大跨斜拉橋牽索掛籃分析

吳小榮

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

大跨斜拉橋牽索掛籃分析

吳小榮

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009)

準(zhǔn)確的施工過程仿真計(jì)算分析是大跨混凝土斜拉橋施工監(jiān)控的關(guān)鍵問題之一，它可以為大橋各階段的施工控制提供理論指導(dǎo)。分別建立水陽江斜拉橋前支點(diǎn)和后支點(diǎn)掛籃懸臂施工的有限元計(jì)算模型，分析對比了主梁的截面內(nèi)力、線形的變化規(guī)律以及索力的變化規(guī)律，從而為大跨斜拉橋的施工控制提供相關(guān)的理論依據(jù)。

斜拉橋；牽索掛籃；內(nèi)力；線形；索力

0 引 言

水陽江大橋位于宣城市水陽江大道東北段，斜拉橋跨徑布置為150 m+320 m+150 m，全長620 m，為雙塔三跨雙索面半漂浮體系斜拉橋(圖1)[1]。斜拉索采用平行鋼絞線，主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱梁，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段長分6.8 m、7.0 m兩種，寬31m，中心處高3.2 m。

圖1 水陽江斜拉橋總體布置圖

主梁施工除0號塊和邊跨現(xiàn)澆段采用支架施工[2]外，其他標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段都采用前支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑法施工。掛籃由承載平臺、牽索系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等組成[3]，單套總重2 500 kN。

在設(shè)計(jì)階段一般采用后支點(diǎn)掛籃模擬，但在實(shí)際施工中大跨斜拉橋一般采用前支點(diǎn)掛籃施工方法。因此有必要對大跨斜拉橋前支點(diǎn)、后支點(diǎn)[4]掛籃施工進(jìn)行模擬分析。

1 前支點(diǎn)掛籃施工方法

前支點(diǎn)掛籃施工方法[5]利用當(dāng)前澆筑梁段的斜拉索作為掛籃的臨時(shí)前支點(diǎn)，與錨固在主梁上的中、后支點(diǎn)共同組成掛籃的約束系統(tǒng)。

與后支點(diǎn)掛籃相比較，前支點(diǎn)掛籃施工方法具有很多優(yōu)點(diǎn)[6]：斜拉索在掛籃上施加了向上的預(yù)張拉力，將部分澆筑荷載通過斜拉索傳遞到索塔，并且使掛籃獲得一個(gè)反向的附加彎矩。

受力狀態(tài)與采用后支點(diǎn)掛籃施工相比,得到了很大改善。

2 前支點(diǎn)掛籃與施工過程模擬

牽索掛籃的模擬計(jì)算分析一般有兩種方式[7]：一是把掛籃荷載等效為集中力和彎矩加載到主梁前端，并且考慮掛籃本身的受力變形，這種方法即等同為后支點(diǎn)掛籃的施工模擬方法。

另外一個(gè)方法則是掛籃直接模擬在整體的計(jì)算分模型中。

本文通過有限元軟件 Midas Civil 建立全橋施工模擬仿真[8]對比計(jì)算分析模型(圖2)。主梁和主塔采用梁單元模擬共劃分395個(gè)單元，斜拉索采用只受拉單元模擬共176個(gè)單元，前支點(diǎn)掛籃模擬為6個(gè)單元。全橋主梁共195個(gè)單元，根據(jù)對稱性取1～96單元進(jìn)行分析。

前支點(diǎn)掛籃施工分143個(gè)施工階段，后支點(diǎn)掛籃施工分50個(gè)施工階段。

圖2 全橋計(jì)算模型圖

3 計(jì)算結(jié)果對比分析

3.1 主梁位移計(jì)算與對比

根據(jù)各節(jié)段的模擬結(jié)果，可以得到各節(jié)段的施工控制表[9]，包括當(dāng)前號塊施工流程及各施工工況下前幾個(gè)節(jié)段的主梁標(biāo)高、索力變化情況。

表1、表2是在第15號塊施工時(shí)，主梁11～14號塊前端在前支點(diǎn)、后支點(diǎn)掛籃模型中的標(biāo)高與索力變化情況。分析15號塊累計(jì)撓度變化可知，前、后支點(diǎn)掛籃的模擬僅對本節(jié)段的撓度變化有較大影響，對之前已施工的節(jié)段影響不大。

表1 15號塊前支點(diǎn)掛籃施工模擬撓度變化

表2 15號塊后支點(diǎn)掛籃施工模擬撓度變化

圖3為主梁15號塊前端截面在各施工階段下(當(dāng)前施工階段下)前、后支點(diǎn)掛籃的撓度變化曲線兩者最大相差40 mm。結(jié)果分析表明，掛籃模擬方法的不同對施工過程和成橋狀態(tài)的線形有一定的影響。

圖3 15#前端位移變化對比

3.2 索力計(jì)算與對比

全橋共88對斜拉索。15號塊上的第15號索的索力變化圖(圖4)，不同的掛籃模擬方法計(jì)算結(jié)果最大相差只有42 kN。同理得到成橋狀態(tài)時(shí)的索力對比結(jié)果，最大相差小于0.9%。分析表明，不同的掛籃模擬方法對索力的影響很小。

圖4 15號索索力變化對比

3.3 主梁應(yīng)力計(jì)算與對比

由計(jì)算可得到主梁在各施工階段下的截面應(yīng)力變化情況。圖5、圖6為15號塊前端截面上、下緣的應(yīng)力變化圖。分析可知，施工過程中15號塊具有相似的變化規(guī)律，按前支點(diǎn)掛籃模擬的截面上緣應(yīng)力比按后支點(diǎn)掛籃模擬的小0.6 MPa，而截面下緣應(yīng)力大1.0 MPa。

圖5 15#前端截面上緣應(yīng)力變化曲線

圖6 15#前端l截面下緣應(yīng)力變化曲線

4 結(jié)束語

通過分析比較斜拉橋牽索掛籃懸臂澆筑施工模擬的兩種方法，結(jié)果表明按前、后支點(diǎn)掛籃模型進(jìn)行模擬分析，對斜拉橋成橋線形和截面應(yīng)力有一定影響，對索力變化影響相對較小。因此在設(shè)計(jì)和施工時(shí)都應(yīng)給予注意。施工監(jiān)控[10]時(shí)要認(rèn)真分析對比現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整模型的相關(guān)參數(shù)。保證最終成橋時(shí)斜拉橋線形的平順、成橋應(yīng)力狀態(tài)滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求。

[1] 邵旭東,顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2003.

[2] 覃耀柳.大跨度支架現(xiàn)澆斜拉橋施工控制技術(shù)研究[D]．成都：西南交通大學(xué)，2012．

[3] 宋俊偉.大佛寺長江大橋輕型牽索掛籃設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè), 2001(1)：28～31.

[4] 張建飛,胡強(qiáng)圣.前支點(diǎn)掛籃與后支點(diǎn)掛籃的設(shè)計(jì)與施工[J].四川建材,2014,40(2):2～4.

[5] 陳 科,劉 櫆.姚東大橋懸澆前支點(diǎn)掛籃施工技術(shù)[J].橋梁工程,2009(6)：2～4.

[6] 焦夢瑩.獨(dú)塔斜拉橋牽索掛籃有限元分析[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué)，2014．

[7] 殷 濤.斜拉橋牽索掛籃施工模擬計(jì)算與分析研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2013,21(6):2～3.

[8] 郭 霞.大跨度斜拉橋施工控制仿真計(jì)算分析[D].成都：西南交通大學(xué),2009.

[9] 徐君蘭,項(xiàng)海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交 通出版社,2000.

[10] 王 彬.斜拉橋的施工監(jiān)控分析和仿真計(jì)算[D]．西安：西安建筑科技大學(xué)，2011．

2016-10-26；修改日期：2016-10-28

吳小榮(1991-)，男，浙江衢州 人，合肥工業(yè)大學(xué)碩士生．

U448.27

A

1673-5781(2016)05-0701-03