跨電氣化鐵路干線連續梁橋懸臂施工掛籃整體受力狀態分析

劉元烈，趙鵬，任博文

(陜西高速集團西潼改擴建項目管理處，陜西渭南 741000)

跨電氣化鐵路干線連續梁橋懸臂施工掛籃整體受力狀態分析

劉元烈，趙鵬，任博文

(陜西高速集團西潼改擴建項目管理處，陜西渭南 741000)

某跨越高壓電氣化鐵路干線的預應力混凝土連續梁橋采用懸臂澆筑法施工，其掛籃的安全性必須得到保證。本文通過空間有限元分析及預壓試驗，分別對掛籃設計狀態受力的安全儲備和使用時受力狀態的安全儲備進行了復核和檢驗。

菱形掛籃 懸臂施工 連續梁 高壓電氣化鐵路

1 工程概況

連霍高速公路某連續梁橋跨越高壓電氣化鐵路干線，為了達到公路橋梁上部結構施工與鐵路正常運營互不干擾，決定主梁采用懸臂澆筑法施工。對施工掛籃的具體要求有①施工掛籃應具有足夠的強度、剛度及穩定性，保證結構施工安全;②施工過程中掛籃變形不宜過大，不得侵入鐵路限界;③通常主梁合龍段處于鐵路線路上方，為了確保施工安全，掛籃應在合龍段施工后倒退至安全限界外方可拆除;④掛籃施工應有完備的安全防護措施，包括防水、防火、防風、防電、防墜落等。

根據本橋實際情況，選擇菱形掛籃進行施工，其構造簡單、受力合理、作業面開闊、無平衡重走行、構造自錨可靠，施工方便。本橋施工菱形掛籃由主桁承重系、底籃、懸吊系統、錨固系統、行走系統、平臺系統及模板系統等部分組成(見圖1)。掛籃總重(含防護系統)按960 kN計，最大設計承載混凝土重量為1 990 kN。

2 掛籃受力空間分析

為了保證掛籃施工期間的結構安全，確保掛籃的強度、剛度及穩定性滿足施工要求，設計計算應包括①掛籃主桁在混凝土澆筑時的強度、剛度和穩定性;②掛籃底籃、懸吊系統和錨固系統在混凝土澆筑時的強度和剛度;③掛籃空載走行階段的抗傾覆穩定性;④掛籃后退階段前后橫梁的強度和剛度。

圖1 菱形掛籃構造示意

結構計算采用桿單元和板單元建立空間桿系有限元模型，其中主桁桿件、橫聯、底籃縱橫梁、縱向滑梁均采用梁單元，吊桿、吊帶采用只受拉桿單元，底籃模板采用板單元來模擬(圖2)。根據主梁節段劃分情況，分別取節段最重的2號塊和分段最長的8號塊進行荷載分析，取其最不利荷載進行結構計算，計算結果見表1。

計算結果表明，在主梁混凝土澆筑及走行階段，掛籃構件應力安全儲備系數均>2.0，主桁前吊點最大位移14 mm，掛籃構件強度和整體剛度均滿足規范要求，并有一定的富余度，有利于施工中對結構線形進行控制，保證施工質量。

后退階段掛籃前橫梁計算跨徑變大，橫梁截面計算最大應力96.08 MPa，對應豎向最大位移4.42 cm，安全儲備系數1.96，結構受力和變形均滿足施工要求。

圖2 結構計算空間桿系模型示意

表1 掛籃驗算結果一覽

3 掛籃預壓試驗

在掛籃正式使用前應進行預壓試驗，可實現①檢查掛籃設計、加工及安裝質量，消除結構非彈性變形(銷孔壓縮變形);②測定各種工況條件下彈性變形及非彈性變形，為懸澆節段箱梁立模高程提供依據;③試驗檢測相關參數，為今后類似項目或進一步優化掛籃設計提供參考數據。

3.1 加載試驗步驟

經綜合比較，本次掛籃預壓試驗采用混凝土試塊作為試驗荷載。

本次試驗最大荷載為最大懸澆節段結構荷載的120%，大小樁號兩側掛籃對稱同步加載，兩側加載荷載總重4 760 kN。試驗荷載采用施工單位自制的混凝土試塊，將其均勻地吊至底模上，采用分級加載方式對掛籃進行加載和檢測。單側掛籃加載共分5級進行，荷載分級為0→25%額定荷載→50%額定荷載→80%額定荷載→100%額定荷載→120%額定荷載→持荷12 h→卸載。

3.2 試驗結果

本橋施工掛籃實測結果顯示:在加載至最大塊段額定荷載時，掛籃的彈性變形為17.9 mm，塑性變形量為11.0 mm，總變形量28.9 mm;加載初期的塑性變形較大，加載到一定程度變形呈線性增長，表示塑性變形已消除。在試驗過程中桿件和焊縫無異常變形和開裂現象出現。掛籃主桁桿件實測應力小于理論計算值，具有一定的安全儲備。

4 結語

通過建立空間桿系有限元模型，分析了結構受力的合理性和對施工的適用性，并通過預壓試驗驗證了結構受力和變形均滿足施工的要求。確保了掛籃在跨鐵路施工中的受力安全性。

［1］王武勤.PC橋梁懸臂灌注施工掛籃的發展［J］.橋梁建設，1997(4):55-57.

［2］徐君蘭，項海帆.大跨度橋梁施工控制［M］.北京:人民交通出版社，2000.

［3］周桂梅.連續梁橋懸臂澆筑法施工線形控制技術［J］.鐵道建筑，2008(5):40-42.

U445.466

B

1003-1995(2011)02-0050-02

2010-08-25;

2010-11-20

劉元烈(1966—)，男，陜西渭南人，高級工程師。

(責任審編 王紅)