CN204326556U - 一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚 - Google Patents

Abstract

本实用新型属桥梁工程施工中安全防护技术领域，为解决跨越既有线铁路或公路施工需搭设施工安全防护棚时，在既有线内设多排立柱及基础，进行防护棚立柱、横梁、纵梁安装等问题，提供一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚。在接触网外侧沿铁路线方向设两排立柱，立柱底部通过基础预埋螺栓连接独立扩展基础，同侧立柱间型钢连接，立柱柱顶沿铁路线方向连接主桁架拆除滑道，立柱顶部且垂直于主桁架拆除滑道设单片三角形主桁架；主桁架间用次桁架连接，主桁架顶部设檀条，檀条上连接屋面板。减小用钢量，节省成本；提高工作效率，缩短工期；降低施工风险，保证安全；避免在既有线内进行单根横梁、纵梁、钢板等安装，加快施工进度。

Description

一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚

技术领域

本实用新型属于桥梁工程施工中的安全防护技术领域，具体涉及一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚。

背景技术

随着铁路的快速发展，跨越既有铁路的施工也越来越多，通常为保证行车安全，均需在桥梁施工下方，既有铁路接触网线上方搭设施工安全防护棚。目前既有线上铁路施工安全防护棚均采用框架结构形式，即由钢柱、柱顶横梁、纵向分配梁、顶层钢板及绝缘橡胶等组成，钢柱跨度较小，均需要在既有线内设置多排立柱及基础，进行防护棚立柱、横梁及纵梁安装，施工工期长、效率低、安装繁琐、安全隐患大。同时，由于框架结构安全防护棚由钢柱、横梁、纵梁等组成，用钢量大，成本高，经济性差。

发明内容

本实用新型为了解决跨越既有线铁路或公路施工需搭设施工安全防护棚时，在既有线内设置多排立柱及基础，进行防护棚立柱、横梁、纵梁安装等问题，为了提高施工效率，降低既有线施工作业风险，缩短工期，同时减少施工安全防护棚用钢量，降低施工成本，提高效益等，提供了一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚。

本实用新型采用如下技术方案实现的：一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚,包括在接触网外侧沿铁路线方向布设两排立柱，立柱底部通过基础预埋螺栓连接独立扩展基础，同侧立柱之间采用型钢连接，立柱柱顶沿铁路线方向连接有主桁架拆除滑道，位于立柱顶部且垂直于主桁架拆除滑道安设单片三角形主桁架；所述主桁架之间采用次桁架连接，主桁架顶部布设屋面檀条，檀条上面连接屋面板。

所述主桁架轴间距58.8m，两边外伸1.7m，轴线间距为3m，主桁架的跨中高度为1.8m，桁架节间距0.6m，节点处高度为1.0m，主桁架下弦与立柱采用K字形连接，主桁架上每个斜腹杆、直腹杆的轴线均汇交于上、下弦杆的节点处。所述次桁架单个单元长度为主桁架轴线间距长度，次桁架的桁高与对应节点处的主桁架等高。所述檀条间距为1.2m，檀条用C型钢与主桁架顶节点处所设的檀托连接。所述屋面板与檀条用自攻螺钉相连接，屋面板的自攻螺钉固定在屋面板波谷以及波峰处，间距250mm。

所述立柱采用φ630×10钢管，同侧立柱之间采用22槽钢连接；所述主桁架单片采用钢管桁架结构，主桁架上下弦采用Ф219×10钢管，Ф245×10钢管加强，腹杆采用Ф83×5钢管，Ф121×5钢管加强；所述次桁架采用8#角钢和10#槽钢组成桁架单元；所述主桁架拆除滑道采用I25工字钢；所述屋面板为5mm绝缘橡胶顶层+0.5mm彩钢压型钢板+5mm绝缘橡胶底层，彩钢压型钢板采用YX750-250-35型彩钢板。所述用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚的主体钢结构均采用Q235B碳素结构钢。

大跨度桁架防护棚采用三角形桁架结构形式，主桁架为单片三角形钢管桁架结构；纵向设置多榀主桁架作为防护棚架主要受力纵梁，主桁架间采用次桁架连接，次桁架采用角钢和槽钢组成桁架单元，单个单元长度为轴间距长度，次桁高与对应节点处主桁架同高度；主桁架顶设屋面檩条，檩条采用C型钢与主桁架顶檩托铰接。沿铁路线方向在接触网区域外侧设两排立柱，对应于每个主桁架，立柱间采用型钢相连，柱顶采用型钢通长连接以加强立柱稳定性，兼做主桁架拆除滑道，立柱采用螺旋焊管，立柱与基础采用预埋螺栓相连。基础采用独立扩大基础。主体钢结构均采用Q235B碳素结构钢，屋面采用绝缘橡胶层+彩钢压型钢板+绝缘橡胶层。

主桁架单片采用钢管桁架结构形式，长度62.2m，轴间距58.8m，两边外伸1.7m，桁架跨中高度1.8m，钢柱节点处高度为1.0m，主桁架下弦与钢柱采用K字形连接。

本实用新型具有如下有益效果：①减小用钢量，节省成本；采用大跨度钢桁架防护棚，使防护棚用钢量由原设计的1600多吨减少至350多吨，大大降低了用钢量，节省了成本；②提高工作效率，缩短了工期；对于防护棚施工，避免了在既有线内进行基础开挖、浇注基础等问题，仅需在既有线外设置两排立柱及基础，减少了在既有线内作业时间，提高了工作效率，保证了在施工要点作业施工内完成施工，缩短了施工工期；③降低了既有线施工安全风险，保证行车安全；由于不需在既有线内设置多排立柱及基础，大大缩短了在既有线内作业时间，降低了施工风险；④采用大跨度桁架防护棚，可进行大跨度主、次桁架、檩条的整体吊装，避免了在既有线内进行单根横梁、纵梁、钢板等安装，加快了施工进度，降低成本，保证了施工安全。

附图说明

图1为防护棚平面布置图；图2为立柱以及基础平面布置图；图3为本实用新型侧立面图；图4为图3的1-1剖面图；图5为檀条平面布置图。

图中：1-防护桩；2-立柱；3-主桁架；4-次桁架；5-檀条；6-屋面板；6.1-绝缘橡胶顶层；6.2-彩钢压型钢板层；6.3-绝缘橡胶底层；7-主桁架拆除滑道；8-型钢。

具体实施方式

结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。以某工程跨越既有线桥梁大跨度桁架安全防护棚为例：

某防护棚工程有正线2条，到发线11条，预留4条。为保证施工安全，在铁路上方60m×60m范围内设置全封闭大跨度桁架式施工防护棚。一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，建筑面积约为3600㎡，宽度为60m，采用单片三角形主桁架结构形式，包括在接触网外侧沿铁路线方向布设两排立柱2，立柱采用φ630×10钢管，距离为58.8m，顺桥向单侧21个，对应于每个主桁架3，立柱底部通过基础预埋螺栓连接独立柱式扩大基础，同侧立柱间采用22槽钢将两立柱连接为整体，以加强柱的稳定性，立柱柱顶沿铁路线方向通长连接有主桁架拆除滑道7，主桁架拆除滑道7采用I25工字钢，同时加强立柱稳定性。

位于立柱顶部且垂直于主桁架拆除滑道安设21个单片三角形主桁架3作为防护棚架主要受力纵梁，采用钢管桁架结构，主桁架长度62.2m，轴间距58.8m，两边外伸1.7m，轴线间距3m，主桁架的跨中高度为1.8m，桁架节间距0.6m，节点处高度为1.0m；主桁架上下弦采用∠80×8角钢，Ф219×10钢管，Ф245×10钢管加强；腹杆采用[6.3、[8钢，Ф83×5钢管，Ф121×5钢管加强；斜撑采用I25a、I16、[22a、[18a；主桁架下弦与立柱采用K字形连接，以增加结构的稳定性；主桁架上每个斜腹杆、直腹杆的轴线均汇交于上、下弦杆的节点处，每个檩托均在桁架节点处受力。

主桁架之间采用次桁架4连接，增加主桁架3稳定性，使得整个防护棚整体受力，次桁架4采用8#角钢和10#槽钢组成桁架单元，次桁架单个单元长度为主桁架轴线间距长度3m，次桁架的桁高与对应节点处的主桁架等高。

主桁架顶部布设屋面檀条5，檀条间距1.2m，檩条采用C120×50×20×2.5C型钢，与主桁架顶节点处所设的檀托连接。檀条5上面用自攻螺钉连接屋面板6，屋面板6为5mm绝缘橡胶顶层6.1+0.5mm彩钢压型钢板层6.2+5mm绝缘橡胶底层6.3，彩钢压型钢板采用YX750-250-35型彩钢板。每根檩条上橡胶板及彩钢板均采用自攻螺钉与檩条相连；底层绝缘橡胶板的自攻螺钉间距为250mm，彩钢压型钢板的自攻螺钉固定在屋面板波谷处，间距250mm，最上层绝缘橡胶板的自攻螺钉固定于波峰处，间距250mm。用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚的主体钢结构均采用Q235B碳素结构钢。

具体操作过程为：按设计图要求，加工制作上下弦杆、斜腹杆、直腹杆等，并在钢柱连接处设置成K型连接；焊接上下弦杆、斜腹杆、直腹杆等，组成三角桁架；制作钢筋混凝土独立基础，并预埋M30锚栓及钢柱底板等，进行钢柱安装；在施工现场将桁架拼装成整榀桁架，并将两片主桁架及桁架间次桁架、檩条拼装一整，进行整体吊装；利用260吨履带吊将拼装成的两片桁架进行整体吊装，利用缆风绳进行空中转体，利用限位板进行快速就位，并与钢柱及斜撑焊接牢固。

检算依据：《跨陇海铁路施工防护棚设计图纸》；《混凝土结构设计规范》（GB 50010-2010）；《建筑结构荷载规范》（GB50009-2012）；《建筑地基基础设计规范》（GB50011-2010）；《冷弯薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）；《建筑用压型钢板》（GB/T12755-91）；《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。

检算参数：压型钢板自重：0.0628kN/m²；绝缘橡胶垫：0.09kN/m²。施工荷载：1.0kN/m²。雪荷载：0.5kN/m²。风荷载：基本风压：当地50年，0.450kN/m²，采用 计算，其中风压荷载计算见表1。施工时集中荷载：1kN，按纵横向3m间距进行布置。温度作用：±25℃（使用过程中的最大温差值，仅考虑钢结构部分）。Q235钢：E=2.06×10⁵MPa，f=215MPa，fv=125MPa（构件所有截面的厚度均≤16mm）。屋盖檩条挠度容许值：L/200，屋架挠度容许值：L/250。杆件强度安全系数≥1.2，稳定性安全系数≥1.3。

表1：风压荷载计算表

注：场地类别取：田野、乡村、丛林、丘陵以及房屋比较稀疏的乡镇；n榀桁架整体计算、杆件计算的体型系数均取1。参照GB50009-2012、TB10110-2011综合后，风振系数取1.0。

结构检算工况见表2，工况组合说明：工况1：施工过程中荷载控制（含结构自重及施工荷载）；工况2：施工完成后，使用过程中结构自重及温度荷载同时作用控制；工况3：施工完成后，使用过程中结构自重及风载荷同时作用控制；工况4：施工完成后，使用过程中结构自重、风载荷、雪荷载与负温差同时作用控制（雪荷载起控制作用）；工况5：施工完成后，使用过程中结构自重、风载荷、雪荷载与负温差同时作用控制（风荷载起控制作用）；工况6：施工完成后，使用过程中挠度控制。

表2：荷载工况组合表

检算过程：

YX35-125-750屋面板检算：由《建筑用压型钢板》（GB/T12755-91）查得：，把压型钢板简化为1.2m的简支梁进行计算，所受均布荷载和集中荷载。取1m宽的压型钢板进行计算。

均布荷载：q=(0.0628+0.09+1)×1=1.1528kN/m；集中荷载：P=1kN；则屋面板在最不利荷载工况1下所受的最大弯矩：M=ql²/8+PL/4=1.1528x1200²/8+1000x1200/4=505704N.mm；

σ_max=M/W_ef=505704/7480=67.85Mpa；

ω_max=5ql⁴/384EI_ef+pl³/48EI_ef=5x1.1528x1200⁴/384x2.06x10⁵x138500

+1000x1200³/48x2.06x10⁵x138500=2.353mm<1200/200=6mm。

檩条板检算：由《冷湾薄壁型钢结构技术规范》（GB50018-2002）查得C120x50x20x2.5檩条的截面特性：A=598mm²,I_x=1294000mm⁴,W_x=21570mm³，檀条简化为3m跨的简支梁进行计算，则檩条在最不利荷载工况1下所受的最大弯矩：

M=ql²/8+PL/4=［（0.0628+2x0.09+1）x1.2+0.047]x3000²/8+1000x3000/4=18.399KN.mm；

σ_max=M/W_ef=2.956x10⁶/21570=137.04Mpa；

ω_max=5ql⁴/384EI_ef+pl³/48EI_ef

=5x［（0.0628+2x0.09+1）x1.2+0.047]x3000⁴/384x2.06x10⁵x1294000

+1000x3000³/48x2.06x10⁵x1294000=0.234mm<3000/200=15mm。

主桁架结构检算：檀条线荷载见表3，檀条节点荷载见表4，杆件横向风载加载值见表5。

表3：檀条线荷载

表4：檀条节点荷载

表5：杆件横向风载荷载

结构有限元模型及优化：用有限元软件Midas进行三维仿真分析，模型中杆件均采用梁单元模拟。在计算时，杆件的连接均采用刚性连接方式。

计算结果：

上弦杆稳定性计算：《钢结构设计规范》（GB50017-2003）4.2.1条表明：由于上弦杆满铺檩条，其杆件的稳定不需计算。

下弦杆稳定性计算：侧向支承间距为7.2m，其计算长度为7.2m，φ219×10的回转半径i为72.0mm，则其长细比：，查（GB50017-2003）表C-1中得。下弦杆应力见表6。

表6：下弦杆应力

取最大值89.9MPa，进行下弦杆的稳定性计算，。稳定性满足要求。

φ146×10稳定性计算：其计算长度为1.25m，φ146×10的回转半径i为48.2mm，则其长细比：，查（GB50017-2003）表C-1中得。

杆件的最大应力为186.4MPa，，稳定性满足要求。

φ83×5稳定性计算：其计算长度为1.8m，φ83×5的回转半径i为27.6mm，则其长细比：，查（GB50017-2003）表C-1中得。

杆件的最大应力为139.5MPa，，稳定性满足要求。

φ630×10稳定性计算：其计算长度为6.0m，φ630×10的回转半径i=√I/A=219.23mm，则其长细比：λ=l_o/i=6000/219.23=27.37，查（GB50017-2003）表C-1中,圆柱为a类截面，得φ=0.968。杆件的最大应力为174.3MPa，σ=σ_o/φ =174.3/0.968=180.06Mpa稳定性满足要求。

节点处连接板计算：连接板采用-150x280x8钢板，双面角焊缝，焊脚高度6mm，焊缝计算计算长度为l_w=280x2=560mm，ƒ^w _f=160N/mm²；连接板处最大应力为418.5MPa，σ=σ_o/（h_el_w） =418.5x10³/（0.7x6x560）=177.93Mpa< 1.22ƒ^w _f=1.22x160=195.2 Mpa。满足要求。

横撑处高强螺栓计算：考虑在拆除过程中，主桁架从横撑处滑移拆除，单榀桁架的重量约为16t，考虑1.25的安全系数，则每个横撑处受力为：F=1.25x16x10/2=100KN, 查得I25工字钢的截面特性，A=48.5cm²，I_x=5020cm⁴，W_x=402cm³简化为3m跨的简支梁进行计算，则所受的最大弯矩：

M=ql²/8+PL/4=（0.381+1x3）x1.2x3²/8+100x3/4=79.564KN.mm；

σ_max=M/W_ef=79.564x10⁶/402000=197.92Mpa；

V_max= ql/2+P/2=（0.381+1x3）x1.2x3/2+100/2=56.086KN。则高强螺栓处的剪力为56.086K。

单个螺栓的抗剪承载力设计值：N_v ^b=n_v*πd²* ƒ^b _v/4=1x3.14x22²x310/4=117.78KN。

单个螺栓的剪力：N=V_max/6=56.086/4=14.02KN< N_v ^b=117.78KN。满足要求。

防护棚支架整体稳定性计算：在考虑1.0倍自重+n倍施工活载+n倍风荷载的作下，防护棚支架的整体稳定性系数如表7，立柱的支反力如表8。

表7：防护棚支架整体稳定性计算结果

表 8 ：立柱支反力计算结果

基础的尺寸为1.8m×1.8m，台阶宽高比400/500=0.8/1＜1/1，符合要求。则：基底应力。

经计算，该防护棚结构设计安全可靠，满足规范要求。

Claims (7)

1.一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：包括在接触网外侧沿铁路线方向布设两排立柱（2），立柱底部通过基础预埋螺栓连接独立扩展基础，同侧立柱采用型钢（8）连接，立柱柱顶沿铁路线方向连接有主桁架拆除滑道（7），位于立柱顶部且垂直于主桁架拆除滑道安设单片三角形主桁架（3）；所述主桁架（3）之间采用次桁架（4）连接，主桁架（3）顶部布设屋面檀条（5），檀条（5）上面连接屋面板（6）。

2.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述主桁架轴间距58.8m，两边外伸1.7m，轴线间距为3m，主桁架的跨中高度为1.8m，桁架节间距0.6m，节点处高度为1.0m，主桁架下弦与立柱采用K字形连接，主桁架上每个斜腹杆、直腹杆的轴线均汇交于上、下弦杆的节点处。

3.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述次桁架单个单元长度为主桁架轴线间距长度，次桁架的桁高与对应节点处的主桁架等高。

4.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述檀条间距为1.2m，檀条用C型钢与主桁架顶节点处所设的檀托连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述屋面板与檀条用自攻螺钉相连接，屋面板的自攻螺钉固定在屋面板波谷以及波峰处，间距250mm。

6.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述立柱采用φ630×10钢管，同侧立柱之间采用22槽钢连接；所述主桁架单片采用钢管桁架结构，主桁架上下弦采用Ф219×10钢管，Ф245×10钢管加强，腹杆采用Ф83×5钢管，Ф121×5钢管加强；所述次桁架采用8#角钢和10#槽钢组成桁架单元；所述主桁架拆除滑道采用I25工字钢；所述屋面板为5mm绝缘橡胶顶层（7.1）+0.5mm彩钢压型钢板层（7.2）+5mm绝缘橡胶底层（7.3），彩钢压型钢板采用YX750-250-35型彩钢板。

7.根据权利要求1所述的一种用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚，其特征在于：所述用于既有线上桥梁施工的大跨度桁架安全防护棚的主体钢结构均采用Q235B碳素结构钢。