250000

摘要：城市轨道交通具有运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点。新型梁体U型梁具有降噪效果好，建筑高度低，面空间利用率高等优点，一般采用工厂化预制运至现场安装的方法施工。吊机吊装或者龙门吊安装施工成本很高，占用线下场地面积很大，因此施工人员对上部结构U梁架设方法进行了大胆地创新，采用架桥机梁上架梁方案。本文分析了济南轨道交通U型梁架设施工过程力学行为。

关键词：济南轨道交通U型梁；架设施工；力学行为

济南轻轨R1线为U型梁简支结构，由于施工环境的影响，上部结构U梁架设采用架桥机梁上架梁方案，运梁车采用横跨两片U型梁的方式布置，即将一榀U型梁的重量横向分散到两榀U型梁上，从而大大降低轮压对结构的影响。

一、特点分析

为实现城市持续有效发展，现在逐渐有更多新型技术和工艺被应用到城市交通系统建设中，且取得了良好的效果。其中，轨道交通现在已经成为了城市交通体系的重要部分，不仅可以对日益严峻的交通压力进行环节，还可以在一定程度上降低城市人口与住房紧张问题，对提高居民生活质量也有较大帮助。城市轨道交通建设成本比较高，且周期长、难度大，建成后还需要保持良好通风与照明，对工程结构设计以及施工要求十分严格。为提高城市轨道交通工程建设质量，可以利用U型梁来代替传统箱梁与T型梁，能够很大程度上降低线路标准高度与结构高度，避免乘客需要经过过高的楼梯上车，同时还可以降低城市轨道建设成本与后期维护难度。在选择应用U型梁进行城市轨道交通建设时，除了要贯穿整个车站外，还要择应用标准结构断面，减少对钢筋混凝土的需求量，将造价控制在合理范围内。且要做好施工管理，提高结构稳定性和安全性，避免后期运营过程中受地震等自然灾害影响。

二、施工过程力学行为分析

1.计算模型。该U型梁采用后张法预应力混凝土简支结构，标准跨径为30m，断面采用U型布置，梁高为1．8m，总宽为5．4m，内侧净宽为3．103m，主梁（腹板）呈倾斜弧线布置，厚为0．25m，道床板厚为0．25m，道床板与主梁内侧倒角为0．45m×0．15m。针对该梁体的构造及受力特点，采用桥梁专用有限元软件建立U型梁的三维有限元模型，建模方法如下：采用2节点空间梁单元建立单元模型，共30个单元，共配预应力钢束84束，采用刚性连接和弹性连接模拟双支座，为了使模型简化，将运梁及架梁设备等效为荷载作用。

2.U型梁运架工艺流程及计算工况。完整的U型梁架设工艺包括提、运、架三部分，即通过提梁机把U型梁安装到运梁小车上，由运梁车把U型梁运送到架桥机尾部，然后由架桥机架设。其中关键工艺为架梁，由架桥机过孔和架桥机运梁组成（根据U型梁的架设工艺流程，U型梁的力学行为分析分为以下计算工况：计算工况一：后天车吊梁。计算工况二：天车同步吊梁纵移（直线段架设）。计算工况三：天车同步吊梁纵移（曲线段架设）。4计算工况四：天车吊梁横移落梁。计算工况五：运梁车纵移。计算工况六：纵移前，架桥机由中支腿和运梁车支承，中支腿和运梁车不在同一跨U梁上，运梁车所在的U梁分析。计算工况七：纵移前，架桥机由中支腿和运梁车支承，中支腿和运梁车不在同一跨U梁上，中支腿所在的U梁分析。计算工况八：纵移到位，中支腿和运梁车在同一跨U梁上，前支腿支撑前。计算工况九：纵移到位，中支腿和运梁车在同一跨U梁上，前支腿支撑后。计算工况十：后天车吊梁。计算工况十一：天车同步吊梁纵移（直线段架设）。计算工况十二：天车同步吊梁纵移（曲线段架设）。计算工况十三：天车吊梁横移落梁。

3.计算结果及分析。一是架设施工阶段U型梁正截面强度分析，强度安全系数K最小值为16．6（不考虑二期恒载），满足规范要求。二是架设施工阶段受拉区钢筋拉应力验算分析。经计算可知，架设施工阶段，扣除短期预应力损失后的预应力钢筋的有效预应力小于预应力钢筋张拉控制应力容许值，满足规范要求。三是混凝土下边缘最大的拉应力为0．839MPa，相对于C55混凝土轴心抗拉强度设计值1．96MPa，仍有大于50%的应力储备。各截面混凝土下边缘拉应力见图1。

4.在理想状态下，由计算结果可知，各施工工况中，在架桥机荷载作用下，各截面应力及预应力钢筋应力均满足规范的规定，并且具有很高的安全储备。另外由于施工荷载所引起的挠度值为总挠度值的30%左右，因此，恒载作用是引起挠度变化的主导作用。U型梁运架施工过程中U型梁纵向结构进行了力学分析，由于架设过程需在开口薄壁U型梁上进行运架梁作业，因此U型梁横向结构受力有待进一步进行探索，以便严格控制作用其上的运架梁的施工荷载，从而降低施工风险。

三、施工技术要点

1.U型梁吊装作业。一是运输。在运输U型梁时，为避免过程中出现损伤，要求应用四点平衡轮胎式运输车辆。如果选择应用桥面轨式运梁车运输时，要重点控制吊点受力均衡性，且安排专人进行看管，保证U型梁可以安全运输到场。

二是吊装。在对U型梁进行吊装作业前，需要按照要求对钢筋混凝土强度、预设应力有效应力荷载以及弹模等进行检测，确定是否达到施工标准，无误后才可作业。吊装时可以选择应用龙门吊吊机满载试吊，下钩时进行试刹车实验，通过满载实验来确定吊车是否可以进行大幅度的摆动。为保证U型梁吊装安装性，必须要提前将各吊点螺丝帽拧紧，避免在吊装过程中出现脱落事故，且要安排人员全程进行监督，一旦发现异常情况必须要及时停止吊装。另外，在进行架设作业时，一般地段区域可以选择应用架桥机，对于小曲线半径或者出入线等区段需要应用汽车吊进行作业。

2.混凝土浇筑养护。混凝土浇筑作业前，要对模板进行全面检查，确定模板几何尺寸满足施工要求，尤其是要做好拼接缝严密性与平整度的检查，对于达不到要求的要及时更换，严禁直接应用到施工作业中。同时，还要对比设计图纸确定预埋件数量、位置以及外模螺杆达到技术标准。在正式进行浇筑时，应落实技术交底要求，按照专业规范做好混凝土搅拌质量、浇筑顺序以及振捣质量控制，其中要重点做好梁体梁端钢筋加密区以及腹板倒角区域振捣作业的控制，避免振捣棒与钢筋间距过进造成钢筋歪斜。浇筑完成后，要对腹板顶面与底板进行修整，待混凝土定浆后二次加工，并在恶劣天气时及时对混凝土进行加盖防护。收浆后可应用无纺布对底板和腹板顶面进行覆盖，且不得与混凝土表面接触，通过洒水养护，降低干缩裂缝的产生，避免影响结构性能。

3.U型梁降噪技术。结合U型梁结构特点，设置吸声调整块与腹板吸声。U型梁腹板具有天然屏障效果，缩短与声源点距离，提高吸声降噪效果。可以在间腹板上部列车一侧挑檐前端安装新型柔性隔声调整块，提高腹板对列车轮轨的包围效果。

U型梁在城市轨道交通中的应用，与传统箱型梁和T型梁结构相比具有更大的应用优势，需要结合其结构特点来确定施工技术要点与管理要求，有针对性的采取措施进行优化，提高施工效果。可对架桥机进行进一步结构设计优化，减轻自重，从而可以使梁体得到优化以后，仍能满足此种施工方法的使用条件，从经济上带来更大的价值。

参考文献

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[2]郭剑.城市轨道交通U型梁综合施工技术应用研究[D].山东大学，2015.

[3]周敏.城市轨道U型梁提运架综合施工技术[J].铁道建筑技术，2015，（8）：1-4+25.