劉元烈，趙鵬，任博文

(陜西高速集團(tuán)西潼改擴(kuò)建項目管理處，陜西渭南 741000)

跨電氣化鐵路干線連續(xù)梁橋懸臂施工掛籃整體受力狀態(tài)分析

劉元烈，趙鵬，任博文

(陜西高速集團(tuán)西潼改擴(kuò)建項目管理處，陜西渭南 741000)

某跨越高壓電氣化鐵路干線的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋采用懸臂澆筑法施工，其掛籃的安全性必須得到保證。本文通過空間有限元分析及預(yù)壓試驗，分別對掛籃設(shè)計狀態(tài)受力的安全儲備和使用時受力狀態(tài)的安全儲備進(jìn)行了復(fù)核和檢驗。

菱形掛籃 懸臂施工 連續(xù)梁 高壓電氣化鐵路

1 工程概況

連霍高速公路某連續(xù)梁橋跨越高壓電氣化鐵路干線，為了達(dá)到公路橋梁上部結(jié)構(gòu)施工與鐵路正常運營互不干擾，決定主梁采用懸臂澆筑法施工。對施工掛籃的具體要求有①施工掛籃應(yīng)具有足夠的強度、剛度及穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)施工安全;②施工過程中掛籃變形不宜過大，不得侵入鐵路限界;③通常主梁合龍段處于鐵路線路上方，為了確保施工安全，掛籃應(yīng)在合龍段施工后倒退至安全限界外方可拆除;④掛籃施工應(yīng)有完備的安全防護(hù)措施，包括防水、防火、防風(fēng)、防電、防墜落等。

根據(jù)本橋?qū)嶋H情況，選擇菱形掛籃進(jìn)行施工，其構(gòu)造簡單、受力合理、作業(yè)面開闊、無平衡重走行、構(gòu)造自錨可靠，施工方便。本橋施工菱形掛籃由主桁承重系、底籃、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)及模板系統(tǒng)等部分組成(見圖1)。掛籃總重(含防護(hù)系統(tǒng))按960 kN計，最大設(shè)計承載混凝土重量為1 990 kN。

2 掛籃受力空間分析

為了保證掛籃施工期間的結(jié)構(gòu)安全，確保掛籃的強度、剛度及穩(wěn)定性滿足施工要求，設(shè)計計算應(yīng)包括①掛籃主桁在混凝土澆筑時的強度、剛度和穩(wěn)定性;②掛籃底籃、懸吊系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)在混凝土澆筑時的強度和剛度;③掛籃空載走行階段的抗傾覆穩(wěn)定性;④掛籃后退階段前后橫梁的強度和剛度。

圖1 菱形掛籃構(gòu)造示意

結(jié)構(gòu)計算采用桿單元和板單元建立空間桿系有限元模型，其中主桁桿件、橫聯(lián)、底籃縱橫梁、縱向滑梁均采用梁單元，吊桿、吊帶采用只受拉桿單元，底籃模板采用板單元來模擬(圖2)。根據(jù)主梁節(jié)段劃分情況，分別取節(jié)段最重的2號塊和分段最長的8號塊進(jìn)行荷載分析，取其最不利荷載進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，計算結(jié)果見表1。

計算結(jié)果表明，在主梁混凝土澆筑及走行階段，掛籃構(gòu)件應(yīng)力安全儲備系數(shù)均>2.0，主桁前吊點最大位移14 mm，掛籃構(gòu)件強度和整體剛度均滿足規(guī)范要求，并有一定的富余度，有利于施工中對結(jié)構(gòu)線形進(jìn)行控制，保證施工質(zhì)量。

后退階段掛籃前橫梁計算跨徑變大，橫梁截面計算最大應(yīng)力96.08 MPa，對應(yīng)豎向最大位移4.42 cm，安全儲備系數(shù)1.96，結(jié)構(gòu)受力和變形均滿足施工要求。

圖2 結(jié)構(gòu)計算空間桿系模型示意

表1 掛籃驗算結(jié)果一覽

3 掛籃預(yù)壓試驗

在掛籃正式使用前應(yīng)進(jìn)行預(yù)壓試驗，可實現(xiàn)①檢查掛籃設(shè)計、加工及安裝質(zhì)量，消除結(jié)構(gòu)非彈性變形(銷孔壓縮變形);②測定各種工況條件下彈性變形及非彈性變形，為懸澆節(jié)段箱梁立模高程提供依據(jù);③試驗檢測相關(guān)參數(shù)，為今后類似項目或進(jìn)一步優(yōu)化掛籃設(shè)計提供參考數(shù)據(jù)。

3.1 加載試驗步驟

經(jīng)綜合比較，本次掛籃預(yù)壓試驗采用混凝土試塊作為試驗荷載。

本次試驗最大荷載為最大懸澆節(jié)段結(jié)構(gòu)荷載的120%，大小樁號兩側(cè)掛籃對稱同步加載，兩側(cè)加載荷載總重4 760 kN。試驗荷載采用施工單位自制的混凝土試塊，將其均勻地吊至底模上，采用分級加載方式對掛籃進(jìn)行加載和檢測。單側(cè)掛籃加載共分5級進(jìn)行，荷載分級為0→25%額定荷載→50%額定荷載→80%額定荷載→100%額定荷載→120%額定荷載→持荷12 h→卸載。

3.2 試驗結(jié)果

本橋施工掛籃實測結(jié)果顯示:在加載至最大塊段額定荷載時，掛籃的彈性變形為17.9 mm，塑性變形量為11.0 mm，總變形量28.9 mm;加載初期的塑性變形較大，加載到一定程度變形呈線性增長，表示塑性變形已消除。在試驗過程中桿件和焊縫無異常變形和開裂現(xiàn)象出現(xiàn)。掛籃主桁桿件實測應(yīng)力小于理論計算值，具有一定的安全儲備。

4 結(jié)語

通過建立空間桿系有限元模型，分析了結(jié)構(gòu)受力的合理性和對施工的適用性，并通過預(yù)壓試驗驗證了結(jié)構(gòu)受力和變形均滿足施工的要求。確保了掛籃在跨鐵路施工中的受力安全性。

［1］王武勤.PC橋梁懸臂灌注施工掛籃的發(fā)展［J］.橋梁建設(shè)，1997(4):55-57.

［2］徐君蘭，項海帆.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］周桂梅.連續(xù)梁橋懸臂澆筑法施工線形控制技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(5):40-42.

U445.466

B

1003-1995(2011)02-0050-02

2010-08-25;

2010-11-20

劉元烈(1966—)，男，陜西渭南人，高級工程師。

(責(zé)任審編 王紅)