莫以操 邱 攀

(中鐵大橋局集團(tuán)有限公司 武漢 430050)

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋是一種橋面體系受壓、支撐體系受拉的橋梁，一般以平衡懸臂法對(duì)稱施工，但主梁節(jié)段尺寸及混凝土方量較大，普通掛籃難以滿足施工的要求，因此，預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋多采用牽索掛籃進(jìn)行對(duì)稱施工。牽索掛籃可根據(jù)斜拉橋主梁結(jié)構(gòu)的不同、斜拉索錨固點(diǎn)位置及平、縱面角度的變化等因素進(jìn)行選型及設(shè)計(jì)。

1 工程概況

潮白河大橋?yàn)樾煲飞系囊蛔卮髽蛄海挥谘嘟紘腋咝录夹g(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)西部，是整個(gè)徐尹路打通燕郊與北京快速路連接的控制性關(guān)鍵工程。該橋主橋采用165 m+165 m倒Y形單塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，采用墩塔梁固結(jié)體系，塔高99.12 m。本橋采用平行鋼絞線拉索體系，空間雙索面扇形布置，索距8 m,全橋共38對(duì)斜拉索。主橋立面見圖1。

圖1 主橋立面圖(單位：m)

主梁基本斷面形式為邊主梁，截面頂全寬27.5 m，截面高2.3 m，設(shè)雙向1.5%橫坡。主梁節(jié)段劃分為(2×3 m+18×8 m+6 m+2×9 m+6 m+18×8 m+2×3 m。其中，第0號(hào)節(jié)段、1號(hào)節(jié)段及邊跨直線段采用現(xiàn)澆支架施工，第2號(hào)～19號(hào)節(jié)段采用牽索掛籃現(xiàn)澆施工。主梁標(biāo)準(zhǔn)截面見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面圖(單位：mm)

2 牽索掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于主梁結(jié)構(gòu)、斜拉索空間限制及工程實(shí)際情況，主梁采用長平臺(tái)牽索掛籃進(jìn)行施工。掛籃主要結(jié)構(gòu)包括承重系統(tǒng)、牽索系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、吊掛及走行系統(tǒng)、抗剪系統(tǒng)及操作平臺(tái)等組成。牽索掛籃結(jié)構(gòu)示意圖見圖3、圖4。

圖3 牽索掛籃立面布置圖(單位：mm)

圖4 牽索掛籃橫斷面布置圖(單位：mm)

承重系統(tǒng)由主縱梁，前、中、后橫梁等組成平臺(tái)結(jié)構(gòu)。為了運(yùn)輸及吊裝的方便，主縱梁及橫梁在工廠分節(jié)段制造，節(jié)段之間采用高強(qiáng)螺栓連接。根據(jù)結(jié)構(gòu)受力分析，主縱梁主要承受斜拉索張拉產(chǎn)生的水平分力，主梁待澆節(jié)段混凝土產(chǎn)生的彎矩和剪力，前、中、后橫梁及拱架產(chǎn)生的扭矩[1]；橫梁結(jié)構(gòu)主要承受主梁橫隔板混凝土自重及模板結(jié)構(gòu)荷載。

牽索系統(tǒng)為特制的加長連接裝置，其下端錨固在主縱梁弧形首分配梁之上，上端與斜拉索錨具相連，起傳遞荷載及后期體系轉(zhuǎn)換之用。

模板系統(tǒng)分為側(cè)模系統(tǒng)及底模系統(tǒng)。側(cè)模系統(tǒng)采用液壓桿及模板組成；為減少施工現(xiàn)場(chǎng)模板拆裝的工作量，掛籃底模設(shè)計(jì)摒棄了常用的腳手架+方木+竹膠板的結(jié)構(gòu)形式，采用拱架及可開合式組合鋼模板的結(jié)構(gòu)形式，澆筑混凝土?xí)r，模板展開使之支撐于拱架及橫梁之上；混凝土澆筑完畢，模板收攏于拱架之上，拱架下落，模板整體脫模。

吊掛系統(tǒng)將掛籃承重系統(tǒng)錨固于已澆筑節(jié)段頂部，根據(jù)分布位置不同可分為中外吊掛、中內(nèi)吊掛及后吊掛，中外吊掛錨固于已澆筑節(jié)段前端，主要承受掛籃豎向荷載；中內(nèi)吊掛、中后吊掛分別錨固于后橫梁、主縱梁后部，使掛籃在混凝土澆筑過程中頂面與已澆段底面緊貼。

走行系統(tǒng)由走行滑道及掛鉤組成。掛鉤僅用于掛籃走行，為焊接箱型結(jié)構(gòu)，主要承受掛籃走行過程中自重及模板荷載，其一端與主縱梁栓接，另一端則通過連續(xù)千斤頂拽拉滑塊在滑道內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)。滑道為U形組焊結(jié)構(gòu)，2 m一節(jié)，節(jié)與節(jié)之間通過螺栓連接，滑道錨固于已澆筑梁端頂部，正對(duì)掛鉤滑塊。

抗剪系統(tǒng)由設(shè)置于主縱梁頂部的抗剪柱及圓弧形插片組成，主要起抵抗斜拉索水平分力的作用，同時(shí)適當(dāng)調(diào)整掛籃的位置，使之滿足主梁施工線形的要求[2]。

操作平臺(tái)則可根據(jù)實(shí)際需要，在主縱梁兩側(cè)設(shè)計(jì)三腳架進(jìn)行搭設(shè)。

3 牽索掛籃施工過程斜拉索中間索力確定因素

牽索掛籃在施工過程中斜拉索預(yù)拉索力的方向和大小均不斷發(fā)生變化，計(jì)算時(shí)斜拉索的施工索力根據(jù)以下因素確定。

1) 牽索掛籃的主縱梁抗彎能力滿足設(shè)計(jì)要求。

2) 牽索掛籃中、后吊掛軸向拉力滿足設(shè)計(jì)要求。

3) 初張索力按掛籃安裝到位，混凝土澆筑50%且掛籃主縱梁前端錨固點(diǎn)變形為0時(shí)的豎向分力確定。

4) 第二次調(diào)索索力按混凝土澆筑100%且掛籃主縱梁前端錨固點(diǎn)變形為0時(shí)的豎向支撐分力確定。

由于主塔兩側(cè)主梁節(jié)段斜拉索的初張力相同，且斜拉索豎向角度差別很小，故在表1中僅示意單側(cè)斜拉索中間索力值。

表1 斜拉索中間索力表

4 牽索掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 牽索掛籃荷載分析

計(jì)算荷載主要包括掛籃結(jié)構(gòu)自重、待澆筑主梁混凝土荷載、模板荷載、施工人員及施工機(jī)具荷載、混凝土振搗荷載及斜拉索2次張拉荷載。

4.2 牽索掛籃工況分析

主梁節(jié)段施工均采用2次調(diào)整中間索力，根據(jù)節(jié)段施工流程，可分為以下7個(gè)工況。

1) 工況1，吊裝掛籃，安裝模板及吊掛系統(tǒng)，

掛籃與已澆筑節(jié)段進(jìn)行錨固。

2) 工況2，斜拉索初張拉。

3) 工況3，綁扎待澆節(jié)段鋼筋骨架，安裝預(yù)應(yīng)力管道，澆筑主梁50%混凝土。

4) 工況4，斜拉索第二次張拉。

5) 工況5，澆筑主梁100%混凝土。

6) 工況6，解除牽索接長裝置，斜拉索體系轉(zhuǎn)換，掛籃脫模，然后整體下降。

7) 工況7，掛鉤落于走行滑道之上走行至下一節(jié)段。

4.3 有限元建模計(jì)算

采用有限元軟件midas Civil建立各個(gè)工況下牽索掛籃空間計(jì)算模型。模型中除主縱梁、掛鉤采用板單元模擬外，其余結(jié)構(gòu)均采用梁單元進(jìn)行模擬。邊界條件按實(shí)際工況進(jìn)行模擬。主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段混凝土用量約174.18 m3，其中，控制節(jié)段為19號(hào)節(jié)段，混凝土用量約為179.1 m3。計(jì)算模型以最不利節(jié)段19號(hào)節(jié)段進(jìn)行計(jì)算分析，按節(jié)段混凝土一次澆筑成型計(jì)算考慮。計(jì)算模型見圖5。

圖5 牽索掛籃有限元模型

根據(jù)計(jì)算模型，得出牽索掛籃在各工況下的各構(gòu)件內(nèi)力結(jié)果，從而對(duì)主縱梁、橫梁、拱架、掛鉤等構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性進(jìn)行檢算。經(jīng)計(jì)算，掛籃澆筑最不利節(jié)段19號(hào)節(jié)段時(shí)，構(gòu)件最大應(yīng)力197 MPa；掛籃走行時(shí)，構(gòu)件最大應(yīng)力204 MPa，均小于230 MPa的許用應(yīng)力[3-5]，滿足規(guī)范要求。各工況下的應(yīng)力圖見圖6。

圖6 最不利節(jié)段施工階段主縱梁最大組合應(yīng)力圖

各工況下的位移見表2。

表2 各個(gè)工況下的位移

注：“+”表示位移向上，“-”表示位移向下。

一般情況下，為保證立模標(biāo)高調(diào)整量不大、后期成橋索力調(diào)整方便，在澆筑混凝土后，主縱梁前端位移保證在±10 mm范圍內(nèi)，潮白河大橋牽索掛籃在工況3與工況5時(shí)，主縱梁前端位移分別為2.5 mm與4.3 mm，滿足要求。

5 結(jié)語

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋牽索掛籃對(duì)稱懸臂施工以其施工速度快、方便主梁線形控制而得到廣泛應(yīng)用。本工程所使用的牽索掛籃具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1) 牽索掛籃剛度大，定位鎖定后，掛籃與已澆筑主梁節(jié)段連為一體，掛籃隨主梁轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)控制主梁線形有利。

2) 掛籃采用在工廠制造，現(xiàn)場(chǎng)組拼，施工完成后整體下放，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，采用整體式模板系統(tǒng)，拱架及模板系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，可沿滑動(dòng)軌道整體上升或下落，并隨牽索掛籃走行至下一節(jié)段，解決了常用的腳手架模板拆裝工序多、速度慢的問題，降低了施工難度、節(jié)約了施工工期。

[1] 張小川.牽索掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與數(shù)值模擬[J].四川建筑，2014，34(1)：155-158.

[2] 李宗長，唐宏路，張志長.牽索式掛籃設(shè)計(jì)及施工若干問題的探討[J].交通科技，2005(5)：53-55.

[3] 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范:GB 50017-2003[S].北京：中國計(jì)劃出版社,2003.

[4] 公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范:JTJ 025-86[S].北京：人民交通出版社,1988.

[5] 王向陽,夏小勇,韓麗麗，等.獨(dú)塔斜拉橋鋼拱塔豎轉(zhuǎn)施工風(fēng)致抖振響應(yīng)分析[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2016,40(2):251-255,260.