何 棟

（廣東華路交通科技有限公司，廣東 廣州 510420）

1 橋梁概況

某矮塔斜拉橋跨徑組合為（60+105+60）m，橋面總寬32.5 m，橋梁系雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋，采用塔梁固結(jié)、墩梁分離的體系。全橋雙塔雙索面共計(jì)對(duì)稱設(shè)置64條斜拉索，每根斜拉索由37根PE包裹防護(hù)環(huán)氧噴涂鋼絞線組成，斜拉索與水平面夾角介于18°～38°，在兩側(cè)斜拉索出口處設(shè)抗滑錨板。

圖1 橋梁縱斷面布置圖（單位：cm）

橋梁上部結(jié)構(gòu)箱梁劃分為0～11號(hào)施工梁段；0號(hào)梁段、11號(hào)梁段（邊跨現(xiàn)澆段）長(zhǎng)6.5 m，1號(hào)梁段長(zhǎng)5 m，均采用支架澆筑施工；2～9號(hào)梁段長(zhǎng)5 m，梁段重量介于320～370 t，采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工；10號(hào)梁段（合攏段）長(zhǎng)2 m，采用吊架施工。在掛籃懸臂澆筑施工過程中，斜拉索張拉分3次進(jìn)行，分別為空掛籃張拉、混凝土澆筑1/2張拉、轉(zhuǎn)移錨固張拉。

2 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

本橋梁采用帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃施工，掛籃長(zhǎng)度10 m，寬度33.5 m，掛籃及模板總重約160 t。受客觀條件限制，在掛籃前橫梁上均勻設(shè)置4對(duì)前吊桿以控制箱梁外橫隔梁變形，前吊桿通過貝雷桁架梁錨固于梁段上。

圖2 掛籃施工圖

掛籃結(jié)構(gòu)主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：

a）掛籃底座 由2條主縱梁、13條次縱梁和5道橫梁組成，主縱梁為六拼56b型工字鋼，次縱梁及橫梁為雙拼56b型工字鋼。

b）弧形手 高1.45 m，前傾1.05 m，弧形手半徑3.15 m，由鋼板焊接形成，承壓面板及封蓋板為2 cm厚鋼板，3道加勁肋板均為4 cm厚鋼板。

c）水平止推裝置 在主縱梁后端設(shè)置牛腿止推裝置，承壓面板厚3 cm，加勁肋板厚1.5 cm；在梁體相應(yīng)部位設(shè)置2道直徑14 cm的實(shí)心鋼錨栓。

d）錨固懸吊系統(tǒng) 均為32 cm精軋螺紋鋼筋組成，掛籃底座共計(jì)設(shè)置10道錨桿，前吊桿共計(jì)設(shè)置8條拉桿。

3 掛籃型式對(duì)施工控制的影響

本項(xiàng)目橋梁采用帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工，即在前支點(diǎn)掛籃前橫梁部位增設(shè)4對(duì)前吊桿，直接改變了掛籃受力圖式，使得施工過程中前吊桿、斜拉索內(nèi)力分配不明確，梁段懸臂端部受力不明確。

圖3 前支點(diǎn)掛籃受力圖式

圖4 附加前吊桿的前支點(diǎn)掛籃受力圖式

圖3、圖4中：Ky為已澆筑梁段對(duì)掛籃的豎向支承剛度；Ksy為斜拉索對(duì)掛籃的豎向支承剛度；Ksx為斜拉索對(duì)掛籃的水平向剛度；Kdy為前吊桿的豎向剛度；Kbw為貝雷梁的彎曲剛度。

從圖3、圖4比較可知，前支點(diǎn)掛籃附加前吊桿導(dǎo)致掛籃前支點(diǎn)同時(shí)受到前吊桿、斜拉索的豎向彈性支承作用；且前吊桿豎向剛度受到前吊桿、貝雷梁以及已澆筑梁段的剛度影響，即Kdy與Ky相關(guān)?；诖藘牲c(diǎn)，施工過程中已澆筑梁段懸臂端、前吊桿及斜拉索索力難以準(zhǔn)確計(jì)算，對(duì)于已澆筑梁段結(jié)構(gòu)及掛籃結(jié)構(gòu)的施工控制增加了不確定性和難度。

4 橋梁結(jié)構(gòu)分析控制思路

基于本橋梁施工用帶前吊桿的前支點(diǎn)掛籃型式特點(diǎn)，提出施工控制的思路，主要要點(diǎn)有：

a）第一步，對(duì)橋梁主梁、主塔、斜拉索及前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行聯(lián)合建模，前吊桿及貝雷梁作為荷載Q1施加在模型中，模擬施工階段及步驟進(jìn)行施工階段分析。

施工過程中，前吊桿會(huì)承受附加荷載Q2，即已澆筑梁段懸臂端增加荷載Q2；同時(shí)斜拉索豎向支承力相應(yīng)減少荷載Q2；對(duì)于第一步中計(jì)算忽略Q2的影響，對(duì)于已澆筑梁段結(jié)構(gòu)可能是不利的。

b）第二步，對(duì)懸臂施工的主梁各階段結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行建模，并計(jì)算已澆筑梁段懸臂端在單位豎向及軸向偏心荷載作用下主梁根部上、下緣的應(yīng)力值，在結(jié)構(gòu)安全應(yīng)力限值控制條件下，計(jì)算Q2的安全限值范圍，作為前吊桿內(nèi)力控制的條件。

對(duì)于已澆筑梁段，在懸臂端附加豎向向下荷載作用時(shí)，主梁根部上、下緣分別產(chǎn)生附加拉、壓應(yīng)力；同時(shí)斜拉索對(duì)梁段懸臂端軸向偏心荷載減少也會(huì)對(duì)主梁根部上、下緣產(chǎn)生附加應(yīng)力。

c）第三步，施工過程中的斜拉索張拉力以第一步試算分析結(jié)果為準(zhǔn)，前吊桿張拉力按Q2限值控制。

d）第四步，考慮橋梁、掛籃結(jié)構(gòu)的空間受力特性，要求斜拉索及前吊桿同步對(duì)稱逐級(jí)張拉；特別是對(duì)于前吊桿，應(yīng)跟蹤其過程內(nèi)力滿足安全限值范圍要求。

5 掛籃結(jié)構(gòu)分析控制思路

橋梁施工、控制過程中，掛籃結(jié)構(gòu)的安全性分析與控制也是非常重要的。

對(duì)于掛籃結(jié)構(gòu)而言，按不考慮前吊桿內(nèi)力影響分析掛籃是偏于安全的，即按前支點(diǎn)掛籃分析掛籃結(jié)構(gòu)是偏于安全的。掛籃結(jié)構(gòu)分析的要點(diǎn)有：

a）掛籃結(jié)構(gòu)的主體組成包括弧形手、主縱梁、止推結(jié)構(gòu)及錨固結(jié)構(gòu)、下前橫梁；掛籃結(jié)構(gòu)直接承受混凝土濕重作用以及斜拉索臨時(shí)索力作用。

b）混凝土濕重作用引起的斜拉索臨時(shí)索力增加量為被動(dòng)力，與弧形手前端主動(dòng)張拉力對(duì)掛籃主縱梁結(jié)構(gòu)的作用圖式是有差別的。被動(dòng)力作用下，主縱梁可按簡(jiǎn)支梁進(jìn)行計(jì)算；主動(dòng)力作用下，主縱梁應(yīng)作懸臂梁進(jìn)行計(jì)算?；谥骺v梁受力特點(diǎn)，應(yīng)驗(yàn)算主縱梁跨中截面、錨固處根部截面的應(yīng)力和穩(wěn)定性。

c）掛籃弧形手部位局部承受斜拉索臨時(shí)索力作用，需要進(jìn)行局部強(qiáng)度驗(yàn)算。

d）掛籃止推結(jié)構(gòu)局部承受斜拉索臨時(shí)索力水平分量作用，需要進(jìn)行局部強(qiáng)度驗(yàn)算。

6 掛籃弧形手局部強(qiáng)度分析

使用通用有限元分析軟件，按板單元對(duì)掛籃弧形手局部強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖5～圖10。

圖5 弧形手板單元模型圖

圖6 上端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖7 中端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖8 下端局部承壓180 t前面板等效應(yīng)力圖

圖9 上端局部承壓180 t前角隅等效應(yīng)力圖

圖10 上端局部承壓180 t后端角隅等效應(yīng)力圖

計(jì)算結(jié)果表明：

a）掛籃弧形手最不利部位為前面板與肋板交接處，最大等效應(yīng)力與斜拉索在弧形手上布置高度無明顯關(guān)系，與前面板厚度關(guān)系較大。

b）按局部承壓180 t計(jì)算，最大等效應(yīng)力達(dá)到226 MPa，接近Q235鋼材的屈服強(qiáng)度[1]值235 MPa；同時(shí)掛籃前/后端角隅最大等效應(yīng)力分別為78 MPa和 59 MPa。

c）按Q235鋼材端面強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[1]325 MPa計(jì)算，該掛籃弧形手最大局部承壓荷載約為250 t。

7 掛籃止推結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度分析

使用通用有限元分析軟件按板單元對(duì)掛籃止推結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度進(jìn)行分析，分析結(jié)果見圖11、圖12。

圖11 局部承壓120 t前面板等效應(yīng)力圖

圖12 局部承壓120 t加勁肋等效應(yīng)力圖

計(jì)算結(jié)果表明：

a）掛籃止推牛腿最不利部位為前面板與肋板交接處，與前面板厚度關(guān)系較大。

b）按局部承壓120 t計(jì)算，最大等效應(yīng)力達(dá)到298 MPa，接近Q235鋼材的端面承壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[1]325 MPa。

8 體會(huì)

通過對(duì)項(xiàng)目原設(shè)計(jì)掛籃弧形手、止推牛腿結(jié)構(gòu)局部強(qiáng)度分析，主要體會(huì)有：

a）帶前吊桿的組合式前支點(diǎn)掛籃，由于附加了前吊桿支承作用，使得施工過程中梁段、掛籃結(jié)構(gòu)受力分配不明確，增加了施工控制的難度。

b）施工過程中，忽略前吊桿作用按普通前支點(diǎn)掛籃進(jìn)行施工控制能夠簡(jiǎn)化施工控制過程，但對(duì)于已澆筑梁段可能是偏于不安全的；對(duì)此，提出了控制前吊桿內(nèi)力范圍確保已澆筑梁段的施工控制方法。

c）對(duì)于掛籃結(jié)構(gòu)控制而言，掛籃弧形手、主縱梁、止推結(jié)構(gòu)是非常重要的，直接關(guān)系到施工過程安全。