程銳

（中鐵五局集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

懸臂施工中掛籃變形值的確定

程銳

（中鐵五局集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000）

隨著我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)的鐵路鋼構(gòu)橋梁的建設(shè)數(shù)量隨著運(yùn)輸需求的增加而增加，而在鐵路鋼構(gòu)橋梁的建設(shè)過程中懸臂施工作業(yè)較多，并且在懸臂施工中掛籃變形現(xiàn)象較為突出，也是當(dāng)下橋梁建設(shè)中懸臂施工法較為重視的一個(gè)問題。因?yàn)閼冶凼┕ぶ袙旎@變形嚴(yán)重就會(huì)影響橋梁施工的質(zhì)量，給交通運(yùn)輸帶來安全威脅，所以對(duì)于懸臂施工中掛籃變形值的確定有利于橋梁建設(shè)中相關(guān)橋梁段的建設(shè)和修正，尤其是對(duì)懸臂施工中掛籃變形值的修正，這不僅可以有效提高懸臂施工的技術(shù)水平，更可以提高掛籃施工質(zhì)量，保障橋梁灌注堅(jiān)固性，避免橋梁發(fā)生斷裂。

懸臂施工；掛籃變形值；確定

在對(duì)施工大跨度箱形梁之類的連續(xù)鋼構(gòu)橋梁時(shí)，懸臂施工法是比較常用的一種方法，掛籃作為施工機(jī)具對(duì)橋梁進(jìn)行澆筑施工，在橋梁懸臂澆筑施工環(huán)節(jié)，橋梁段立模標(biāo)高的合理性確定關(guān)系到主梁線形的平順性，是否滿足橋梁建設(shè)的設(shè)計(jì)方案，如果立模標(biāo)高過程所考慮的問題以及相關(guān)的影響因素符合實(shí)際要求，并對(duì)立模標(biāo)高過程進(jìn)行嚴(yán)格的控制，會(huì)使最終的橋面比較平順，如果立模標(biāo)高過程所考慮的問題和實(shí)際施工因素有所偏差，就會(huì)使最終的橋梁面發(fā)生不平順現(xiàn)象，待橋梁投入使用后會(huì)帶來很多交通問題，而橋梁段的立模標(biāo)高的確定與掛籃形變的值有很大的關(guān)系，所以為了更好地保障橋梁的施工質(zhì)量，需要對(duì)懸臂施工中掛籃變形值的確定進(jìn)行分析。

1 懸臂施工中掛籃變形分析

1.1 懸臂施工的特點(diǎn)分析

（1）在橋梁建設(shè)的過程中，由于橋梁自身的重量會(huì)產(chǎn)生負(fù)彎矩，相應(yīng)的支撐性的橋墩也會(huì)由于力有傳遞作用而受到施工過程所產(chǎn)生的彎矩作用，所以懸臂施工方法的應(yīng)用也是有一定條件的，目前該方法主要是在大跨度連續(xù)鋼構(gòu)橋梁處于營(yíng)運(yùn)狀態(tài)的受力結(jié)構(gòu)或施工狀態(tài)的受力結(jié)構(gòu)中應(yīng)用，比如預(yù)應(yīng)力混凝土T型鋼構(gòu)橋梁、變截面連續(xù)剛構(gòu)橋以及斜拉橋的建設(shè)中應(yīng)用的比較廣泛。

（2）懸臂施工法能夠在不影響通航或橋下交通的情況中進(jìn)行施工，而且施工過程中支架的使用數(shù)量沒有嚴(yán)格的要求，支架用的多與少不會(huì)對(duì)施工造成影響。

（3）懸臂施工方法相對(duì)于其他的施工方法來說它在橋梁澆筑過程中施工比較簡(jiǎn)單，整體結(jié)構(gòu)性也比較好，還可以根據(jù)施工需要不斷的調(diào)整施工位置，靈活性比較高，所以對(duì)于大跨徑的橋梁來說該施工方法非常實(shí)用。

（4）懸臂施工中的機(jī)具設(shè)備比較多，但掛籃是常用的機(jī)具設(shè)備之一，但是施工過程中由于掛籃會(huì)發(fā)生形變，所以對(duì)掛籃形變值的確定比較嚴(yán)格。

1.2 掛籃變形計(jì)算參數(shù)

與掛籃變形計(jì)算相關(guān)的荷載參數(shù)列舉。

（1）荷載系數(shù)：查《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》得到恒載分項(xiàng)系數(shù)K1=1.2，活載分項(xiàng)系數(shù)K2 =1.4。

（2）作用于主桁的荷載。箱梁荷載：選取變長(zhǎng)度節(jié)段，1#塊段長(zhǎng)度為3m，重量為246.5t；4 #塊段長(zhǎng)度3.5m，重量為255.3 t；10#塊段長(zhǎng)度為4 m，重量為201.0t。掛籃自重：92.78t，其中模板系統(tǒng)占57.25t；施工機(jī)具及人群荷載：2.5kN/m2；傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載分別按2.0 kN/m2計(jì)。

1.3 掛籃結(jié)構(gòu)分析計(jì)算

主桁結(jié)構(gòu)位移計(jì)算：為計(jì)算更準(zhǔn)確，掛籃主桁采用空間結(jié)構(gòu)計(jì)算，桿件連接可分為剛性、鉸接和半鉸接節(jié)點(diǎn)，對(duì)于主桁架桁片采用焊接、栓接連接的可分別處理為剛性節(jié)點(diǎn)和鉸接節(jié)點(diǎn), 對(duì)于僅在一個(gè)平面轉(zhuǎn)動(dòng)而另一個(gè)平面不能轉(zhuǎn)動(dòng)的銷接則視為半鉸接。根據(jù)上述荷載,首先計(jì)算作用于模板前端的吊帶和吊桿所受的力，將計(jì)算的各部分豎向荷載N1～N6（2個(gè)吊帶和4個(gè)吊桿）分配給主桁結(jié)構(gòu)計(jì)算掛籃的變形。這里用軟件 ANSYS 模擬結(jié)構(gòu)，底模桁架采用beam3平面單元計(jì)算，主桁架采用beam4空間3D單元計(jì)算。其中底模桁架的計(jì)算采用和實(shí)際梁段與水平的夾角一致的模型 ,以求得與實(shí)際加載相一致的結(jié)果。掛籃構(gòu)件在鉸接或半鉸接的位置通過在位置點(diǎn)創(chuàng)建重合的節(jié)點(diǎn)（創(chuàng)建的重合關(guān)鍵點(diǎn)在生成有限元模型時(shí)便創(chuàng)建了重合節(jié)點(diǎn)）進(jìn)行自由度的耦合操作來模擬鉸接或者半鉸接，見圖1、2。

1.4 掛籃吊帶變形計(jì)算

掛籃吊帶為280 mm×40 mm矩形鋼板，吊桿為r 32 mm精軋螺紋鋼筋。在設(shè)置掛籃變形值時(shí)需要考慮此項(xiàng)值。吊帶（或吊桿）伸長(zhǎng)值采用計(jì)算公式：ΔL=FL/EA。

式中，F(xiàn)為吊桿所受拉力；L為吊桿受拉長(zhǎng)度；E為精軋螺紋鋼筋彈性模量；A為吊桿截面面積。

前吊裝置按每塊施工梁段時(shí)吊帶（或吊桿）實(shí)際受力長(zhǎng)度計(jì)算；而后吊裝置的吊帶雖然受力較大，但是由于長(zhǎng)度較短，計(jì)算出的伸長(zhǎng)值不超過1 mm，可以忽略不計(jì)。典型梁段計(jì)算結(jié)果如表1。

圖1 底模桁架平面結(jié)構(gòu)

圖2 掛籃主桁空間模型圖

表1 掛籃變形計(jì)算結(jié)果

2 防止懸臂施工中掛籃變形的安全措施

（1）加強(qiáng)對(duì)掛籃的設(shè)計(jì)與安裝管理。在實(shí)際的懸臂施工中，掛籃的形變與它的自身設(shè)計(jì)和掛籃的安裝過程有很大的關(guān)系。如果掛籃自身設(shè)計(jì)與實(shí)際的施工過程不相符合，不但會(huì)使施工過程存在很多問題，更會(huì)影響掛籃的形變，使掛籃在應(yīng)用過程中發(fā)生超出預(yù)期的形變，除此之外掛籃的安裝質(zhì)量對(duì)掛籃的形變也有很大的影響，良好的安裝質(zhì)量可以使掛籃在橋梁澆筑過程中更符合澆筑要求，縮小澆筑過程中存在的一些偏差，而掛籃安裝質(zhì)量較差，不僅對(duì)掛籃本身造成一定的影響，還會(huì)削弱掛籃原本應(yīng)該具有的工作能力，加大了掛籃的形變值，降低了橋梁施工的質(zhì)量，所以為了更準(zhǔn)確的控制掛籃的形變值要注意加強(qiáng)掛籃的設(shè)計(jì)和安裝。

（2）加強(qiáng)掛籃的維護(hù)。在懸臂施工過程中掛籃作為常用的一種機(jī)具，在長(zhǎng)期的使用過程中難免會(huì)受到外力的撞擊等破壞，為了保障掛籃的基本形狀，在施工過程中要對(duì)掛籃進(jìn)行定期的維護(hù)，對(duì)于形變嚴(yán)重的掛籃進(jìn)行校正或更換，校正過程中要結(jié)合掛籃可以發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)形變值進(jìn)行嚴(yán)格的校正。

（3）規(guī)范施工工人的操作習(xí)慣。掛籃發(fā)生形變有一部分原因也是由于施工工人的操作不規(guī)范造成的，所以在實(shí)際的施工過程中應(yīng)該對(duì)施工工人進(jìn)行相關(guān)作業(yè)的培訓(xùn)，規(guī)范他們的操作習(xí)慣，減少人為因素對(duì)掛籃形變的影響。

（4）注意掛籃某些構(gòu)件的修復(fù)。在每次澆筑施工和掛籃的工作過程中，有些構(gòu)件會(huì)發(fā)生變形，有些是可恢復(fù)的變形，而有些構(gòu)件發(fā)生的變形是不可恢復(fù)的，尤其是每次澆筑掛籃各個(gè)桿件連接松緊程度不同，所以發(fā)生的變形情況不同，長(zhǎng)期使用而對(duì)變形嚴(yán)重的桿件不進(jìn)行修復(fù)，掛籃工作過程中的穩(wěn)定性就會(huì)降低，進(jìn)而就會(huì)影響施工質(zhì)量，為了保障施工質(zhì)量，對(duì)于掛籃的一些桿件進(jìn)行定期的修復(fù)，盡量使掛籃保持在平穩(wěn)的狀態(tài)。

3 結(jié)語

綜上所述，在橋梁建設(shè)過程中，懸臂施工中運(yùn)用掛籃進(jìn)行各段橋梁的澆筑，雖然給連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的建設(shè)。帶來了很多的便利，使施工難度大大的降低了，但是由于掛籃自身形變和外界對(duì)它的影響，會(huì)給施工過程中相關(guān)數(shù)據(jù)的確定造成困擾，影響橋梁的施工質(zhì)量，所以當(dāng)下在眾多連續(xù)鋼構(gòu)橋梁的懸臂施工過程中，加大掛籃變形值的控制是一項(xiàng)非常重要的工作，并且在以后的橋梁建設(shè)中也要注意對(duì)掛籃的保護(hù)和檢修，時(shí)刻保持掛籃的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，畢竟橋梁在道路之間起著連接的作用，橋梁一旦出現(xiàn)質(zhì)量問題，給交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展將會(huì)帶來非常嚴(yán)重的問題，阻礙交通運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展，更會(huì)給行人帶來生命危險(xiǎn)，所以在橋梁建設(shè)的每個(gè)環(huán)節(jié)都要做到嚴(yán)謹(jǐn)、準(zhǔn)確，尤其是掛籃變形值的確定更是容不得馬虎，相信隨著我國(guó)建筑水平的不斷提高，我國(guó)橋梁建設(shè)的質(zhì)量也會(huì)越來越高。

[1]尤廣杰，王慧東. 懸臂施工中掛籃變形值的確定[J]. 國(guó)防交通工程與技術(shù)，2009(6).

[2]向中富. 橋梁施工控制技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，2011．

[3]陳偉，李明，張志國(guó)，等. 橋梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社，2002．

[4]王新敏. ANSYS工程結(jié)構(gòu)數(shù)值分析[M]. 北京：人民交通出版社，2007:343-350.

U445.466

A

1671-0711（2017）07（上）-0137-02