李如強(qiáng)

（河北衡通工程項(xiàng)目管理有限公司，河北 衡水 053000）

0 引言

隨著我國(guó)公路基建事業(yè)的發(fā)展，大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁建設(shè)數(shù)量不斷增加，掛籃施工作為其主要施工方法之一，具有結(jié)構(gòu)輕、拼制拆卸方便、跨間不設(shè)支架，施工期間基本不影響通航或行車等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于跨山谷、河流等較復(fù)雜地段的施工。因此，對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁掛籃受力展開分析具有重要的意義。

1 工程概況

某橋梁全長(zhǎng)587.04m。主橋上部采用42m+72m+42m的預(yù)應(yīng)力混凝土變截面連續(xù)箱梁；單箱單室頂板寬12.25m，頂板厚0.28m，設(shè)2%的橫坡；底板寬6.65m，厚度為0.28m，從跨中至主墩中心2.50m范圍按二次拋物線變化0.7m，箱梁根部梁高按單箱中心高度4.3m，跨中梁高2.0m。橋梁采用掛籃懸臂澆筑施工，0 號(hào)塊在墩頂托架上澆筑，各單“T”用掛籃懸臂對(duì)稱、平衡澆筑施工直至各單“T”最大懸臂，然后澆筑邊跨合龍段，待邊跨合龍段完成后進(jìn)行中跨合龍。掛籃結(jié)構(gòu)總體布置如圖1所示。本工程橋面寬度大，因此需要針對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)以及懸臂澆筑過(guò)程進(jìn)行更加精確的控制，具體包含掛籃靜態(tài)和行走狀態(tài)下結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、撓度、穩(wěn)定性等。

2 掛籃的組成及基本要求

行走及錨固體系：行走體系主要由手拉葫蘆、平滾及行走反壓平衡裝置組成，掛籃行走時(shí)反壓平衡裝置錨固于箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋上；掛籃錨固體系由主桁上的反壓型鋼、精軋螺紋鋼筋構(gòu)成，掛籃行走到位后，用精軋螺紋鋼將主桁上的反壓型鋼錨固于已澆梁段上，并用液壓千斤頂施加一定的預(yù)壓力。

懸吊體系：位于掛籃的前部，主要作用是懸吊和升降底模、側(cè)模、內(nèi)模及工作平臺(tái)等。由吊桿、吊桿座、千斤頂、手拉葫蘆等組成。吊桿及后錨桿均采用準(zhǔn)32 精軋螺紋粗鋼筋。

橫梁體系：由前上橫梁、后錨梁、前下橫梁、后下橫梁及底模縱梁等組成，橫梁系由45#和56#工字鋼加工而成。前上橫梁、后錨梁固定在主桁架上，底模縱梁固定在前下橫梁上，前下橫梁通過(guò)懸吊體系吊于前上橫梁上，后下橫梁由雙頭螺桿錨在已形成梁段的底板上。

掛籃材料：鋼材彈性模量為2.06e5MPa、密度為7 850kg/m；泊松比為0.3；線膨脹系數(shù)為0.000 012。

掛籃主要技術(shù)參數(shù)：懸臂澆筑箱梁梁段最大重量（1#） 塊為468t，懸臂澆筑箱梁梁段1# 塊分段長(zhǎng)度為3m，掛籃允許懸臂澆筑梁段最大長(zhǎng)度為4.5m。

掛籃設(shè)計(jì)基本參數(shù)：梁段混凝土重量為26kN/m，新澆混凝土動(dòng)力系數(shù)取1.2，施工人員、料具、堆放荷載為1.5kN/m2，振搗混凝土產(chǎn)生的荷載為2.0kN/m2，傾倒混凝土產(chǎn)生的荷載為2.0kN/m2，沖擊附加系數(shù)取1.4。

3 受力分析

3.1 外滑梁

箱梁翼緣板混凝土及箱梁側(cè)模重量通過(guò)外導(dǎo)梁、外滑梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁翼板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。

箱梁翼板部分混凝土一側(cè)面積為1.5m2，塊長(zhǎng)3m，合計(jì)方量4.5m3。由此計(jì)算箱梁翼板混凝土載荷為124.67kN，另外箱梁側(cè)模載荷為90kN?？紤]荷載組合，計(jì)算得荷載值為305kN，此部分荷載組合兩支外模滑梁線載荷為51kN/m。

外滑梁結(jié)構(gòu)為雙36b 槽鋼組焊，材質(zhì)為Q235b。根據(jù)滑梁的支承情況建立Nastran 有限元模型。其中外滑梁最大組合應(yīng)力為107MPa，滿足要求。外滑梁豎向位移為4.9mm，小于規(guī)范要求的12.5mm，滿足要求。

3.2 內(nèi)滑梁

箱梁頂板混凝土及箱梁內(nèi)模、骨架重量通過(guò)內(nèi)滑梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。箱梁頂板部分混凝土面積平均值為2.6m2，塊長(zhǎng)3m，合計(jì)方量為7.8m3，計(jì)算得到箱梁頂板混凝土載荷為202.8kN，另外考慮箱梁內(nèi)模及骨架載荷為31.5kN。考慮荷載組合為298.29kN，此部分荷載組合內(nèi)?；壕€載荷為50kN/m。內(nèi)滑梁結(jié)構(gòu)為雙36b槽鋼組焊，材質(zhì)為Q235b。根據(jù)滑梁的支承情況建立Nastran有限元模型，其中內(nèi)滑梁最大組合應(yīng)力為81MPa，滿足要求。內(nèi)滑梁豎向位移為4.7mm，小于規(guī)范的要求12.5mm，滿足要求。

3.3 混凝土底板下部縱梁

箱梁底板混凝土重量及底模板通過(guò)底縱梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁底板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。箱梁底板部分混凝土面積平均值為4.3m2，塊長(zhǎng)3m，合計(jì)方量12.9m3，計(jì)算得到箱梁底板混凝土載荷為335.4kN，均分到單位面積上為23.9kN/m2，箱梁底模載荷2.5kN/m2?？紤]荷載組合計(jì)算得底板處縱梁上的均布荷載為33kN/m。

底板縱梁結(jié)構(gòu)為工25b 工字鋼，材質(zhì)為Q235b。根據(jù)底板縱梁的支承情況建立有限元Nastran 模型，其中底板縱梁最大組合應(yīng)力為132MPa，小于規(guī)范要求的215MPa，滿足要求。底板縱梁豎向位移為10.1mm，小于規(guī)范要求的12.5mm，滿足要求。

3.4 前后吊掛系統(tǒng)

前后吊桿均采用Φ32 精軋螺紋鋼筋，后吊桿均采用Φ32 精軋螺紋鋼筋，PSB830 精軋螺紋鋼設(shè)計(jì)要求應(yīng)力取750MPa。計(jì)算得吊桿最大組合應(yīng)力為402MPa，小于規(guī)范要求的750MPa，滿足要求。

3.5 主桁菱形架系統(tǒng)

菱形桁架桿件均為40#b 雙槽鋼組焊，材質(zhì)為Q235b。根據(jù)桁菱形架支承情況建立有限元Nastran 模型，計(jì)算得主桁架桿件最大組合應(yīng)力為121MPa，小于規(guī)范要求的215MPa，滿足要求。主桁前上支點(diǎn)豎向位移為12.3mm，小于規(guī)范要求的20.0mm，滿足要求。

4 抗傾覆穩(wěn)定性驗(yàn)算

4.1 掛籃施工狀態(tài)下抗傾覆安全系數(shù)驗(yàn)算

由Nastran分析模型可知后支座反力為1 151kN。錨精軋螺紋鋼設(shè)計(jì)數(shù)量為4，則每根精軋螺紋鋼受力為287kN。Φ32 精軋螺紋鋼筋所受最大應(yīng)力τmax計(jì)算公式如式（1）所示：

式（1）中：Sd為精軋螺紋鋼筋斷面面積；F 為精軋螺紋鋼受力值。

由于精軋螺紋鋼的直徑為4mm，可計(jì)算出精軋螺紋鋼筋斷面面積為804mm2，可求得精軋螺紋鋼筋的最大受力為356MPa。PSB830 精軋螺紋鋼筋設(shè)計(jì)的抗拉應(yīng)力值為750MPa，則抗拉應(yīng)力值與鋼筋所受最大應(yīng)力的比值為750/356≈2.2，大于規(guī)范要求。綜上，施工狀態(tài)下抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

4.2 行走狀態(tài)下抗傾覆驗(yàn)算

菱形架行走狀態(tài)下受力包含以下幾部分：懸掛部分結(jié)構(gòu)自重320kN，模板及施工設(shè)備人員重量為180kN；單片菱形架受力為300kN，后錨反力為366kN；單片菱形架有4個(gè)后錨反扣輪，受力為91.5kN。反扣輪軸直徑為66mm，材質(zhì)為45#鋼調(diào)質(zhì)，受力模型為短懸臂梁。支架反扣輪軸最大剪應(yīng)力τ′max計(jì)算公式如式（2）所示。

式（2）中：S1為后錨反扣輪的面積；F1為反扣輪軸受力值。

由以上公式可計(jì)算出反扣輪軸的最大剪應(yīng)力為32.38MPa，4個(gè)后錨反扣輪的總最大剪應(yīng)力為129.52MPa。因此，取45#鋼最大剪應(yīng)力為100MPa，掛籃行走狀態(tài)下抗傾覆穩(wěn)定性為：100/32.38= 3.09 ≥2。綜上，行走狀態(tài)下抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。

5 結(jié)語(yǔ)

目前國(guó)內(nèi)的超寬變截面矮塔斜拉橋項(xiàng)目比較少，隨著今后城市交通的發(fā)展，交通量日益增大，橋面寬度增大是橋梁發(fā)展的必然趨勢(shì)，隨之帶來(lái)的是超寬橋梁掛籃結(jié)構(gòu)的一系列設(shè)計(jì)與施工問(wèn)題。掛籃結(jié)構(gòu)受力安全是保證懸臂施工的關(guān)鍵。本文依托某大橋連續(xù)剛構(gòu)箱梁懸灌施工項(xiàng)目，通過(guò)Nastran 有限元軟件對(duì)該大橋超寬掛籃進(jìn)行了建模仿真分析， 設(shè)計(jì)計(jì)算工況，確定計(jì)算參數(shù)和計(jì)算荷載；分掛籃澆筑混凝土階段和掛籃空置行走階段，分別進(jìn)行符合結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)的有限元分析，計(jì)算菱形掛籃各部件的最大應(yīng)力和最大變形，并對(duì)強(qiáng)度穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)算，從而得出該大橋連續(xù)剛構(gòu)箱梁懸灌施工菱形掛籃結(jié)構(gòu)滿足承載力的要求，荷載傳送貫通、明晰，掛籃的各承力部件具有充分的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，確保了掛籃結(jié)構(gòu)的可靠性與穩(wěn)定性，有助于提高橋梁工程施工安全性。