張良

（吉安市公路勘察設(shè)計(jì)院，江西吉安 343000）

0 引言

在橋梁工程的建設(shè)中，掛籃施工是主要的施工方式，其主要的作用是確保在整個(gè)橋梁的建設(shè)中提升混凝土澆筑施工質(zhì)量。橋梁工程建設(shè)開(kāi)始前，應(yīng)從設(shè)計(jì)出發(fā)總結(jié)出掛籃施工的細(xì)節(jié)和要求，并做好現(xiàn)場(chǎng)施工穩(wěn)定性與強(qiáng)度控制，設(shè)計(jì)人員詳細(xì)計(jì)算與分析各項(xiàng)參數(shù)，保證符合要求，從而提高橋梁施工效果，提升橋梁工程建設(shè)水平。

1 橋梁掛籃設(shè)計(jì)原則

懸臂澆筑法在橋梁施工中有著極為重要的優(yōu)勢(shì)，而該方法的應(yīng)用涉及掛籃施工方式。掛籃現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的優(yōu)勢(shì)就是不再應(yīng)用大型吊裝設(shè)備，且不需要布置支架，與其他方式對(duì)比來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)更輕、自重更小、制作更方便，所以現(xiàn)場(chǎng)施工更加靈活。在橋梁現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)中掛籃設(shè)計(jì)原則如下。

1.1 盡可能減小掛籃自重

掛籃自重是方案設(shè)計(jì)人員必須考慮的因素，不僅要滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，還要盡量減輕自重，保證現(xiàn)場(chǎng)安全性，施工操作也會(huì)更加方便。同時(shí)，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，還可以采用新型自錨平衡式掛籃結(jié)構(gòu)，使傾覆力得到均衡。此外，設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)也可以采用梁端全斷面的施工方式，如此可以有效縮短項(xiàng)目工期，提高資源利用率，為企業(yè)帶來(lái)更高的經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1.2 改善施工環(huán)境

在掛籃設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，需要對(duì)掛籃的施工環(huán)境進(jìn)行考慮。由于掛籃場(chǎng)地大小關(guān)系到工況效率與施工安全，通過(guò)合理設(shè)計(jì)能夠確?，F(xiàn)場(chǎng)空間更加充裕，滿足現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)要求，從而使現(xiàn)場(chǎng)施工順利進(jìn)行，工程安全性也能得到保證。同時(shí)，還要盡量改善現(xiàn)場(chǎng)的施工作業(yè)環(huán)境，給人們提供施工便利條件，也能防止破壞環(huán)境。

2 工程概況

某橋梁項(xiàng)目設(shè)計(jì)為連續(xù)箱梁，該結(jié)構(gòu)頂部寬度為12m，其中中跨的梁高為2.2m,支點(diǎn)兩邊的高度為4.2m，翼緣板長(zhǎng)3.45m，梁高與底板厚度采用二次拋物線變化形式。根據(jù)設(shè)計(jì)方案的要求，箱梁采用C35混凝土制作，根據(jù)配合比要求制作，澆筑形成整體結(jié)構(gòu)。箱梁采取分段作業(yè)的方式，不同節(jié)段的重量有差異，其中1 號(hào)最重，為132t。

3 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掛籃結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和性能對(duì)于懸臂澆筑施工效果存在著直接的影響，所以要達(dá)到穩(wěn)定、受力性能好、安裝與拆卸方便等要求，以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的標(biāo)準(zhǔn)。因此，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工的具體要求，確定合適的設(shè)計(jì)方案，各個(gè)掛籃結(jié)構(gòu)都符合運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 主桁架設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，對(duì)于主桁架的設(shè)計(jì)，主要是選擇菱形桁片作為設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，使其能夠形成有效空間。豎弦桿中間設(shè)置桁架，該構(gòu)件的作用是促進(jìn)主桁架結(jié)構(gòu)運(yùn)行條件的提升，確保結(jié)構(gòu)剛度與穩(wěn)定性合格。主桁架結(jié)構(gòu)應(yīng)用雙槽鋼[32b 兩側(cè)焊接鋼板制作，應(yīng)用鋼銷連接。

3.2 承載平臺(tái)設(shè)計(jì)

在該環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)中，主要從橫向橋梁向著邊主梁的位置設(shè)計(jì)，其中需要對(duì)分配梁結(jié)構(gòu)的尺寸進(jìn)行優(yōu)化，以方便承載平臺(tái)的強(qiáng)度，為后續(xù)混凝土澆筑提供方便。沿著主梁長(zhǎng)度方向上順序設(shè)置橫梁，總計(jì)分為3組結(jié)構(gòu)，相鄰結(jié)構(gòu)之間布置剪刀撐，以確保抗扭剛度符合工程要求。承載平臺(tái)在施工中穩(wěn)定性需要達(dá)到要求，為了達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，選擇使用型鋼組焊方法。在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要在結(jié)構(gòu)中間安裝架掛腿，目的是在掛籃行走時(shí)有較高的配重，從而預(yù)防發(fā)生掛籃失穩(wěn)、異常等問(wèn)題，提高現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性，預(yù)防發(fā)生安全事故[2]。

3.3 行走系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

單節(jié)箱梁施工后，在強(qiáng)度達(dá)到50MPa 后，按照工藝方案的要求開(kāi)展預(yù)應(yīng)力張拉作業(yè)，張拉作業(yè)符合工程的要求后，通過(guò)倒鏈拖行連接，達(dá)到均勻、慢速作業(yè)的要求，按照工藝操作的要求牽引主桁架移動(dòng)，以達(dá)到施工效果，進(jìn)而使兩者同時(shí)前移到規(guī)定部位上。在該操作中底平臺(tái)、內(nèi)外模沿著滑梁向前移動(dòng)。每個(gè)部位的移動(dòng)都必須達(dá)到通暢性標(biāo)準(zhǔn)，將摩阻力控制在合理的范圍內(nèi)，所以滑移支座與軌道之間設(shè)置不銹鋼板，從而降低摩阻力，達(dá)到滑行通暢性要求。橋梁如果結(jié)構(gòu)布置在曲線的部位上，對(duì)結(jié)構(gòu)的變化橋梁進(jìn)行分析，而后結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)的需求進(jìn)行焊接處理。在設(shè)計(jì)中需要考慮到橫向預(yù)應(yīng)力筋的搭配方式，使其能夠有效對(duì)應(yīng)，這樣在行走系統(tǒng)應(yīng)用時(shí)更加的靈活方便。

3.4 錨固系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)錨固系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格按照以下的要求設(shè)計(jì)：第一，前錨桿組的施工作業(yè)材料選擇為PSB830φ32mm 精軋螺紋鋼筋制作，總計(jì)為2 組，每組4 根，將其布置到縱梁中間位置。該結(jié)構(gòu)具備較高的承載性能，能夠?qū)⒑奢d傳遞到地層。第二，針對(duì)后錨桿的制作，材料選擇精軋鋼筋進(jìn)行制作，總計(jì)為2 組，每組4 根。通過(guò)該結(jié)構(gòu)的設(shè)置，可以使結(jié)構(gòu)張拉環(huán)節(jié)具備較高的抗傾覆力，防止其他作用力的影響。此外，錨桿組還能達(dá)到安全錨固的效果，確?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全性合格。

3.5 吊掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，吊掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)用φ32mm 精軋螺紋鋼筋制作，吊帶選用鋼板制作，材質(zhì)為Q345B，組合形成整體系統(tǒng)，而后將其與主系統(tǒng)連接。

3.6 底托系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在該設(shè)計(jì)階段，需要考慮護(hù)欄、縱梁以及托梁的設(shè)計(jì)形式，保證各方面結(jié)構(gòu)均能兼容，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效果和質(zhì)量。經(jīng)過(guò)螺栓安裝工作之后，使各個(gè)部位連接更加穩(wěn)固、安全。根據(jù)需要布置吊桿結(jié)構(gòu)，將托梁安裝到底梁結(jié)構(gòu)上；安裝吊帶結(jié)構(gòu)后，托梁與橫梁連接穩(wěn)固，結(jié)構(gòu)性能合格[3]。

3.7 模板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在模板結(jié)構(gòu)中主要包含內(nèi)外模兩個(gè)部分。內(nèi)模應(yīng)用厚度18mm 的竹膠板，外模應(yīng)用厚度為16mm 的鋼板，同時(shí)按照設(shè)計(jì)方案的要求進(jìn)行型鋼帶、側(cè)模桁架安裝作業(yè)，確保外模結(jié)構(gòu)安裝精度達(dá)標(biāo)，應(yīng)用螺栓完成連接固定，模板安裝效果符合要求，將其布置到整個(gè)區(qū)域內(nèi)的內(nèi)模下角鋼帶拆掉，通過(guò)設(shè)置腳手架部位完成結(jié)構(gòu)控制，確保安全性合格的條件下澆筑施工。外側(cè)模提吊梁、內(nèi)滑梁的前部要達(dá)到穩(wěn)定性標(biāo)準(zhǔn)，并利用錨固作業(yè)的方式，使梁體結(jié)構(gòu)的后部懸吊在箱梁表面。

4 有限元建模分析

4.1 工況的選擇

對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的尺寸、重量等展開(kāi)分析，了解環(huán)境因素干擾，總結(jié)出如下兩個(gè)方面的工況，并分別分析研究：一方面，1 號(hào)梁灌注作業(yè)施工，該環(huán)節(jié)的施工特性是梁段的自重以及高度達(dá)到最大；另一方面，6 號(hào)梁段掛籃行走，該環(huán)節(jié)的施工特性是走形距離大，且結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度長(zhǎng)。

4.2 選擇荷載值

在該方面的設(shè)計(jì)中要分析下述因素：鋼筋混凝土容重26kN/m3；振搗荷載4.0kN/m2；現(xiàn)場(chǎng)人員設(shè)備總荷載為2.5kN/m2。

4.3 計(jì)算模型及結(jié)果分析

4.3.1 第一種工況分析

（1）選用MIDAS2010 軟件分析，將現(xiàn)場(chǎng)獲取的各項(xiàng)信息輸入軟件內(nèi)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)分析確定設(shè)計(jì)方案，構(gòu)建符合現(xiàn)場(chǎng)需要的掛籃受力模型，見(jiàn)圖1。掛籃結(jié)構(gòu)運(yùn)行中受力傳輸如下：翼緣板混凝土與側(cè)板重量，該環(huán)節(jié)的傳力載體為外滑梁，通過(guò)傳力作用后，使箱梁翼板與前上橫梁同時(shí)承載受力；箱梁底板、腹板混凝土與底籃平臺(tái)重量，利用箱體與前上橫梁結(jié)構(gòu)重量分析；箱梁頂板混凝土、內(nèi)模與配套支架重量，主要是通過(guò)箱梁頂板與前上橫梁承載結(jié)構(gòu)重量。

圖1 工況1 計(jì)算模型示意圖

（2）從應(yīng)力、變形方面展開(kāi)分析，重點(diǎn)分析各個(gè)結(jié)構(gòu)以及細(xì)分部件的運(yùn)行條件，建模見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 梁?jiǎn)卧龖?yīng)力示意圖

圖3 豎向位移示意圖

混凝土澆筑施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，各個(gè)梁體單元的受力條件是不同的，由于掛籃結(jié)構(gòu)中底籃縱跨的受力較大，故而在設(shè)計(jì)階段，需要對(duì)橫梁的連接強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。在該工程中，其參數(shù)取值為43.6MPa。除了上述的受力結(jié)構(gòu)外，其他的各個(gè)桿件都是受壓作用，拉應(yīng)力最大為188.8MPa、壓應(yīng)力最大為170.6MPa。經(jīng)過(guò)以上各項(xiàng)參數(shù)的分析，與設(shè)計(jì)方案的要求對(duì)比，沒(méi)有任何異常變化的情況，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。由于荷載具備持續(xù)的效果，故而結(jié)構(gòu)的變化也會(huì)受到影響，因此在前移設(shè)計(jì)時(shí)需要明確移動(dòng)點(diǎn)與移動(dòng)距離。

4.3.2 第二種工況分析

由于內(nèi)滑梁結(jié)構(gòu)的尺寸比較大，同時(shí)在滑動(dòng)系統(tǒng)中其起到的作用是不同的，一般來(lái)說(shuō)，它的大位置上跨徑尺寸9.9m。故而，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件建模分析，掛籃行走后，混凝土澆筑階段內(nèi)部應(yīng)力影響較大，但是該項(xiàng)目在施工中各個(gè)部位的應(yīng)力相對(duì)較小，并且影響不嚴(yán)重，所以并不需要重復(fù)性驗(yàn)算這些參數(shù)。但是需要重點(diǎn)考慮大滑梁與后托梁的跨度參數(shù)，詳細(xì)計(jì)算該參數(shù)，較之澆筑環(huán)節(jié)的跨度會(huì)有所增大，應(yīng)力以及豎向位移都會(huì)發(fā)生變化。系統(tǒng)行走的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)荷載持續(xù)的情況，相關(guān)的系統(tǒng)沒(méi)有出現(xiàn)其他異常情況，這主要是應(yīng)力與變形參數(shù)不受到系統(tǒng)行走影響。故而，在設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)，需要考慮后梁中間的位移量，因此需要選擇控制參數(shù)，從而符合工程現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

4.3.3 抗傾覆驗(yàn)算

抗傾覆驗(yàn)算也是重要參數(shù)，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)計(jì)算該參數(shù)，主要分析如下：對(duì)于第一種工況，其后支點(diǎn)的反應(yīng)力需要設(shè)計(jì)為687.6kN，布置有9 根精軋螺紋鋼，包含兩種組成結(jié)構(gòu)，其中將3 根拉應(yīng)力為155.7MPa 以及6 根強(qiáng)度一樣的鋼筋布設(shè)到系統(tǒng)當(dāng)中。第二種工況，后支點(diǎn)反力是178.1kN，配套應(yīng)用的反扣輪結(jié)構(gòu)，其承載性能為90.8kN；對(duì)于設(shè)計(jì)數(shù)量來(lái)說(shuō)，根據(jù)每一片桁架為2 對(duì)設(shè)置，每個(gè)輪受到的壓力是44.5kN，符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)過(guò)上述分析，得出如下結(jié)論：

第一，上述兩種工況有明顯差異，分析荷載參數(shù)可以得出，第二種工況的荷載要比第一種工況小。

第二，分析最大位移參數(shù)，可以明確第一種工況的位移變化情況主要是在橫梁外側(cè)；而相較于第一種工況，第二種工況出現(xiàn)則是在中間的位置；經(jīng)過(guò)分析豎向位移量，第二種工況較大，分析形成原因和后托梁的跨度升高存在關(guān)系，這樣會(huì)出現(xiàn)豎向位移增加的情況。

第三，混凝土澆筑環(huán)節(jié)，桁架前端、底籃前端等多個(gè)部位存在變形較大的情況，為了使工程質(zhì)量合格，要做好現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控管理工作，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況采取合理有效的措施。同時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員組織開(kāi)展預(yù)壓作業(yè)，確定相應(yīng)的立模標(biāo)高參數(shù)，為施工順利開(kāi)展提供基礎(chǔ)[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁工程建設(shè)中的掛籃施工技術(shù)使懸臂澆筑順利進(jìn)行，而掛籃質(zhì)量關(guān)系到施工質(zhì)量和效率，所以要加強(qiáng)掛籃結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提高設(shè)計(jì)水平，各項(xiàng)參數(shù)都符合要求，才能提高掛籃結(jié)構(gòu)的水平，達(dá)到科學(xué)、合理性要求，滿足現(xiàn)場(chǎng)橋梁施工的標(biāo)準(zhǔn)與要求。