帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃施工控制要點(diǎn)分析

何 棟

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

1 橋梁概況

某矮塔斜拉橋跨徑組合為（60+105+60）m，橋面總寬32.5 m，橋梁系雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的體系。全橋雙塔雙索面共計對稱設(shè)置64條斜拉索，每根斜拉索由37根PE包裹防護(hù)環(huán)氧噴涂鋼絞線組成，斜拉索與水平面夾角介于18°～38°，在兩側(cè)斜拉索出口處設(shè)抗滑錨板。

圖1 橋梁縱斷面布置圖（單位：cm）

橋梁上部結(jié)構(gòu)箱梁劃分為0～11號施工梁段；0號梁段、11號梁段（邊跨現(xiàn)澆段）長6.5 m，1號梁段長5 m，均采用支架澆筑施工；2～9號梁段長5 m，梁段重量介于320～370 t，采用掛籃對稱懸臂澆筑施工；10號梁段（合攏段）長2 m，采用吊架施工。在掛籃懸臂澆筑施工過程中，斜拉索張拉分3次進(jìn)行，分別為空掛籃張拉、混凝土澆筑1/2張拉、轉(zhuǎn)移錨固張拉。

2 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

本橋梁采用帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃施工，掛籃長度10 m，寬度33.5 m，掛籃及模板總重約160 t。受客觀條件限制，在掛籃前橫梁上均勻設(shè)置4對前吊桿以控制箱梁外橫隔梁變形，前吊桿通過貝雷桁架梁錨固于梁段上。

圖2 掛籃施工圖

掛籃結(jié)構(gòu)主要設(shè)計參數(shù)為：

a）掛籃底座 由2條主縱梁、13條次縱梁和5道橫梁組成，主縱梁為六拼56b型工字鋼，次縱梁及橫梁為雙拼56b型工字鋼。

b）弧形手 高1.45 m，前傾1.05 m，弧形手半徑3.15 m，由鋼板焊接形成，承壓面板及封蓋板為2 cm厚鋼板，3道加勁肋板均為4 cm厚鋼板。

c）水平止推裝置 在主縱梁后端設(shè)置牛腿止推裝置，承壓面板厚3 cm，加勁肋板厚1.5 cm；在梁體相應(yīng)部位設(shè)置2道直徑14 cm的實(shí)心鋼錨栓。

d）錨固懸吊系統(tǒng) 均為32 cm精軋螺紋鋼筋組成，掛籃底座共計設(shè)置10道錨桿，前吊桿共計設(shè)置8條拉桿。

3 掛籃型式對施工控制的影響

本項目橋梁采用帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工，即在前支點(diǎn)掛籃前橫梁部位增設(shè)4對前吊桿，直接改變了掛籃受力圖式，使得施工過程中前吊桿、斜拉索內(nèi)力分配不明確，梁段懸臂端部受力不明確。

圖3 前支點(diǎn)掛籃受力圖式

圖4 附加前吊桿的前支點(diǎn)掛籃受力圖式

圖3、圖4中：Ky為已澆筑梁段對掛籃的豎向支承剛度；Ksy為斜拉索對掛籃的豎向支承剛度；Ksx為斜拉索對掛籃的水平向剛度；Kdy為前吊桿的豎向剛度；Kbw為貝雷梁的彎曲剛度。

從圖3、圖4比較可知，前支點(diǎn)掛籃附加前吊桿導(dǎo)致掛籃前支點(diǎn)同時受到前吊桿、斜拉索的豎向彈性支承作用；且前吊桿豎向剛度受到前吊桿、貝雷梁以及已澆筑梁段的剛度影響，即Kdy與Ky相關(guān)。基于此兩點(diǎn)，施工過程中已澆筑梁段懸臂端、前吊桿及斜拉索索力難以準(zhǔn)確計算，對于已澆筑梁段結(jié)構(gòu)及掛籃結(jié)構(gòu)的施工控制增加了不確定性和難度。

4 橋梁結(jié)構(gòu)分析控制思路

基于本橋梁施工用帶前吊桿的前支點(diǎn)掛籃型式特點(diǎn)，提出施工控制的思路，主要要點(diǎn)有：

a）第一步，對橋梁主梁、主塔、斜拉索及前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行聯(lián)合建模，前吊桿及貝雷梁作為荷載Q1施加在模型中，模擬施工階段及步驟進(jìn)行施工階段分析。

施工過程中，前吊桿會承受附加荷載Q2，即已澆筑梁段懸臂端增加荷載Q2；同時斜拉索豎向支承力相應(yīng)減少荷載Q2；對于第一步中計算忽略Q2的影響，對于已澆筑梁段結(jié)構(gòu)可能是不利的。

b）第二步，對懸臂施工的主梁各階段結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行建模，并計算已澆筑梁段懸臂端在單位豎向及軸向偏心荷載作用下主梁根部上、下緣的應(yīng)力值，在結(jié)構(gòu)安全應(yīng)力限值控制條件下，計算Q2的安全限值范圍，作為前吊桿內(nèi)力控制的條件。

對于已澆筑梁段，在懸臂端附加豎向向下荷載作用時，主梁根部上、下緣分別產(chǎn)生附加拉、壓應(yīng)力；同時斜拉索對梁段懸臂端軸向偏心荷載減少也會對主梁根部上、下緣產(chǎn)生附加應(yīng)力。

c）第三步，施工過程中的斜拉索張拉力以第一步試算分析結(jié)果為準(zhǔn)，前吊桿張拉力按Q2限值控制。

d）第四步，考慮橋梁、掛籃結(jié)構(gòu)的空間受力特性，要求斜拉索及前吊桿同步對稱逐級張拉；特別是對于前吊桿，應(yīng)跟蹤其過程內(nèi)力滿足安全限值范圍要求。

5 掛籃結(jié)構(gòu)分析控制思路

橋梁施工、控制過程中，掛籃結(jié)構(gòu)的安全性分析與控制也是非常重要的。

對于掛籃結(jié)構(gòu)而言，按不考慮前吊桿內(nèi)力影響分析掛籃是偏于安全的，即按前支點(diǎn)掛籃分析掛籃結(jié)構(gòu)是偏于安全的。掛籃結(jié)構(gòu)分析的要點(diǎn)有：

a）掛籃結(jié)構(gòu)的主體組成包括弧形手、主縱梁、止推結(jié)構(gòu)及錨固結(jié)構(gòu)、下前橫梁；掛籃結(jié)構(gòu)直接承受混凝土濕重作用以及斜拉索臨時索力作用。

b）混凝土濕重作用引起的斜拉索臨時索力增加量為被動力，與弧形手前端主動張拉力對掛籃主縱梁結(jié)構(gòu)的作用圖式是有差別的。被動力作用下，主縱梁可按簡支梁進(jìn)行計算；主動力作用下，主縱梁應(yīng)作懸臂梁進(jìn)行計算?；谥骺v梁受力特點(diǎn)，應(yīng)驗算主縱梁跨中截面、錨固處根部截面的應(yīng)力和穩(wěn)定性。

c）掛籃弧形手部位局部承受斜拉索臨時索力作用，需要進(jìn)行局部強(qiáng)度驗算。

d）掛籃止推結(jié)構(gòu)局部承受斜拉索臨時索力水平分量作用，需要進(jìn)行局部強(qiáng)度驗算。

6 掛籃弧形手局部強(qiáng)度分析

使用通用有限元分析軟件，按板單元對掛籃弧形手局部強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖5～圖10。

圖5 弧形手板單元模型圖

圖6 上端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖7 中端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖8 下端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖9 上端局部承壓180 t前角隅等效應(yīng)力圖

圖10 上端局部承壓180 t后端角隅等效應(yīng)力圖

計算結(jié)果表明：

a）掛籃弧形手最不利部位為前面板與肋板交接處，最大等效應(yīng)力與斜拉索在弧形手上布置高度無明顯關(guān)系，與前面板厚度關(guān)系較大。

b）按局部承壓180 t計算，最大等效應(yīng)力達(dá)到226 MPa，接近Q235鋼材的屈服強(qiáng)度[1]值235 MPa；同時掛籃前/后端角隅最大等效應(yīng)力分別為78 MPa和 59 MPa。

c）按Q235鋼材端面強(qiáng)度設(shè)計值[1]325 MPa計算，該掛籃弧形手最大局部承壓荷載約為250 t。

7 掛籃止推結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度分析

使用通用有限元分析軟件按板單元對掛籃止推結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖11、圖12。

圖11 局部承壓120 t前面板等效應(yīng)力圖

圖12 局部承壓120 t加勁肋等效應(yīng)力圖

計算結(jié)果表明：

a）掛籃止推牛腿最不利部位為前面板與肋板交接處，與前面板厚度關(guān)系較大。

b）按局部承壓120 t計算，最大等效應(yīng)力達(dá)到298 MPa，接近Q235鋼材的端面承壓強(qiáng)度設(shè)計值[1]325 MPa。

8 體會

通過對項目原設(shè)計掛籃弧形手、止推牛腿結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度分析，主要體會有：

a）帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃，由于附加了前吊桿支承作用，使得施工過程中梁段、掛籃結(jié)構(gòu)受力分配不明確，增加了施工控制的難度。

b）施工過程中，忽略前吊桿作用按普通前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工控制能夠簡化施工控制過程，但對于已澆筑梁段可能是偏于不安全的；對此，提出了控制前吊桿內(nèi)力范圍確保已澆筑梁段的施工控制方法。

c）對于掛籃結(jié)構(gòu)控制而言，掛籃弧形手、主縱梁、止推結(jié)構(gòu)是非常重要的，直接關(guān)系到施工過程安全。