跨寨根滬陜特大橋連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)與探討

熊高明，肖海濤

(中國水利水電第七工程局有限公司成水公司，四川 成都 610225)

1 引 言

跨寨根滬陜特大橋連續(xù)梁上部結(jié)構(gòu)為(48+80+48)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，橋面寬12.2 m，連續(xù)梁位于i=5.5‰縱坡上，連續(xù)梁部分平曲線設(shè)計(jì)位于緩和曲線上，部分梁段位于直線段上。下部為滬陜高速公路，為確保施工期間省道正常通車，采用懸臂法施工，掛籃是連續(xù)梁施工中重要承重構(gòu)件，結(jié)構(gòu)的安全直接影響下部滬陜高速公路的行車安全。有針對性的進(jìn)行掛藍(lán)方案的設(shè)計(jì)、檢算，可有效避免掛藍(lán)結(jié)構(gòu)失穩(wěn)發(fā)生安全事故，確保施工期間滬陜高速公路的通車安全具有重要意義。

2 工程概況

寨根滬陜高速特大橋位于河南省南陽市西峽縣境內(nèi)，跨越滬陜高速，橋梁全長1 186.035 m。全橋孔跨布置為：28～32 m簡支T梁+1-24 m簡支T梁+1-(48+80+48)m連續(xù)梁+2-24 m簡支T梁。其中(48+80+48)m連續(xù)梁全長177.5 m。跨越滬陜高速連續(xù)梁采用掛籃懸灌法施工；連續(xù)梁采用C50混凝土。

3 掛藍(lán)設(shè)計(jì)

3.1 掛藍(lán)設(shè)計(jì)

本連續(xù)梁施工用掛籃采用三角掛籃型式，由主桁架、底模平臺、模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及走行系統(tǒng)六大部分組成。

(1)主桁架

主桁架是掛籃的主要受力結(jié)構(gòu)。由2榀三角形主桁架、橫向聯(lián)結(jié)系組成。2榀主桁架中心間距為5.5 m，高4.2 m，每榀桁架節(jié)點(diǎn)間距為5 m，總長11.6 m。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構(gòu)式，節(jié)點(diǎn)采用承壓型高強(qiáng)螺栓聯(lián)結(jié)。橫向聯(lián)結(jié)系設(shè)于兩榀主桁架的豎桿上，其作用是保證主桁架的橫向穩(wěn)定。

(2)底模平臺

底模平臺直接承受梁段混凝土重量，并為立模，鋼筋綁扎，混凝土澆筑等工序提供操作場地。其由底模板、縱梁、橫向分配梁和前后托梁組成。底模板采用厚5 mm鋼板；其中縱梁采用I32b工字鋼，橫向分配梁采用槽鋼[10間距30 cm。前后托梁中心距為4.5 m，縱梁與托梁采用點(diǎn)焊聯(lián)接。

(3)模板系統(tǒng)

外側(cè)模的模板采用大塊鋼模板拼組，內(nèi)模采用組合鋼模板拼組。外模板長度為4.1 m。

(4)懸吊系統(tǒng)

懸吊系統(tǒng)用于懸吊底模平臺、外模和內(nèi)模。并將底模平臺、外模、內(nèi)模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷載傳遞到主構(gòu)架和已成梁段上。

(5)錨固系統(tǒng)

錨固采用標(biāo)準(zhǔn)的精扎螺紋鋼筋錨具，并根據(jù)需要增加一塊厚20 mm的墊板。下錨在斜坡上，應(yīng)加工同坡度的鋼楔子墊平。

(6)走行系統(tǒng)

支座與三角支架牢固地焊成整體。行走時(shí)，主桁后錨梁錨固筋、底模后吊桿、內(nèi)外滑梁后吊桿均需拆去。行走時(shí)主桁后錨利用豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋與軌道錨緊，后支座鉤板鉤住軌道不使傾覆；底模后吊由掛籃頂端中部移籃橫梁兩端懸吊的鋼絲繩及手動(dòng)葫蘆承擔(dān)；內(nèi)外滑梁的后吊由吊架承擔(dān)。頂稿座子與軌道、液壓頂稿與支座均采用銷子連接。行走軌道配制長度：3+3+3+1+1+0.5+0.5=12 m。

3.2 荷載分布及計(jì)算

(1)荷載取值

①混凝土容重:2 600 KN/m3；②混凝土超載系數(shù):1.05；③鋼材容重:78.5 KN/m3；④施工人員、材料、機(jī)具荷載:1.0 KN/m2，按梁段頂面積計(jì)算；⑤梁段長度：3 m；⑥梁段重量：1 147 KN；⑦主構(gòu)架前節(jié)點(diǎn)最大下?lián)现担?20 mm；⑧前上橫梁、走行梁、底模平臺橫梁和縱梁剛度：支撐計(jì)算跨徑的1/400；⑨澆注混凝土?xí)r的動(dòng)力沖擊系數(shù)：1.25；⑩空載走行時(shí)的沖擊系數(shù)：1.3；澆注混凝土和掛籃走行時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：1.5；澆注混凝土?xí)r的動(dòng)力沖擊系數(shù)：1.25。

(2)計(jì)算工況

根據(jù)梁段長度、重量、梁高等參數(shù)，設(shè)計(jì)時(shí)按以下三種工況進(jìn)行計(jì)算。

①荷載組合Ⅰ：混凝土自重+動(dòng)力附加荷載+掛籃自重+人群和施工機(jī)具重(計(jì)算強(qiáng)度)。

②荷載組合Ⅱ：混凝土自重+掛籃自重+人群和施工機(jī)具重(計(jì)算剛度)。

③荷載組合Ⅲ：掛籃自重+沖擊附加荷載+風(fēng)載(計(jì)算行走)。

(3)作用于掛籃的荷載

①掛籃載荷(鋼結(jié)構(gòu)自重載荷)G1。

②箱梁(A1段)G1：G=1 447 KN，考慮超載和動(dòng)力沖擊，最大計(jì)算重量為G1=1 447×1.15=1 664 KN

其中，翼板(g2)=91.35 KN(單邊)；頂板(g6)=307.85 KN；腹板(g8)=329.3 KN(單邊)；底板(g1)=514.85 KN。

合計(jì)：∑Gi=182.7+307.85+658.6+514.85=1 664 KN

③載荷分配。

a掛籃底板載荷：底板重量(g1)

b腹板載荷(加在掛籃底板梁腹板處的載荷)

c外滑梁載荷

翼板重量(g2)+外側(cè)模板重量(g3)

其中，外側(cè)模板重量按14 KN/m2計(jì)算，即：w=14 KN/m2×42.4 m2=59.2 KN

(模板面積為A=42.3 m2)，因此，翼板處一邊的總重量為：W=g1+g2=91.35+59.2=150.55 KN。

按3∶5的比例分配給內(nèi)外側(cè)滑梁，內(nèi)側(cè)外滑梁的線載荷為

頂板重量(g6)+內(nèi)模板重量(g7)，其中，內(nèi)模板重w=14×(4.2×4.7)=27.64 KN

所以，內(nèi)滑梁的線載荷為：

e.附加動(dòng)力載荷(g4)：

g4=2 KN/m2

f.人員與機(jī)具載荷(g5)：

g5=2.5 kn/m2

g.沖擊載荷(g9):

沖擊載荷取0.3倍掛籃自重并按自重施加。

h.風(fēng)載荷(g10):

按橋梁所在地區(qū)常年風(fēng)壓，取650 Pa，即0.65 KN/m2，加載在底籃上。

3.3 掛籃模型及計(jì)算

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立其計(jì)算模型，按允許應(yīng)力法進(jìn)行檢算。計(jì)算模型全部采用梁單元，主桁架考慮節(jié)點(diǎn)次彎矩。為使模型簡潔，便于計(jì)算結(jié)果分析，混凝土的重量大部份落在掛籃底籃上，并通過吊帶傳到前上橫梁，再通過前橫梁傳到掛籃的主桁架上。因此，底籃受的主要載荷由腹板重量、底板重量、附加動(dòng)力載荷和人員與機(jī)具載荷組合。翼板與外模板的重量則由外滑梁支承，頂板和內(nèi)模板的重量由內(nèi)滑梁來承受。掛籃建模如下圖：

(1)掛籃的總體變形

掛籃的最大位移為：最大位移大于20 mm，超過規(guī)定要求。但從圖中可以看到，最大位移由于內(nèi)滑梁尾部引起的，對結(jié)構(gòu)影響不大，掛藍(lán)主體結(jié)構(gòu)剛度滿足要求。

(2)后托梁的受力分析

①最大位移

②最大抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得后托梁的最大應(yīng)力為fmax=47.9 MPa<[σ]=135 MPa，后托梁能滿足抗彎要求。

③后托梁的最大剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得后托梁的剪應(yīng)力為：τmax=15.6 MPa<[τ]=80 MPa后托梁的抗剪強(qiáng)度足夠。

(3)前托梁的受力分析

①前托梁的剛度

軟件計(jì)算得前托梁的最大位移為：fmax=17.6 mm<[f]=30 mm，所以，前托梁能滿足剛度要求。

②前托梁的抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得前托梁的最大應(yīng)力為：σmax=24 MPa<[σ]=135 MPa前托梁滿足抗彎要求。

③前托梁的剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得前托梁的最大剪力為：τmax=9.7 MPa<[τ]=80 MPa前托梁抗剪符合要求。

(4)前上橫梁的受力計(jì)算

①前上橫梁的最大位移

軟件計(jì)算得前上橫梁的最大位移為：fmax=11.3 mm<[f]=30 mm可見前上橫梁剛度足夠。

②前上橫梁的抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得前上橫梁的抗彎應(yīng)力力為：σmax=31.1 MPa<[σ]=135 MPa足見梁的抗彎強(qiáng)度滿足要求。

③前上橫梁的抗剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得梁的最大剪應(yīng)力為：τmax=11.3 MPa<[τ]=80 MPa，梁的抗剪能力足夠。

(5)主桁架的受力分析

①主桁架的前端位移

②主桁架的抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得主桁架應(yīng)力最大發(fā)生在后斜拉桿上，數(shù)值為σmax=48.5 MPa<[σ]=135 MPa可見，主桁架的抗彎能力足夠。

③主桁架的剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得主桁架的最大剪應(yīng)力發(fā)生在前端，其值為：所以，主桁架的抗剪滿足要求。

④主桁架立柱的軸力和穩(wěn)定性

軟件計(jì)算分析得，立柱的最大軸力為Nmax=500.6 KN雙拼槽鋼的截面特性為：

A=68.11×2=136.22 cm2=1.36×104mm2

I=12 700×2=25 400 cm4=2.54×103mm4

由于：

可知，立柱的穩(wěn)定性足夠。

(6)底籃縱梁的受力分析

①縱梁的最大位移

桿件剛度不足，采用I32b工字鋼滿足要求。

②縱梁的抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得縱梁的最大應(yīng)力為：σmax=58.1 MPa<[σ]=135 MPa，縱梁抗彎滿足要求。

③縱梁的剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得縱梁的最大剪應(yīng)力力為：τmax=10.2 MPa<[τ]=80 MPa，可見縱梁的抗剪能力足夠。

(7)底籃橫向分配梁的受力分析

①分配梁的最大位移

②分配梁的最大抗彎應(yīng)力

軟件計(jì)算得，分配梁的最大應(yīng)力為：σmax=15.8 MPa<[σ]=135 MPa，可見，分配梁的抗彎能力足夠。

③分配梁的最大抗剪應(yīng)力

軟件計(jì)算得，分配梁的抗剪應(yīng)力為：τmax=4.4 MPa<[τ]=80 MPa，足見分配梁的抗剪能力很強(qiáng)。

(8)吊帶計(jì)算

①吊帶的位移

軟件計(jì)算得，吊桿的位移為

fmax=17.2 mm②吊帶的應(yīng)力

軟件計(jì)算得吊桿的應(yīng)力為：σmax=411 MPa

4 結(jié) 語

跨寨根滬陜特大橋連續(xù)梁已施工完成，掛籃預(yù)壓實(shí)測最大沉落量為26 mm，混凝土澆筑完成后實(shí)測沉落量為16 mm，與計(jì)算值基本相符；施工期間掛籃未發(fā)生明顯變形、失穩(wěn)，保證了施工期間的施工安全；通過實(shí)際施工應(yīng)證，掛籃設(shè)計(jì)方案安全、可靠、合理，可為類似連續(xù)梁懸臂施工方法情況下的掛籃方案設(shè)計(jì)提供借鑒。