趙亞麗

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002）

1 工程概況

長湖特大橋主橋全長321.50m，計算跨度為64m+96m+96m+64m。主梁采用變高度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，中支點處截面最低點梁高7.885m，跨中6m直線段及邊跨19.75m直線段截面中心線處梁高5.285m，梁底下緣按二次拋物線變化。0#塊及邊跨直線段采用支架現(xiàn)澆施工，其余節(jié)段塊采用菱形掛籃施工。

菱形掛籃采用雙拼型鋼40截面；前后斜拉桿為雙槽28b截面；立桿采用雙拼型鋼40截面；內(nèi)外滑梁采用雙拼35截面；吊桿采用150mm×8mm吊帶與直徑為32mm的精軋螺紋鋼。長湖處于風口區(qū)，常年有風，對掛籃走行及線形控制影響較大。

在此背景下，文章采用SAP2000有限元設(shè)計軟件，主要分析掛籃走行過程中及走行到位調(diào)節(jié)模板時，風荷載對掛籃的強度、剛度以及穩(wěn)定性等工作的影響。通過SAP2000模型的結(jié)果，對掛籃進行抗風加固，并對加固后的掛籃在風力作用下的工作狀況進行分析，為以后類似的工程項目提供理論與實踐依據(jù)。

2 掛籃走行過程有限元分析

根據(jù)菱形掛籃設(shè)計的實際情況，掛籃走行到位側(cè)膜后端未施加約束時，風荷載下位移最大。通過釋放菱形架桿件梁端約束建立菱形掛籃模型，如圖1所示。

圖1 菱形掛籃有限元模型

為了得到菱形掛籃所受風荷載值，建立鋼板側(cè)面模板的簡化模型，鋼板長度、高度和寬度分別為7m、4.7m和10mm。

2.1 邊界約束

菱形架底端均設(shè)置固定約束，頂部桿件進行端部釋放，底模橫梁約束X、Y、Z位移。掛籃走行過程，側(cè)膜模板后端前后左右無約束，在模型中限制Z方向位移，側(cè)膜槽鋼桁架擱置在外滑梁上，采用桿件連接處理。

鋼模板體系在風荷載作用下，在下端施加重力方向約束。

2.2 施加荷載

本研究施加的荷載有自重荷載與風荷載兩種，長湖風力較大，根據(jù)最近100年風速統(tǒng)計，長湖最大風力為9級，風速取24.4m/s，則有：

式中：wp為風壓，kN/m2；ro為空氣密度，kg/m3；v為風速，m/s。

空氣密度ro和重度r的關(guān)系為r=ro·g，因此有ro=r/g[1]。在公式（1）中使用這一關(guān)系，得到：

式中：空氣重度r=0.01225kN/m3，緯度為45°處的重力加速度g=9.8m/s2，得到wp=0.5·r·v2/g=0.5×0.01225×24.42÷9.8=0.3721kN/m2。

荷載組合為1.2倍自重+1.4倍自重。

2.3 計算結(jié)果

根據(jù)SAP2000建模計算結(jié)果，掛籃最大荷載組合應(yīng)力為205MPa，桿件最大位移為36mm。掛籃走行應(yīng)力結(jié)果圖如圖2所示，走形Y方向位移圖如圖3所示。

通過SAP2000的建模分析結(jié)果說明，雖然掛籃的桿件最大應(yīng)力及最大穩(wěn)定應(yīng)力均沒有超過鋼材的屈服強度，掛籃也不會發(fā)生構(gòu)件及整體的穩(wěn)定破壞，但可能會因位移構(gòu)件與混凝土發(fā)生碰撞，導(dǎo)致混凝土局部發(fā)生破壞。因此，掛籃走行時應(yīng)注意與混凝土和模板的間距并需要對掛籃實施加固措施，保證掛籃在風荷載作用下具有良好的工作狀態(tài)。

2.4 走行控制措施

掛籃走行前由現(xiàn)場工作人員對掛籃軌道進行詳細檢查。檢查內(nèi)容包括掛籃兩邊的走行軌道是否平行、坡度與頂面標高是否一致、掛籃軌道支撐與螺栓錨固情況是否良好、螺栓是否雙螺母、掛籃后支座側(cè)向剛度是否保證不會劃出軌道。掛籃走行過程中必須有專職安全員與技術(shù)人員對掛籃各部件進行隨時檢查與監(jiān)控，掛籃移動時后端必須有牢固可靠的防傾覆、防溜走的保護措施。

3 加固前掛籃工作性能有限元分析

圖2 掛籃走行應(yīng)力結(jié)果圖

圖3 走行Y方向位移圖

根據(jù)菱形掛籃設(shè)計的實際情況，掛籃走行到位側(cè)膜后端與混凝土相連接，應(yīng)對X、Y、Z位移施加約束，其他條件同上。建立加固前掛籃模型如圖4所示。

圖4 加固前掛籃模型

3.1 計算結(jié)果

根據(jù)SAP2000建模計算結(jié)果，掛籃最大荷載組合應(yīng)力為64MPa，桿件最大位移為11.7mm。加固前應(yīng)力結(jié)果圖如圖5所示，加固前Y方向位移圖如圖6所示。

3.2 測量控制

設(shè)計要求中心位置偏差≤10mm，風荷載影響略大于此值，測量時需做如下控制。

采用萊卡全站儀測量，測角精度為2″，測距精度為±（2mm+2ppm×D），精度完全滿足施工測量需要[2]。建立測量控制網(wǎng)時，沿橋梁兩側(cè)布設(shè)的控制點可以直接作為測站點或后視點使用。各基點定期進行復(fù)核，確保測量的精度和準確性。

圖5 加固前應(yīng)力結(jié)果圖

圖6 加固前Y方向位移圖

調(diào)節(jié)模板采用全站儀進行坐標放樣。在放樣前，利用設(shè)計圖紙?zhí)峁┑钠角€參數(shù)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)圖各部位之間的尺寸關(guān)系計算出放樣點的設(shè)計坐標，輸入儀器進行精準定位放樣，調(diào)整模板左右偏位，先測量調(diào)整好底板平面位置及高程加固并保證模板穩(wěn)定不受風荷載影響后，再定位梁體上部兩側(cè)的翼板。

3.3 掛籃走行過程及注意事項

掛籃走行時將施工作業(yè)人員分成4個小組，每邊安排2組。統(tǒng)一由小組的工班長指揮走行，施工作業(yè)人員按工班長指揮順序同時往前拽拉倒鏈。同一邊掛籃兩側(cè)必須保持同速走行，以免造成掛籃扭斜無法走行。掛籃走行到位后，先將掛籃后錨用精軋螺紋鋼錨固好，然后從底板預(yù)留孔穿入錨桿并將其錨固，再安裝側(cè)模走行梁后吊桿，最后完成掛籃走行，底模與頂模可通過測量儀器調(diào)節(jié)模板施工。

4 結(jié)束語

文章通過有限元設(shè)計軟件SAP2000對長湖特大橋混凝土連續(xù)梁菱形掛籃的抗風情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)施工中風荷載對掛籃產(chǎn)生的橫向位移以及走行及模板定位的線形控制有一定程度的影響，需進一步加強控制措施。通過走行構(gòu)件加固及檢查提高構(gòu)件整體穩(wěn)定性，全站儀測量監(jiān)控調(diào)整模板位置控制線形并做好澆筑前的復(fù)測工作，可消除掛籃施工風荷載影響的峰值位移和峰值應(yīng)力，確保滿足規(guī)范要求。