王哲

（西安國家民用航天產(chǎn)業(yè)基地管理委員會規(guī)劃建設(shè)局，陜西西安 710100）

橫聯(lián)在掛籃中的結(jié)構(gòu)響應(yīng)模擬分析

王哲

（西安國家民用航天產(chǎn)業(yè)基地管理委員會規(guī)劃建設(shè)局，陜西西安 710100）

結(jié)合工程實例，采用MIDAS/Civil軟件分別對有橫聯(lián)和無橫聯(lián)掛籃進行空間仿真分析，計算其結(jié)構(gòu)內(nèi)力和穩(wěn)定性。計算結(jié)果表明，兩種掛籃各承重桿件均滿足承載力要求，無橫聯(lián)掛籃受力情況與有橫聯(lián)掛籃的基本相同，但整體穩(wěn)定性較差。

橋梁；橫聯(lián)；掛籃；承載力；穩(wěn)定性

預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)橋常采用掛籃懸臂澆筑法施工。掛籃形式多樣，構(gòu)造上亦有差異，通常由承重結(jié)構(gòu)、懸吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、錨固裝置和工作平臺組成。承重結(jié)構(gòu)是掛籃的主要受力構(gòu)件，承受施工設(shè)備和新澆筑階段砼的全部重量，并通過支點和錨固裝置將荷載傳到已施工完成的梁上。有時為了增強掛籃結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性，還需在承重結(jié)構(gòu)上加橫向連接構(gòu)件。由于每座橋梁的截面尺寸、節(jié)段長度和重量不同，掛籃設(shè)計時是否采用橫聯(lián)構(gòu)件需根據(jù)實際情況進行分析。該文以某在建連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃為例，根據(jù)掛籃設(shè)計資料，利用有限元軟件MIDAS/Civil分別對有、無橫聯(lián)掛籃進行建模計算，分析兩種掛籃在承載能力及整體穩(wěn)定性方面的差別，為工程應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

某剛構(gòu)橋跨徑布置為84 m+160 m+84 m= 328 m，道路等級為城市主干道Ⅰ級，雙向六車道，設(shè)計時速60km/h，全長750 m，橋面寬31.5 m，為雙幅式，單幅梁體寬度15.75 m。

根據(jù)設(shè)計要求，主梁號塊采用掛籃懸臂施工，主梁合龍順序為先中跨后邊跨。懸臂施工1#～5#塊長3 m，6#～9#塊長3.5 m，10#～20#塊長4 m，中跨合龍段長2 m，邊跨后澆段長4.89 m，左右幅梁體同時施工。主梁部分共設(shè)置17個鋼管拱吊桿橫梁，吊桿橫梁與梁體同寬，與梁體同時施工、同時澆筑。主梁左右幅整體施工橋面總寬度達31.5 m，施工難度較大。掛籃結(jié)構(gòu)布置見圖1。

該橋主梁施工采用菱形掛籃，掛籃設(shè)計承載能力按照主梁懸臂重量最大的6#塊重量設(shè)計?？紤]到主梁不設(shè)置后澆帶且吊桿橫梁為全橋左右幅連通，掛籃設(shè)計為雙幅4只全節(jié)段對稱行走，由外伸吊架提拉底平臺，由內(nèi)外滑梁和滑架承載內(nèi)外模整體隨主桁架行走。

圖1　掛籃結(jié)構(gòu)布置（單位：mm）

主桁架各主要構(gòu)件采用雙［40b向內(nèi)拼接而成，兩片主桁架之間采用雙［18槽鋼桁架橫聯(lián)連接；前上橫梁安裝在主桁架橫向兩個前支點上，采用雙I56b組拼而成。模板系統(tǒng)包括底模（底籃）、內(nèi)模、外模等，主要構(gòu)件以型材為主，底平臺前下橫梁采用2I56b工字鋼組合，后下橫梁采用2I56b工字鋼組合，腹板處邊縱梁每側(cè)用3根I56b，底板處中縱梁用3根I40b，采用［16槽鋼調(diào)平中縱梁和邊縱梁間的高差，底模板鋪在縱梁上，外模板和底模板均采用大塊鋼模。

2 結(jié)構(gòu)承載力計算

2.1材料參數(shù)

掛籃的精軋螺紋鋼采用PSB830，吊帶主體材料采用Q345，菱形主桁架、桁架橫聯(lián)、上橫梁、下前橫梁、下后橫梁、縱梁、滑梁采用Q235。各種材料的強度指標見表1。

表1　掛籃所用材料的強度

2.2荷載計算

由于6#節(jié)段總重量最大，計算時按6#節(jié)段砼的重量施加在掛籃模型上。6#節(jié)段長3.5 m，施工機具及人群荷載1.5 k N/m2，傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載4 k N/m2，掛籃模板產(chǎn)生的荷載78.5 k N/m2。砼重量與鋼筋重量之和可按砼比重自重Gc=26.5 k N/m3近似。6#節(jié)段兩端高度分別為5.59和5.99 m，加強縱梁間腹板寬0.9 m（每邊由邊縱梁承擔(dān)），頂板、底板橫向長度為6.95 m，單側(cè)翼緣板長度為3.5 m。

在模型中掛籃的菱形主桁架、桁架橫聯(lián)、上橫梁、前下橫梁、后下橫梁、底平臺邊縱梁、底平臺邊中縱梁、內(nèi)滑梁、外滑梁、底平臺人行道邊梁及吊桿、吊帶以自重的形式考慮。施加在模型中的荷載主要為模板荷載、節(jié)段荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載。

模型中直接承受荷載的構(gòu)件主要為內(nèi)滑梁、外滑梁、前下橫梁、底平臺邊縱梁、底平臺中縱梁、底平臺最外側(cè)的人行道邊梁（底平臺邊縱梁外側(cè)）。其中：1）內(nèi)滑梁承受的荷載為頂模板荷載、節(jié)段頂板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載，并以集中荷載的形式布置于內(nèi)滑梁上；2）外滑梁承受的荷載為外側(cè)模板荷載、節(jié)段翼緣板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載，并以集中荷載的形式布置于外滑梁上；3）前下橫梁及底平臺最外側(cè)的人行道邊梁承受的荷載為施工機具及人群荷載，以均布荷載的形式布置于梁上；4）底平臺邊縱梁承受的荷載為內(nèi)側(cè)豎向模板及部分底模板荷載、節(jié)段腹板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載，節(jié)段腹板荷載以梯形荷載的形式布置于底平臺邊縱梁上，其余以均布荷載形式布置；5）底平臺中縱梁承受的荷載為底模板荷載、節(jié)段底板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產(chǎn)生的荷載，均以均布荷載的形式布置于5根底平臺中縱梁上。

模型中主桁架構(gòu)件連接處的鋼板以節(jié)點荷載的形式施加，如圖1所示，A點荷載為724.5kg，B點荷載為312.4kg，C點荷載為386.8kg，D點荷載為604.95kg。

6#節(jié)段狀態(tài)下掛籃的自重由程序自動計算，主要承受的荷載取值見表2。

表2　6#節(jié)段狀態(tài)下掛籃荷載取值

2.3計算模型

采用有限元軟件MIDAS/Civil 2012進行計算。采用整體模型，施加荷載時同時考慮模板荷載、節(jié)段荷載、機具及人群荷載、傾倒和振搗砼的荷載，以計算結(jié)構(gòu)最不利受力情況。計算模型見圖2。

2.4計算結(jié)果

通過對有、無橫聯(lián)掛籃進行計算，得到掛籃主要構(gòu)件最大內(nèi)力和應(yīng)力。主桁架除上橫梁外的桿件均為拉壓桿件，軸力以受壓為負、受拉為正，彎矩以截面下緣受拉為正、受壓為負，應(yīng)力受拉為正、受壓為負。掛籃內(nèi)力計算結(jié)果見表3。

圖2　掛籃計算模型

表3　菱形掛籃主要結(jié)構(gòu)內(nèi)力

3 掛籃整體穩(wěn)定性分析

對掛籃的整體穩(wěn)定性進行分析，求得特征值和特征向量。特征值就是屈曲因子，特征向量是對應(yīng)于臨界荷載的屈曲模態(tài)。對有、無橫聯(lián)的掛籃進行穩(wěn)定性分析，得到有橫聯(lián)掛籃前三階失穩(wěn)特征值分別為5.41、6.33、6.73（見圖3），無橫聯(lián)掛籃前三階失穩(wěn)特征值分別為4.24、5.07、5.51（見圖4）。

圖3　有橫聯(lián)掛籃的屈曲模態(tài)

圖4　無橫聯(lián)掛籃的屈曲模態(tài)

4 結(jié)論

（1）有橫聯(lián)掛籃和無橫聯(lián)掛籃主要構(gòu)件的應(yīng)力均小于允許值，表明掛籃受力滿足要求；由于橫聯(lián)自重的影響，有橫聯(lián)掛籃主桁架的內(nèi)力及應(yīng)力略大于無橫聯(lián)掛籃，其余構(gòu)件內(nèi)力及應(yīng)力并無差異，說明有、無橫聯(lián)對掛籃的受力并無太大影響。

（2）有橫聯(lián)掛籃的前三階屈曲失穩(wěn)特征值均大于無橫聯(lián)掛籃，增大約1.2，表明有橫聯(lián)掛籃承受的極限荷載比無橫聯(lián)掛籃大，橫聯(lián)對提高掛籃整體穩(wěn)定性有很大作用。

（3）橫聯(lián)對掛籃承載能力影響較小，但為增強結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，建議在設(shè)計和施工時增加橫向聯(lián)系。

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2016-03-09