劉長卿

(中交一公局第四工程有限公司, 南寧 530031)

涪江五橋斜拉橋主梁前支點(diǎn)掛籃設(shè)計(jì)及仿真計(jì)算

劉長卿

(中交一公局第四工程有限公司, 南寧 530031)

介紹了四川省涪江五橋斜拉橋主梁前支點(diǎn)掛籃主體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)采用不同的結(jié)構(gòu)形式，在保證平臺(tái)剛度和強(qiáng)度的前提下，減輕了平臺(tái)的重量，此結(jié)構(gòu)構(gòu)造簡單，受力明確，采用大模板結(jié)構(gòu)，混凝土外觀質(zhì)量明顯改觀，有效的控制了主梁線形，縮短了施工周期。通過TDV RM2006和ANSYS結(jié)構(gòu)軟件對(duì)掛籃主體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模仿真計(jì)算，結(jié)果表明此掛籃結(jié)構(gòu)完全滿足結(jié)構(gòu)受力要求，構(gòu)造簡單，便于操作，為類似工程設(shè)計(jì)提供參考。

斜拉橋；主梁；前支點(diǎn)掛籃

0 引 言

涪江五橋主橋?yàn)?55m+155m預(yù)應(yīng)力砼獨(dú)塔斜拉橋、主塔高度107m，主梁為預(yù)應(yīng)力砼雙縱肋式連續(xù)梁。0號(hào)塊長度14m，因本橋塔梁固結(jié)，0號(hào)塊兼做斜拉橋索塔的下橫梁。全橋分23個(gè)懸臂澆筑梁段，懸臂梁段長度均為6m。采用前支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑施工，主梁最大節(jié)段重量為375t。

1 前支點(diǎn)掛籃主體設(shè)計(jì)

掛籃主體結(jié)構(gòu)采用平面剛桁架結(jié)構(gòu)，根據(jù)承載結(jié)構(gòu)各主要受力構(gòu)件的特點(diǎn)，本結(jié)構(gòu)采用不同的結(jié)構(gòu)形式，在保證主要結(jié)構(gòu)整體強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性的前提下，減輕了主結(jié)構(gòu)的自重。掛籃主體構(gòu)造采用拼裝式[1]，可多次使用。采用大模板結(jié)構(gòu)，有效的控制線形減少施工工期，后端頂板底模采用拱形支架支撐[2,3]，拱形支架在掛籃前移落架至主梁橫隔板下面，掛籃前行移動(dòng)就位后再將拱形支架升至設(shè)計(jì)高程，方便安拆模板，模板整體移到下一段澆梁段。掛籃主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖1。

圖1 掛籃主體結(jié)構(gòu)布置圖

掛籃由承載平臺(tái)，牽索系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)等組成，設(shè)計(jì)充分考慮了結(jié)構(gòu)的安全性和實(shí)用性,為保證施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)承載主體結(jié)構(gòu)剛度大，并在適當(dāng)位置配置錨桿[4,5]，以減少箱梁在主梁和橋面板等位置處縱橫向變形及“錯(cuò)臺(tái)”量,長大構(gòu)件分段制作，最大質(zhì)量約10t，以滿足運(yùn)輸尺寸及現(xiàn)場拼裝的要求[6],掛籃、模板自重約為 160t,設(shè)計(jì)盡量方便模板的安裝與拆模，減少人力的使用，并提高準(zhǔn)確就位率。

2 掛籃設(shè)計(jì)仿真計(jì)算

2.1 前支點(diǎn)掛籃有限元模型的建立

采用大型結(jié)構(gòu)分析軟件 TDV RM2006 進(jìn)行計(jì)算分析。TDV RM建模時(shí)，混凝土主梁和掛籃主縱梁、前中后橫梁和 C 型掛鉤采用梁單元模擬，斜拉索采用索單元模擬，前后錨桿組、止推機(jī)構(gòu)、頂升機(jī)構(gòu)及側(cè)向限位裝置采用彈簧單元進(jìn)行模擬。為了更有效真實(shí)的分析掛籃結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和變形情況，本次計(jì)算建立了涪江五橋半橋有限元分析模型，按照施工步驟進(jìn)行施工仿真分析。三維有限元分析模型如圖2所示。

圖2 涪江五橋掛籃有限元分析模型

2.2 計(jì)算條件[7-9]

本次驗(yàn)算混凝土梁段施工時(shí)掛籃的受力情況，每個(gè)梁段施工時(shí)分為4個(gè)荷載工況進(jìn)行計(jì)算：(1)掛籃前移；(2)拉索第一次張拉，錨固在掛籃弧形梁上；(3)澆筑各節(jié)段混凝土；(4)拉索二次張拉，轉(zhuǎn)移錨固點(diǎn)到混凝土主梁。

各計(jì)算參數(shù)如下：箱梁驗(yàn)算最大載重375t;掛籃包括模板按145t計(jì)算，拱架以集中力形式加到主縱梁相應(yīng)位置，模板以均布力加載到主縱梁和前橫梁上；斜拉索按照設(shè)計(jì)圖給出的位置、截面面積進(jìn)行模擬，空掛籃時(shí)斜拉索第一次張拉力為1300kN，初張力按照設(shè)計(jì)圖紙給出的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。

2.3 計(jì)算結(jié)果

圖3 掛籃行走狀態(tài)的應(yīng)力(單位：kPa)

圖4 掛籃就位時(shí)的應(yīng)力圖(單位：kPa)

圖5 施工過程中掛籃應(yīng)力包絡(luò)圖(單位：kPa)

涪江五橋掛籃結(jié)構(gòu)計(jì)算分析模擬了梁段懸臂澆過程中掛籃的受力情況，由計(jì)算結(jié)果可知：掛籃行走狀態(tài)時(shí)，C 形掛鉤所受應(yīng)力最大，最大拉應(yīng)力為 101.443MPa，最大壓應(yīng)力為-73.346MPa；整個(gè)施工過程中，掛籃結(jié)構(gòu)受到的最大拉應(yīng)力為101.443MPa，最大壓應(yīng)力為-92.294MPa，均滿足規(guī)范要求。

3 ANSYS計(jì)算復(fù)核

3.1 ansys模型的建立

為保證結(jié)構(gòu)的安全，通過大型結(jié)構(gòu)分析軟件ansys建立模型仿真分析計(jì)算進(jìn)行復(fù)核。

圖6 ansys整體計(jì)算模型

3.2 計(jì)算條件

模擬了與TDV RM同樣得四種工況進(jìn)行計(jì)算，(1)掛籃前移；(2)斜拉索第一次張拉，錨固在掛籃弧形梁上；(3)澆筑各節(jié)段混凝土；(4)斜拉索第二次張拉，轉(zhuǎn)移錨固點(diǎn)到混凝土主梁。

3.3 計(jì)算結(jié)果

工況一：

圖7 整體應(yīng)力云圖

工況二：

圖8 整體應(yīng)力云圖

工況三：

圖9 整體應(yīng)力云圖

工況四：

圖10 整體應(yīng)力云圖

3.4 主要構(gòu)件電算結(jié)果匯總

見下表1。

表1 主要構(gòu)件電算結(jié)果匯總表

4 結(jié) 語

通過對(duì)涪江五橋斜拉橋主梁前支點(diǎn)掛籃主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及建模進(jìn)行仿真分析，得出以下研究結(jié)論：

(1)根據(jù)各主要受力部件的特點(diǎn)本掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用不同的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行拼裝，后端頂板底模采用拱形支架支撐，掛籃前行移動(dòng)安拆模板簡單方便，同時(shí)減輕了主結(jié)構(gòu)的自重，可多次使用。模板采用大模板結(jié)構(gòu)，有效的控制線形縮短了工程施工工期。

(2)通過TDV RM2006和ANSYS兩種結(jié)構(gòu)軟件對(duì)掛籃主體結(jié)構(gòu)的建模仿真分析，此掛籃結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)完全滿足結(jié)構(gòu)受力要求，構(gòu)造簡單，便于操作。

[1]裴賓嘉，劉小波.合江長江二橋桁架式前支點(diǎn)掛籃的設(shè)計(jì)構(gòu)思[J].西南公路，2011，(4)：65-70.

[2]邵彩明，向剛.單索面斜拉橋前支點(diǎn)掛籃設(shè)計(jì)及施工技術(shù)[J].四川建筑，2013，(6):137-138.

[3]陳云輝，陳博文.大跨徑斜拉橋前支點(diǎn)掛籃改造設(shè)計(jì)探討[J].西部交通科技，2014，(1):26-32.

[4]吳運(yùn)宏.濟(jì)南建邦黃河公路大橋斜拉橋前支點(diǎn)掛籃施工控制[J].山東交通科技，2012，(6):7-10.

[5]方銀明.斜拉橋38.6米混凝土主梁掛籃設(shè)計(jì)及懸澆技術(shù)[J].廣東公路交通，2011，(11):17-21.

[6]苗林.辰塔大橋主梁前支點(diǎn)掛籃設(shè)計(jì)及施工工藝[J].建筑施工，2015，(5):613-615.

[7]苗林.辰塔大橋主梁前支點(diǎn)掛籃壓載試驗(yàn)與仿真計(jì)算[J].建筑施工，2015，(5)：613-615.

[8]李文.特大分離式雙主肋主梁斜拉橋掛籃設(shè)計(jì)與仿真計(jì)算[J].北方交通，2012，(6):110-112.

[9]文華鋒，肖偉，李博.某特大斜拉橋前支點(diǎn)掛籃空間仿真分析[J].世界橋梁，2010，(5):216-217.

The Design and Simulation Calculation for Girder of Cable-stayed Bridge of Front Support Point Hanging Basket for Main Girder of Five Bridge

LIU Chang-qing

(The Fourth Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Highway Engineering Co. Ltd, Nanning 530031, China)

Introduces the Fujiang river in Sichuan province covering the main structure, before the main girder of cable-stayed bridge support point design USES different structure forms, on the premise of guarantee platform stiffness and strength, reduce the weight of the platform, the structure is simple, stress, adopted the template structure, the concrete appearance quality improved obviously, effective control of the main beam line, shorten the construction period. Through the TDV RM2006 structure and ANSYS software to the hanging basket main body design structure modeling simulation, the results show that the hanging basket structure completely meet the requirements of structure, simple structure, easy operation, provide a reference for similar engineering design.

cable stayed bridge; main girder; front fulcrum hanging basket

2015-10-23

劉長卿(1984-)，男，山西大同人，工程師，E-mail:lchq2008@sina.com。

U452.2;U455.91

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.001

1671-234X(2015)04-0001-04