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上海辰塔公路越黃浦江大橋主橋跨徑296 m，橋寬34.6 m，主縱梁兩側懸臂3.3 m，標準節(jié)段設置2道橫梁。

針對大橋所處施工環(huán)境以及主橋結構特點，設計了一種復合型前支點掛籃，可以實現(xiàn)全斷面一次性澆筑，提高現(xiàn)澆混凝土梁體的整體性；其次，掛籃行走不同于以往的C形前支點掛籃，該工藝利用三角桁架即可實現(xiàn)掛籃平臺及其他各部分模板同步一次性就位，這樣減少了施工工序，縮短了施工周期。掛籃結構布置如圖1所示。

圖1 掛籃布置示意

1 復合型前支點掛籃的加工與安裝

1.1 掛籃下料及加工

按照設計圖紙，掛籃結構構件鋼材采用Q235B、Q345B，其機械性能與化學成分滿足相關標準中的要求。原材料按設計圖紙要求進場，進場時取得相應質保書，并取樣進行復試，復試合格后投入使用和加工。

掛籃的加工采用集中分件預制，相關構件制作時根據(jù)結構裝配圖考慮預留安裝工藝余量，以方便安裝施工及保證安裝精度。各構件的制作、安裝、檢驗均符合相關標準的規(guī)定[1,2]。

各構件之間采用高強螺栓接頭連接板件，在各構件預拼定位后套膜加工各孔。高強螺栓連接的施工，包括制作、檢驗、安裝等均按照相關標準中的要求進行。

1.2 掛籃廠內(nèi)預拼裝

每副掛籃分別在廠內(nèi)進行預拼裝。在拼裝過程中，保證承載平臺達到設計要求的安裝程度，各構件分別裝配到位并能正常工作。

預拼裝時確保各構件定位尺寸符合安裝精度要求，作好預拼裝結果記錄、標記，并對掛籃各個構件繪制編號圖，以便現(xiàn)場安裝時作為對照和參考。

各構件安裝精度除施工圖中已有明確規(guī)定外，還應滿足相關標準中安裝精度的要求。

掛籃預拼裝階段主要檢驗項目為：承載平臺主縱梁及橫梁的平面位置、相對關系、直線度；承載平臺主縱梁及橫梁高強螺栓接頭處的配鉆質量、摩擦面摩擦因數(shù)；模板系統(tǒng)的安裝質量；模板系統(tǒng)的開合情況；拱架提升和下放情況；精軋螺紋鋼、吊帶、銷軸等安裝質量；各個機構安裝和調試情況；主縱梁開孔位置，模板開孔、開槽位置。

1.3 掛籃現(xiàn)場拼裝

為縮短掛籃現(xiàn)場安裝施工周期，掛籃在主梁0#、1#段施工過程中同步安裝，安裝時掛籃在0#、1#段支架投影外搭設安裝支架，進行主梁承載平臺、拱架和模板系統(tǒng)的安裝工作。待0#、1#段施工完成，斜拉索張拉完畢后，拆除0#、1#段型鋼支架，將掛籃向主塔根部方向滑移4 m。隨后安裝橋面主桁架，利用三角桁架及主梁錨固點整體提升掛籃橋面以下部分，最后安裝前后錨桿組，完成掛籃安裝工作。

2 掛籃壓載試驗

辰塔大橋主梁標準節(jié)段利用前支點掛籃懸臂澆筑，在施工過程中，掛籃將承受施工設備和節(jié)段混凝土的全部質量。為掌握掛籃的受力性能和實際剛度等參數(shù)，在主橋第1次懸臂澆筑位置，即2#節(jié)段實施壓載試驗。荷載的布置形式盡量與實際荷載分布吻合，以保證試驗的可靠性和準確性[3,4]。

通過荷載試驗，檢測掛籃關鍵部位的受力指標，消除掛籃的非彈性變形，預估彈性變形以指導施工。另外發(fā)現(xiàn)懸臂澆筑施工工藝流程中可能存在的問題，從而保障主梁后續(xù)施工的順利進行。

試驗內(nèi)容主要包括掛籃承載平臺主縱梁和前、后橫梁的變形及應力。應力測點及變形測點布置為：前橫梁、后橫梁的跨中位置1個測點，距離承載平臺中心線6 m和10 m兩側各布置4個測點，這樣前、后橫梁各設置5個變形測點；在前、后橫梁跨中位置各設置1個應力測點。主縱梁端頭、掛籃模板端頭位置（立模標高測試點）、拱架軸線與主縱梁軸線相交處以及前、后錨桿位置，各設置測點，單邊合計5個測點；在主縱梁軸線與前、后橫梁軸線相交處，設置1個應力測點。在翼緣支撐位置的端部，左右各設置1個變形測點。如圖2所示。

圖2 壓載試驗測點布置

標準節(jié)段混凝土用量為162.28 m3，質量為422 t，所有試驗荷載均乘以1.1的安全系數(shù)。節(jié)段混凝土澆筑主要有以下幾種工況：掛籃就位，調整立模標高；安裝斜拉索并第1次張拉；第1次澆筑50%混凝土；斜拉索第2次張拉；第2次澆筑剩余50%混凝土。

根據(jù)主梁標準節(jié)段施工步驟，過程中首先消除掛籃非彈性變形的影響，壓載試驗按照下述步驟實施：掛籃就位，調整立模標高→安裝C2#斜拉索，第1次張拉→堆載42.2 t（混凝土荷載的10%）→堆載211 t（混凝土荷載的50%）→第2次張拉C2#斜拉索→堆載422 t（混凝土荷載的100%）→堆載464.2 t（混凝土荷載的110%）→荷載持續(xù)→卸載至100%→卸載至50%→放張C2#斜拉索→卸載至10%→卸載完成→根據(jù)壓載試驗調整模板、綁扎鋼筋。

壓載材料采用砂袋、型鋼及混凝土配重塊。考慮到辰塔主橋橫梁寬度僅有28 cm，壓載材料難以堆放，改用扁擔梁在橫梁底部吊掛型鋼及配重塊的方式進行堆載；主縱梁模板高度為2.55 m，該處實際堆載砂袋5層，堆載質量不足部分采用吊掛型鋼。

壓載試驗過程中，每一級荷載加載完成后，須進行掛籃變形及應力的測量。加載過程中安排專人檢查高強螺栓連接板部位的變形情況；為避免塔柱偏位影響試驗結果，過程中要求嚴格按照主跨、邊跨兩側掛籃同步平衡加載原則進行，并利用測量監(jiān)測主塔位移。

3 空間仿真模擬

為了與試驗實測數(shù)據(jù)對比，采用通用有限元軟件ANSYS，對該掛籃進行三維空間有限元數(shù)值模擬。

承載平臺主體結構采用Beam188單元模擬，為避免主縱梁加勁板處的單元剛度矩陣奇異，影響計算結果，將加勁板換算成集中荷載施加在模型上。掛籃錨固系統(tǒng)及斜拉索采用Link180單向受拉構件模擬；定位系統(tǒng)中的頂升機構及中支點墊塊采用Link180單向受壓構件模擬。承載平臺、拱架及錨固系統(tǒng)的連接采用耦合約束。掛籃有限元模型如圖3所示：坐標原點建立在前橫梁跨中位置，z軸表示豎橋向；y軸為縱橋向；x軸為橫橋向。

圖3 掛籃有限元模型

主縱梁及拱架上的模板、混凝土荷載利用單元均布荷載方式施加；由于懸臂模板和前端模板支撐采用可調撐桿支撐在承載平臺上，該部位的模板及混凝土荷載換算成單元集中荷載方式施加。斜拉索索力通過對Link180施加初應力場來實現(xiàn)。

4 試驗結果分析與應用

為了驗證該掛籃的受力性能及實際剛度情況，將壓載試驗中測點實測值與有限元數(shù)值進行對比。建立一個三維坐標系，坐標原點設置在前橫梁跨中位置。

掛籃承載平臺主縱梁測點變形對比如圖4所示。圖中可看出，壓載試驗實測值與有限元數(shù)值分析基本吻合，變形曲線走勢一致，特別是加載至50%～100%的工況，通過斜拉索第1次張拉及堆載10% 兩個工況，基本消除了掛籃的非彈性變形，實測值與理論值很好地吻合；完全卸載后，各測點累計變形均可恢復，縱梁處于彈性受力狀態(tài)；主縱梁在加載試驗過程中，累計最大彈性變形為+19.4 mm，因此在2#標準節(jié)段掛籃定位施工時，考慮-20 mm的預拋值。

圖4 主縱梁測點變形示意

圖5及圖6分別為掛籃前、后橫梁測點變形對比圖。由于壓載試驗中可操作的局限性，加載至10%的工況并未對前后橫梁進行加載，因此造成實測值與理論分析值存在誤差；加載至50%、100%的變形實測值與相對應工況理論值基本吻合；對比卸載前、卸載后前橫梁的累計變形值，大約有10 mm的非彈性變形在壓載試驗中被消除。

圖5 前橫梁測點變形示意

圖6 后橫梁測點變形示意

通過壓載試驗，得到標準節(jié)段施工過程中各個工況下掛籃自身的變形值、最大撓度值均未超出設計規(guī)定，滿足剛度要求。掛籃在卸去所有荷載后，變形基本恢復，利用實測數(shù)據(jù)，可以為當前及下一個標準節(jié)段的施工監(jiān)控提供立模標高參考值。

表1為應力測點實測值與理論值的對比，應力測點布置在橫梁及主縱梁的頂緣，拉應力為正值，壓應力為負值。除測點Ⅱ在加載至50%時，實測值與理論值存在一定的誤差外，其他測點在各個工況下，應力變化值相對吻合。加載至100%時，掛籃承載平臺各構件應力分布如圖7所示，可知構件強度滿足要求。

表1 各工況應力變化值（單位：MPa）

圖7 加載100%構件應力示意

5 結語

利用壓載試驗中各工況下掛籃自身的變形值，一方面可以為當前及后續(xù)標準節(jié)段的施工監(jiān)控提供立模標高修正值，另一方面作為施工過程中的參考值，若發(fā)現(xiàn)某工況下掛籃自身變形過大或者過小，可及時分析原因，避免發(fā)生安全事故。通過壓載實驗，成功地驗證了該掛籃在標準節(jié)段施工各工況下的受力性能、掛籃剛度及強度均滿足規(guī)范要求，同時也消除了掛籃各部件結構的非彈性變形，達到了預期目的?？梢詾閷崿F(xiàn)類似的超寬翼緣主梁全斷面一次性澆筑提供借鑒[5,6]。