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摘要：相对于工程施工而言，工程结构设计失误较为隐蔽，一般在施工过程、质量监督过程中难以发现或发现较晚，遗留下极大的安全隐患；工程结构的先天不足，给事后加固和改造工作带来诸多技术难题。结合地铁封闭式声屏障纵向连系梁脱落的事件实例，模拟现场情况进行对比分析，准确指出事件发生的实质原因。
关键词：地铁； 声屏障；纵向连系梁；脱落；分析
1 引言
钢结构具有强度高、自重轻、整体性好、施工工期短、节能环保等诸多优点，被越来越广泛地应用。高强螺栓作为钢结构构件的一种重要连接形式，具有连接可靠、便于安装拆卸以及受力和抗疲劳性能好等优点。但是，由于设计失误、施工原因、材料尺寸公差、螺栓质量等问题造成高强螺栓松动的情况时有发生，严重影响结构的整体稳定性和安全使用性。本文以某地铁高架段封闭式声屏障纵向连系梁脱落事件为例，通过现场调查、模拟现场、数据测算分析事件原因。
2 事件背景
2014年5月，某地铁车站值班员迎接列车时发现T31车TC2端车顶有条状异物插入车体，经专业人员查看确认，异物为上行DK1+895处封闭式声屏障脱落的一根纵向连系梁。
3 事件分析
3.1 现场调查
3.1.1历史脱落情况
查询事件发生地点附近的声屏障纵向连系梁脱落情况，结果如下：
（1）2014年3月28日下行DK1+900处出现纵向连系梁一端脱落垂吊。
（2）2014年3月28日下行DK2+200处出现纵向连系梁一端脱落垂吊。
（3）2014年5月3日下行DK1+900处出现纵向连系梁一端脱落垂吊。
（4）2014年5月10日下行DK2+100处出现纵向连系梁一端脱落垂吊。
（5）2014年5月16日上行DK1+895处出现一根纵向连系梁脱落插入T31车TC2端车体内。
3.1.2节点高强螺栓
对事件发生地点附近的声屏障纵向连系梁的连接螺栓进行现场勘查，结果如下：
（1）桥面上发现松脱后掉落的螺母、垫片。
（2）纵向连系梁和连接耳板间有间隙，出现夹角。
3.1.3声屏障
根据设计资料，全（半）封闭式声屏障为单层门式刚架结构，由若干榀GJ-1组成，GJ-1结构如图1所示。GJ-1的H型钢立柱高4.2米，跨距9米，立柱上方为弧形弯梁。相邻两榀GJ-1立柱间距值为2m（限差±10mm），顶部弧形弯梁段由10根纵向连系梁（编号1号～10号）与连接耳板通过螺栓连接，其中1号、10号纵向连系梁采用80×50×8的角钢，两端分别由2颗高强螺栓M12×35连接；2号～9号纵向连系梁采用50×80×3的槽钢，两端分别由2颗高强螺栓M12×30连接。
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式中，Nbv为受剪承载力设计值；nf为传力摩擦面个数；μ为摩擦面的抗滑移系数；P为一个高强螺栓的预拉力。
从式（1）中可以看出，影响单个摩擦型高强螺栓承载力的主要因素为摩擦面个数、抗滑移系数以及预拉力有关。因此结合现场调查的结果，对高强螺栓松动原因进行分析，分析如下：
由于纵向连系梁和连接耳板间有间隙，出现夹角，传力摩擦面的个数减少, 摩擦面之间产生间隙, 降低了高强螺栓的有效作用范围, 因而高强螺栓的承载作用被大大降低。当受到极限载荷的作用时, 螺栓在螺栓孔内发生微小的位移, 当长期受到往复动载荷作用时, 螺母逐渐产生松动。
3.2.2 夹角产生原因分析
结合现场实际情况，右线R=350，左线R=345.788，左、右线线间距4.2米，立柱间距9米。右线圆曲线长度为606.749米；左线圆曲线长度为598.725米。
采用左、右线曲线的圆心，建立外圆半径R=352.4米，内圆半径R=343.4米的同心圆。
方案1：以缓圆点作为起点（第1榀），取圆曲线长度600米，顺里程方向按照设计要求的柱间距2米布置钢架。测量跨距、测算纵向连系梁和连接耳板的夹角。
方案2：以圆曲线上任一点作为起点（第1榀），在圆曲线外圆弧上按柱间距2米、外圆弧立柱点至圆心的连线与内圆弧交点（柱间距1.949米）布置刚架。测量跨距、测算纵向连系梁和连接耳板的夹角值。
方案1、方案2数据对比情况如图2所示：
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图2 方案1、2立柱间距对比、纵向连系梁与连接耳板夹角对比图
从图3可知：（1）采用方案1安装声屏障时，从第1榀至第301榀，跨距从9.000米增大到17.942米，累计增加8.942米；纵向连系梁与连接耳板夹角从0.2度增大到60.1度，累计增加59.9度。
（2）采用方案2安装声屏障时，可确保每一榀刚架跨距9米，纵向连系梁和连接耳板的夹角恒定为0.17度。
3.3 结论
从模拟现场刚架布置情况可以推测，造成此次声屏障纵向连系梁脱落事件原因有以下两个方面：
（1）直接原因：纵向连系梁和连接耳板间出现夹角，引起螺栓松动。
（2）实质原因：刚架未按照合理间距布置，导致纵向连系梁和连接耳板间出现夹角。
4 结语
本文通过某地铁封闭式声屏障纵向连系梁脱落的事件分析，准确指出事件发生的实质原因为曲线线路上封闭式声屏障H型钢立柱在曲线内、外侧均按同一间距布置，纵向连系梁与弧形弯梁连接耳板间形成夹角，在长期往复荷载作用下导致螺栓松脱。
参考文献:
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[4]蔚振民.钢结构高强螺栓松动机理分析及处理对策[J].工程质量，2016，34（6）：81-83.
论文作者:郑小双
论文发表刊物:《防护工程》2019年20期
论文发表时间:2020/3/7
标签：纵向论文; 螺栓论文; 连系论文; 夹角论文; 屏障论文; 间距论文; 事件论文; 《防护工程》2019年20期论文;