連續(xù)梁(50+2×90+50)m懸灌施工掛籃主縱梁受力分析

王 政

(中鐵二十三局集團(tuán)第八工程有限公司，四川 成都 610091)

連續(xù)梁(50+2×90+50)m懸灌施工掛籃主縱梁受力分析

王 政

(中鐵二十三局集團(tuán)第八工程有限公司，四川 成都 610091)

以某公路橋梁工程為例，對工程采用的掛籃懸臂澆筑施工工法作了簡介，說明了掛籃的設(shè)計思路，對掛籃主縱梁受力進(jìn)行了詳細(xì)的計算分析，計算所得的設(shè)計參數(shù)可為類似工程提供參考。

懸臂施工，主縱梁，掛籃，受力

1 工程概況

岳宜高速公路的荊江分蓄區(qū)特大橋右幅第108聯(lián)，墩上部結(jié)構(gòu)為(50+2×90+50)m變截面的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)梁，梁體的斷面形式為單箱單室，梁的頂面寬度為14.5 m，梁的底面寬度為7.0 m。箱梁的0號塊斷面的最高高度達(dá)5.5 m，本橋共有4個合龍段，每個合龍段的截面高度都為2.5 m，見圖1。

本橋的0號塊節(jié)段單幅總長為12 m，足夠的長度保證掛籃系統(tǒng)的拼裝，墩頂0號塊的6 m長度范圍內(nèi)，梁體的截面高度保持一致為7.0 m，另外，兩側(cè)的3 m長子節(jié)段塊則都位于二次拋物線上，拋物線的方程為：Y=2.5+0.001 784 65X2,相應(yīng)點的坐標(biāo)可以簡便地通過函數(shù)式插值而得到。每個“T”構(gòu)根據(jù)設(shè)計施工圖，總共有12個施工塊，從中間墩向兩側(cè)的墩發(fā)展的節(jié)段順序為5×3.0+4×3.5+3×4=41 m，另外，邊跨直線段、合龍段的長度分別為4 m，2 m，每個節(jié)段的梁體頂板厚度一致為30.0 cm，梁體的底板變化較多，0號塊的底板厚度為150 cm，中跨合龍段的厚度為30 cm。其他部位的厚度由線性插值得到。梁頂橫坡的單向人字坡的坡率為2%。本橋的預(yù)應(yīng)力體系為三向預(yù)應(yīng)力，梁體的豎向預(yù)應(yīng)力筋以及0號底板的橫向預(yù)應(yīng)力筋采用Φ32的精軋螺紋鋼，頂板的橫向預(yù)應(yīng)力筋及預(yù)應(yīng)力主縱筋采用鋼絞線。

2 掛籃的設(shè)計

由于菱形掛籃具有很好地控制線型和抵抗變形、較高的承載的能力，結(jié)合本橋的施工截面以及節(jié)段信息，本橋采用了3對掛籃組進(jìn)行懸臂施工。每只掛籃主要構(gòu)成部件如下：1)主桁架體系：由下承桿、上承桿以及腹桿組成單桁架片，每只掛籃體系有2個主桁架體系，并且主桁架體系通過上橫梁、下橫梁,以及中間斜撐共同構(gòu)成一個完整的受力體系；2)掛籃的底模板系統(tǒng)平臺：分別由主縱梁、鋼模板以及承載分配次橫梁等等構(gòu)成一個整體平臺體系，為了方便于行人，平臺上設(shè)有人行道；3)懸吊體系：根據(jù)業(yè)主要求，以及相關(guān)兄弟施工單位的經(jīng)驗借鑒，本次懸吊系統(tǒng)采用鋼吊帶、鋼吊桿系統(tǒng)，由前上橫梁上的主受力吊掛材料采用鋼吊帶，其余均采用Φ32的精軋螺紋鋼的吊桿系統(tǒng)，如此設(shè)計能防止精軋螺紋鋼突然間的脆斷而導(dǎo)致掛籃系統(tǒng)崩潰，鋼吊帶則具有一定的抗剪特性；4)導(dǎo)向梁體系：分別由導(dǎo)向工字鋼梁、錨固件以及千斤頂滑行驅(qū)動等組成；5)掛籃的滑行系統(tǒng)：分別由前后主支承腿、滾輪、軌道組成；6)掛籃的錨固體系：由精軋鋼錨固件、錨具等構(gòu)成，從而方便掛籃在脫模后的行走，以及調(diào)整節(jié)段塊的長度，并且使整體掛籃體系具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。掛籃縱斷面圖見圖2。

3 掛籃主縱梁受力計算

3.1 荷載的確定

掛籃施工控制工況2號，6號，10號塊。2號塊為3.0 m節(jié)段最重塊，混凝土48.55 m3，重126.2 t；6號塊為3.5 m節(jié)段最重塊，混凝土46.2 m3，重120.1 t；根據(jù)計算分析，4.0 m節(jié)段的最重的區(qū)段為10號塊，該節(jié)段的混凝土方量為41.68 m3，折合重量為108.4 t，而考慮單只掛籃總重為54.5 t?？紤]到最不利的荷載組合體系，為了節(jié)省篇幅，本次計算僅以2號節(jié)段的施工為例做演算。

3.2 澆筑2號節(jié)段時的掛籃受力分析(3.0 m節(jié)段)

1)底模平臺系統(tǒng)的主縱梁受力。

a.設(shè)置在底模平臺體系的腹板主受力縱梁(見圖3)：此處設(shè)置的主受力縱梁主要承載了現(xiàn)澆腹板混凝土荷載及部分鋼底模平臺體系的局部自重。

根據(jù)計算，此時每側(cè)的腹板混凝土載重為：G=82.5 kN/m,考慮混凝土超打重量的不利荷載按1.1倍進(jìn)行擴(kuò)大，另外，施工時人工荷載及掛籃結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)底模平臺自重為2.0 kN/m，從而可以得到此時的荷載組合為：G′=2.0+1.1×G=92.75 kN/m；這部分的荷載主要由2[28b的主底縱梁承擔(dān),從而，這部分的荷載：q=46.37 kN/m。

基于大型的土木工程結(jié)構(gòu)計算程序Midis，對主縱梁進(jìn)行有限元建模計算；可以得出彎矩幅值Mmax=116.8 kN·m。

根據(jù)主縱梁的截面，以及彎矩幅值可以得出最大的彎曲主應(yīng)力σmax=161.1 MPa<{215 MPa}；最大變形fmax=14.2 mm>L/400=12.5 mm。

由以上計算可知縱梁彎曲應(yīng)力符合規(guī)范要求,變形發(fā)生在縱梁最中間部位，稍大于允許變形，需在縱梁中間位置加一塊6 mm×260 mm×1 500 mm加強(qiáng)板。

根據(jù)計算，此時支撐點的作用力為：F前=55.6 kN，F(xiàn)后=83.5 kN。

b.一般底模平臺體系的主縱梁：此時，現(xiàn)澆混凝土底板下設(shè)置了7根雙拼的2[28b主縱梁，主要用于承載底板現(xiàn)澆混凝土的載重，以及掛籃底模平臺系統(tǒng)的局部自重荷載：現(xiàn)澆底板的混凝土載重為：G=103.3 kN/m,基于最不利荷載的考慮，考慮混凝土超打載重按1.1倍的荷載進(jìn)行擴(kuò)大，而人工施工荷載以及掛籃底模系統(tǒng)平臺的載重為7.5 kN/m，此時最不利的荷載組合為：G′=7.5+1.1×G=121.1 kN/m；這時G′的荷載主要由7根主縱梁承擔(dān)，因此，每一根主縱梁的承載為:q=17.3 kN/m。計算模型見圖4。

計算結(jié)果：最大彎矩M=43.5 kN·m，最大彎曲應(yīng)力σmax=60.1 MPa<{215 MPa}；

最大變形fmax=5.31 mm<[L/400]=12.5 mm,從而可以得知：底板平臺系統(tǒng)的主縱梁受力滿足力學(xué)要求。

而此時，支撐點的作用力為：F前=20.8 kN，F(xiàn)后=31.1 kN。

2)箱梁翼緣滑梁計算?；撼休d分配載重圖見圖5。

a.按分配的混凝土載重面積，1號滑梁承擔(dān)側(cè)翼緣的荷載為：G1=24.5 kN/m，考慮現(xiàn)澆混凝土超打的最不利荷載重量，取1.1倍的混凝土自重荷載，另外，人工施工荷載，以及滑梁、模板系統(tǒng)的自重荷載為8.0 kN/m，因此，此時的荷載組合為q1=8+1.1×G=35 kN/m；這部分載荷分別由兩根槽鋼滑梁[32b共同承擔(dān)，受力模型見圖6。

計算結(jié)果：最大彎矩M=93 kN·m；最大彎曲應(yīng)力σmax=93.3 MPa<{215 MPa}；

最大變形f=7.68 mm

b.按分配的混凝土載重面積，2號滑梁承擔(dān)側(cè)翼緣的荷載為：G2=16.2 kN/m，考慮現(xiàn)澆混凝土超打的最不利荷載重量，取1.1倍的混凝土自重荷載，此時，人工施工荷載、外滑梁、模板系統(tǒng)的自重載荷為4.0 kN/m，q2=1.1×G+4=21.82 kN/m，由兩根滑梁[25b共同承擔(dān)，計算模型見圖7。

計算結(jié)果：最大彎矩M=38.8 kN·m；最大彎曲應(yīng)力σmax=101.1 MPa<{215 MPa}；

最大變形fmax=10.5 mm

3)箱梁頂板縱梁計算：頂板縱梁載重面積圖見圖8。

頂板縱梁承載面積為：A=1.3 m2,q′=26×1.3=33.8 kN/m,考慮現(xiàn)澆混凝土的超打重量不利荷載，取混凝土自重的1.1作分析，而人工施工荷載、滑梁自重為7 kN/m，此時的q3=7+1.1×q′=40.8 kN/m，由兩根縱梁2[28b共同承擔(dān)，計算模型如圖9所示。

計算結(jié)果：最大彎矩M=71.3 kN·m，最大彎曲應(yīng)力σmax=149 MPa；最大變形fmax=14 mm；R前=51.1 kN，R后=71.3 kN。

4 結(jié)語

掛籃安裝完畢后，為了檢驗掛籃的受力性能，根據(jù)規(guī)范要求，必須對掛籃體系進(jìn)行預(yù)壓，目前通常采用的預(yù)壓方法有預(yù)制塊預(yù)壓法、鋼絞線張拉反拉法等。本次試壓，采用混凝土預(yù)壓塊并用一部分的鋼筋堆進(jìn)行調(diào)試荷載、堆載預(yù)壓。根據(jù)最大施工節(jié)段的荷載，進(jìn)行荷載計算，并且分四級加載，加載的順序為計算設(shè)計載重的50%,80%,100%,120%，每一個加載過程，都相應(yīng)地對應(yīng)地仿真模擬了掛籃節(jié)段的混凝土懸臂現(xiàn)澆的施工過程，當(dāng)各級堆載到位，并報監(jiān)理工程檢驗后，須穩(wěn)壓2 h并觀測先前設(shè)計預(yù)壓點位的監(jiān)控變化值。每一個加載步，都需數(shù)據(jù)合格后，方可進(jìn)一步地加載。所有的荷載加載步完成后，需穩(wěn)壓6 h，并且每隔2 h記錄一次，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時，需加大監(jiān)測密度，當(dāng)數(shù)據(jù)不滿足要求時，需分析原因或者加固掛籃，最后，當(dāng)相鄰三次監(jiān)測的各測點變形小于2 mm時即可認(rèn)為穩(wěn)定，報監(jiān)理通過，方可卸載。本次預(yù)壓現(xiàn)場的實測數(shù)據(jù)顯示最大的變形為1.7 mm<2 mm，因此，本橋懸灌施工的掛籃結(jié)構(gòu)安全可靠。

[1] 范立礎(chǔ).橋梁工程(上冊)[M]．北京：人民交通出版社，2001．

[2] 雷俊卿.橋梁懸臂施工與設(shè)計[M].北京：人民交通出版社，2000．

[3] 周軍生,樓莊鴻.大跨徑預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)剛構(gòu)橋的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國公路學(xué)報,2000(1)：13.

[4] 汪 劍．大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋施工控制研究及溫度效應(yīng)分析[D].長沙：湖南大學(xué)碩士學(xué)位論文，2003.

The main vertical beam force analysis on continuous beam(50+2×90+50)m cantilever construction hanging basket

WANG Zheng

(Eighth Engineering Limited Company, China Railway 23th Bureau Group, Chengdu 610091, China)

Taking a highway bridge project as an example, this paper simply introduced the hanging basket cantilever pouring construction method used in engineering, explained the design idea of hanging basket, calculated and analyzed in detail the hanging basket main vertical beam, the calculation design parameters can provide reference for similar engineering.

cantilever construction, main vertical beam, hanging basket, stress

1009-6825(2014)18-0194-03

2014-04-15

王 政(1976- )，男，工程師

U445

A