杜岳濤

陜西省鐵路投資（集團(tuán)）有限公司 陜西 西安 710199

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 工程概況

某橋梁工程在其橋梁工程建設(shè)施工中，由于該橋梁工程的施工環(huán)境十分復(fù)雜，因此需要設(shè)計(jì)人員在結(jié)合其施工環(huán)境的基礎(chǔ)上，對(duì)其工程施工掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。某橋梁工程建設(shè)中的掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是基于對(duì)該橋梁工程施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行分析和研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，該橋梁工程在實(shí)際建設(shè)施工中采用懸臂澆筑法對(duì)該橋梁工程進(jìn)行施工。在掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算中，其主要包括主梁、掛籃及模板等部分。首先是主梁結(jié)構(gòu)，其主要包括底板、頂板、翼板和腹板等部分；其次是掛籃結(jié)構(gòu)，其主要包括前橫梁、底縱梁、后橫梁以及底縱梁和腹板梁等部分；最后是模板，其主要包括前后橫梁以及模板支承架等部分。在對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算中，由于該橋梁工程是一座獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，因此掛籃整體結(jié)構(gòu)的受力狀況十分復(fù)雜。在對(duì)該掛籃整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，主要按照主梁長度、掛籃長度和懸臂長度這三種因素進(jìn)行掛籃整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。同時(shí)對(duì)于掛籃整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算要點(diǎn)進(jìn)行分析和總結(jié)：在對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，其計(jì)算要點(diǎn)為：①掛籃整體結(jié)構(gòu)的受力分析；②對(duì)掛籃各桁條受力情況進(jìn)行分析；③對(duì)各桁條桿件應(yīng)力和變形情況進(jìn)行分析；④對(duì)掛籃桿件內(nèi)力進(jìn)行計(jì)算。

1.1 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，其主要采用MIDASCivil軟件對(duì)掛籃整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)掛籃懸臂長度這一因素來確定掛籃的主梁部分，進(jìn)而有效確保整個(gè)掛籃的整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度達(dá)到要求。同時(shí)在此基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)掛籃的荷載情況來確定掛籃的主桁條高度，并通過相應(yīng)的計(jì)算公式來對(duì)主桁條高度進(jìn)行確定。同時(shí)，需要根據(jù)主桁條高度來確定其橫隔板的設(shè)置情況。在對(duì)掛籃主梁進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，其主要是通過下弦桿與上弦桿來實(shí)現(xiàn)對(duì)掛籃主梁的承載作用。在此基礎(chǔ)上，還需要根據(jù)掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條桿件所承擔(dān)的重量及所受荷載情況來確定其配重情況。

1.2 掛籃桿件內(nèi)力計(jì)算

在對(duì)該橋梁工程掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以采用等效簡化的方法，即通過簡化掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條桿件的形狀和尺寸來實(shí)現(xiàn)對(duì)該橋梁工程掛籃桿件內(nèi)力計(jì)算的。在等效簡化方法中，主要是將掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條及掛籃結(jié)構(gòu)中的底縱梁、前橫梁、后橫梁以及底縱梁和腹板梁等部分簡化為桿系模型，其主要考慮以下三種因素：①將掛籃整體結(jié)構(gòu)中各桁條和掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條與主梁連接部位作為整體進(jìn)行分析計(jì)算，因?yàn)樵摌蛄汗こ讨?，其主梁高度和跨度存在差異。同時(shí)由于該橋梁工程主梁的高度在12.000m～19.000m之間，因此掛籃桿件之間的距離并不是十分固定，因此需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。②通過將掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條及掛籃結(jié)構(gòu)中各桁條與主梁連接部位作為整體進(jìn)行分析計(jì)算，該橋梁工程中的主桁條桿件間距離為13.000m～19.000m之間，因此需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算。③根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，如果將該橋梁工程的主梁高度在12.000m～19.000m之間進(jìn)行考慮，那么其最大撓度會(huì)出現(xiàn)在掛籃結(jié)構(gòu)最上方位置。由于該橋梁工程屬于獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，因此其受力狀態(tài)十分復(fù)雜，因此需要對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究。

表1 掛籃縱、橫梁計(jì)算

首先是主梁結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的布置，預(yù)應(yīng)力布置時(shí)需要結(jié)合主梁結(jié)構(gòu)中各節(jié)點(diǎn)之間的距離和位置進(jìn)行確定。該橋梁工程在實(shí)際建設(shè)施工中，需要對(duì)其掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，其中主梁長度為15.8m，主梁長度為15m和12m兩種。同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在對(duì)該橋梁工程進(jìn)行施工設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)掛籃懸臂長度進(jìn)行適當(dāng)增加。其次是掛籃結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力的布置，在對(duì)其掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，其預(yù)應(yīng)力布置需要結(jié)合主梁長度及懸臂長度這兩種因素進(jìn)行確定。同時(shí)根據(jù)相關(guān)規(guī)定，在對(duì)其掛籃結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力布置時(shí)，需要確保預(yù)應(yīng)力的間距值在25m左右。最后是主梁中預(yù)應(yīng)力的張拉問題，預(yù)應(yīng)力張拉問題主要是針對(duì)主梁中的縱向預(yù)應(yīng)力施加問題進(jìn)行研究和探討。在該橋梁工程建設(shè)施工中需要設(shè)計(jì)人員對(duì)主梁中縱向預(yù)應(yīng)力施加方案進(jìn)行確定[1]。

2 掛籃結(jié)構(gòu)分析

橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算主要是對(duì)掛籃進(jìn)行受力分析，而受力分析的基礎(chǔ)則是掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。對(duì)于掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性而言，其主要指的是掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中能夠根據(jù)荷載進(jìn)行合理受力，從而保證掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性與可靠性。通過對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，掛籃結(jié)構(gòu)屬于懸臂式連續(xù)梁橋，其懸臂長度為35m，而懸臂施工一般采取掛籃懸臂澆筑法施工，在該工程施工中需要考慮到很多方面因素的影響，如：混凝土強(qiáng)度、溫度以及施工荷載等，因此在對(duì)其進(jìn)行分析時(shí)必須要全面考慮到各種因素對(duì)于掛籃結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生的影響，確保掛籃結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性與可靠性，從而為橋梁工程建設(shè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2.1 掛籃重量

掛籃結(jié)構(gòu)重量是影響掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性的重要因素，其中，重量與掛籃結(jié)構(gòu)受力大小之間具有直接的關(guān)系，當(dāng)掛籃結(jié)構(gòu)的重量越小時(shí)，其所承受的荷載就會(huì)越小。由于在進(jìn)行掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，并不是所有因素都會(huì)對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生影響，如：掛籃重量、材料性能、施工方式以及施工工藝等都會(huì)對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的受力產(chǎn)生直接影響。因此在掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須要結(jié)合掛籃結(jié)構(gòu)受力大小對(duì)其進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，只有這樣才能保證掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足橋梁工程施工需求。另外，在對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算時(shí)必須要全面考慮到各種因素所帶來的影響，其中主要包括：溫度變化、混凝土澆筑以及荷載作用等，從而確保掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠滿足施工需求。

2.2 荷載類型

通過對(duì)橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)分析可知，橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算所考慮的荷載主要有三種，即：施工人員重量、施工材料重量以及模板重量。在實(shí)際操作中，施工人員的重量可以通過承重的方式直接施加到掛籃結(jié)構(gòu)上，而材料重量可以通過移動(dòng)、拖拉等方式間接施加到掛籃結(jié)構(gòu)上，因此在對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)必須要全面考慮到三種不同形式的荷載。通過對(duì)橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算的研究可知，對(duì)于三種不同類型的荷載而言，其受力方式存在著一定區(qū)別。如：施工材料重量主要是通過移動(dòng)、拖拉等方式施加到掛籃上，而模板重量則是通過移動(dòng)籃結(jié)構(gòu)上。因此在對(duì)橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)必須要全面考慮到三種不同類型的荷載，只有這樣才能確保橋梁工程建設(shè)中掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算具有較高的可靠性與合理性[2]。

3 掛籃的設(shè)計(jì)和計(jì)算

3.1 懸吊系統(tǒng)

懸吊系統(tǒng)是掛籃結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵組成部分，對(duì)于懸吊系統(tǒng)而言，主要分為主吊桿和橫梁兩個(gè)部分。主吊桿和橫梁由銷軸連接，而主吊桿與橫梁之間則采用高強(qiáng)螺栓連接。在設(shè)計(jì)過程中，為了增強(qiáng)掛籃的剛度，提高掛籃的穩(wěn)定性和安全性，通常會(huì)采用高強(qiáng)螺栓來對(duì)其進(jìn)行連接，同時(shí)對(duì)于掛籃上的錨具也進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)，使其更加適合于錨固在混凝土中。根據(jù)本例工程的實(shí)際情況來看，由于該橋梁工程在施工過程中采用的是掛籃施工法進(jìn)行橋梁施工，因此，在進(jìn)行懸吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到掛籃施工過程中懸臂段橫向移動(dòng)時(shí)可能產(chǎn)生的拉力對(duì)掛籃梁上的錨具的影響。因此在進(jìn)行懸吊系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)錨具進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在本次研究中采用了一種新型錨固結(jié)構(gòu)形式來替代傳統(tǒng)錨固結(jié)構(gòu)形式，該錨固結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：上錨頭和下錨頭。上錨頭主要采用優(yōu)質(zhì)螺栓與下錨頭連接形成整體；下錨頭主要采用高強(qiáng)螺栓與下錨頭連接形成整體。由于上、下錨頭之間不需要接觸摩擦，因此其受力更加合理可靠。

3.2 模板系統(tǒng)

（1）模板系統(tǒng)是掛籃的重要組成部分，在其設(shè)計(jì)過程中要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)底模和內(nèi)模進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中底模的設(shè)計(jì)是在底模內(nèi)肋的基礎(chǔ)上進(jìn)行，為了方便施工，在內(nèi)肋中設(shè)置了幾道縱梁；而模板的設(shè)計(jì)則是在模板內(nèi)肋外肋上進(jìn)行，為了保證模板具有足夠的強(qiáng)度和剛度，在模板外側(cè)肋板上設(shè)置了縱梁，通過對(duì)縱梁的使用，保證模板具有足夠的剛度。（2）內(nèi)模主要是指在主桁架的腹板下設(shè)置的模板。內(nèi)模與底模內(nèi)肋之間通過一定方式進(jìn)行連接，保證連接方式的合理設(shè)計(jì)。（3）本例中所采用的模板系統(tǒng)采用可拆式薄壁型鋼加工而成，模板內(nèi)側(cè)腹板設(shè)置了若干縱梁，的間距為450mm。為了保證在混凝土澆筑過程中可以有效進(jìn)行施工作業(yè)，在澆筑前將該部分腹板澆筑完成。（4）在本例中所使用的模板系統(tǒng)為一套組合式模板系統(tǒng)，該系統(tǒng)由底模、內(nèi)模以及外模三部分組成。其中內(nèi)模是指在底模之上設(shè)置內(nèi)肋。通過對(duì)內(nèi)肋進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)可以有效提高混凝土澆筑作業(yè)效率。（5）模板系統(tǒng)中設(shè)置有一道縱梁和兩道橫梁，其作用在于為箱梁提供橫向支撐。為了保障施工安全和施工效率，在混凝土澆筑過程中要保證內(nèi)肋與外肋板之間保持一定的間隙。（6）為了保證混凝土澆筑作業(yè)順利進(jìn)行，需要設(shè)置側(cè)模。為了有效降低對(duì)腹板的壓力和降低對(duì)斜腹板的壓力，需要將側(cè)模設(shè)置為斜腹板形式；為了滿足施工要求，需要對(duì)底模內(nèi)肋進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。

3.3 底模系統(tǒng)

（1）對(duì)于底模系統(tǒng)而言，其主要作用是對(duì)錨固于箱梁內(nèi)的掛籃進(jìn)行支撐，根據(jù)掛籃結(jié)構(gòu)所采用的模板系統(tǒng)和懸吊系統(tǒng)計(jì)算結(jié)果可知，懸吊系統(tǒng)所承受的最大荷載為128.74kN，錨固于箱梁內(nèi)的底模系統(tǒng)承受的最大荷載為181.21kN，在底模系統(tǒng)中最大壓力值為129.76kN。（2）在本例中采用MIDAS軟件進(jìn)行建模分析，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，本例中主要計(jì)算點(diǎn)的應(yīng)力和位移變化情況：底模系統(tǒng)底部錨固點(diǎn)的最大應(yīng)力為136.95MPa，其位移量為9.83mm。在進(jìn)行分析時(shí)要考慮到錨固點(diǎn)的剪力和彎矩。（3）對(duì)于本例而言，通過分析發(fā)現(xiàn)在掛籃結(jié)構(gòu)中錨固系統(tǒng)所承受的最大壓力值為174.03kN，最大壓力值出現(xiàn)在內(nèi)模與底模之間，錨固系統(tǒng)所承受的最大壓力值為153.84kN，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要將錨固系統(tǒng)作為一個(gè)重點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.4 錨固及銷軸驗(yàn)算

在進(jìn)行錨固力計(jì)算時(shí)，斜拉錨固的結(jié)構(gòu)應(yīng)力主要包括主桁架梁、橫梁、腹板和斜拉索。其中在主桁架梁部分，其應(yīng)力主要集中于主梁中下部和兩個(gè)邊橫梁之間；在橫梁部分，其應(yīng)力主要集中在兩根主梁之間的斜拉索上；在腹板部位，其應(yīng)力主要集中在主桁架梁的中部位置。通過對(duì)以上各點(diǎn)進(jìn)行分析計(jì)算后可以得出結(jié)論：本例中的錨固系統(tǒng)能夠滿足實(shí)際施工要求。在施工過程中需要對(duì)錨固力進(jìn)行計(jì)算，其中要根據(jù)實(shí)際情況對(duì)主桁架梁、橫梁以及斜拉索的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行選擇，在選取節(jié)點(diǎn)時(shí)要保證其可靠和穩(wěn)定，并且要使結(jié)構(gòu)具有良好的剛度，這樣可以有效保證掛籃的穩(wěn)定性[3]。

4 掛籃拼裝

（1）掛籃拼裝應(yīng)在模板、主梁及模板等全部安裝完成后進(jìn)行。首先將底模板支承在基礎(chǔ)上，然后再將底模用螺栓連接在底模上，再將上、下橫梁及主梁與底模焊接。當(dāng)焊接完成后，應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)存在問題，應(yīng)立即進(jìn)行處理。（2）拼裝完成后，必須對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓，預(yù)壓時(shí)將主梁前、后橫梁、底模等全部預(yù)壓荷載施加到掛籃上，檢查掛籃的各部件是否有異常情況。如發(fā)現(xiàn)問題必須立即處理。（3）在主梁安裝時(shí)，應(yīng)根據(jù)圖紙要求選擇合適的節(jié)段長度，在安裝過程中應(yīng)先安裝頂板和底板，然后再安裝側(cè)板。

4.1 掛籃的安裝

（1）安裝前、后橫梁。掛籃底模板安裝完畢后，應(yīng)對(duì)底模進(jìn)行檢查，其尺寸應(yīng)符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。掛籃的上、下橫梁均采用Φ32精軋螺紋鋼制作，經(jīng)預(yù)埋螺栓連接固定在模板上，以保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。由于掛籃的側(cè)模采用型鋼制作，為了方便安裝，側(cè)模主框架在模板外側(cè)與模板連接后再與模板相連；將底模與底模連接在一起后再安裝前、后橫梁，然后將上、下橫梁用螺栓連接在底模。（2）安裝底模并調(diào)整標(biāo)高。先將底模整體校正到設(shè)計(jì)標(biāo)高后再把底模往上移，用螺栓將底模與模板連接在一起。（3）安裝腹板模板，必須按圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求進(jìn)行加工和安裝，保證其平整、光潔并能承受梁的自重及其他施工荷載；腹板側(cè)板也同樣采用精軋螺紋鋼制作，經(jīng)預(yù)埋螺栓與側(cè)板連接。

4.2 掛籃預(yù)壓試驗(yàn)

（1）掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的主要目的是為了保證掛籃的安全性，使掛籃的各個(gè)部位的承載能力符合設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)荷載選取主要以混凝土的最大壓力作為主要荷載，通過對(duì)各關(guān)鍵部位進(jìn)行測(cè)量，在確定無異常后，對(duì)掛籃進(jìn)行卸載。（2）對(duì)預(yù)壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，并對(duì)整個(gè)掛籃進(jìn)行全面分析，使掛籃的實(shí)際承載能力滿足設(shè)計(jì)要求。（3）當(dāng)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)與設(shè)計(jì)值存在一定偏差時(shí)，應(yīng)根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)來調(diào)整預(yù)壓壓力，使實(shí)際掛籃承載力和設(shè)計(jì)荷載基本相符。（4）在掛籃預(yù)壓過程中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求進(jìn)行操作，以確保整個(gè)掛籃安全可靠。（5）預(yù)壓結(jié)束后，應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行全面檢查，確保所有結(jié)構(gòu)安全可靠。

5 結(jié)束語

綜上所述，本文通過對(duì)某橋梁工程掛籃整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行研究，對(duì)掛籃整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)分析。首先，從掛籃設(shè)計(jì)的基本要求入手，明確了掛籃整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)，為掛籃整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算提供了依據(jù)。其次，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對(duì)掛籃整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，通過對(duì)該工程的掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算分析可知，該工程掛籃整體結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計(jì)要求。最后本文根據(jù)工程實(shí)際情況，提出了相應(yīng)的掛籃設(shè)計(jì)質(zhì)量控制措施，確保了該工程掛籃施工的安全性與穩(wěn)定性。通過本文的研究，有助于進(jìn)一步提高橋梁工程掛籃整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平，提升其計(jì)算的準(zhǔn)確性和可靠性。