三角掛籃預壓及簡化模型數據分析

摘要：本文分析了采用懸灌掛藍施工的預應力混凝土橋梁在掛籃形式上選取了有比較優勢的三角形掛籃。結合云南昭巧路田壩大橋三角掛藍的分級預壓實際數據以及澆筑1#塊實測數據，并建立 MIDAS空間有限元模型，詳細分析了掛籃主桁等的受力和變形情況，并對比作者提出的簡化計算模型數據說明簡化計算模型有一定的實用性。

關鍵詞：連續剛構；懸臂施工；三角掛籃預壓；有限元

中圖分類號：U44文獻標識碼：A

目前，掛籃已向輕型、重載方向發展。其中可以用兩個主要控制指標β，β'來反映掛籃的設計優化與否。設定β=掛籃總重/懸澆節段重量，β'=主承重結構/懸澆節段重量。

β值越低，表示承受節段單位重量使用的掛籃材料越省，整個掛籃（包括模板）設計越合理；β'值越低，表示掛籃主承重構件使用的材料越省，設計越合理。另外，減輕掛籃自重采用的手段除優化結構形式外，最重要的措施是不設平衡重，并改善滑移系統，同時改進力的傳遞系統。

三角形掛籃降低了前橫梁高度，即掛籃重心位置大大降低，從而提高了掛籃走行時的穩定性；其結構簡單，拆裝方便，重量較輕，設計中三角形掛籃主桁架和主要結構體系采用鋼板和型鋼焊制的箱形結構，單件重量較輕，主桁架桿件間采用法蘭結構用高強螺栓連接，易于搬運和拆裝；三角形掛籃平衡重系統利用已成形梁段豎向預應力鋼筋作為后錨點，取消了平衡重的壓重結構；三角掛籃走行采用液壓走行系統，由導梁、走行輪、反扣輪、走行油缸組成，行走系統具有掛籃就位準確、走行速度快、安全可靠等特點；三角掛籃通用性強，稍做改裝即可用于其它幅寬和梁高的橋上。

1掛藍的預壓方案比較

為了檢驗掛籃使用的安全性、檢測并獲取掛籃的彈性變形量、消除其非彈性變形等為掛籃的后續使用提供可靠的技術參數和安全保障措施，也為監控單位發布施工指令提供相應的依據。

掛籃預壓試驗主要有袋裝砂預壓、水箱預壓、千斤頂預壓三種預壓方式：

（1）袋裝砂預壓法

袋裝砂預壓的優點是：對密封性不作要求，也不需要太大的投入。缺點是：裝袋、稱量、拆除的勞動強度大，而且周期長，如遇暴雨天氣，砂吸水可能造成掛籃過荷的安全影響。

（2）水箱預壓法

水箱預壓水箱預壓可利用掛籃底模及腹板外模作為水箱的底、側壁。水箱預壓的優點是：加載、卸載方法簡單，而且準確，容易控制。缺點是：水箱高度超過了根部梁高，而且水箱側壓力相當大；水箱高度很大，對水箱的密封性和水箱側壁的剛度要求很高；同時側壁的空鋼結構焊接量大，危險性大，施工周期長，經濟效益低。

（3）千斤頂預壓法

千斤頂預壓可使用已有的張拉設備，準確、方便，而且安全、經濟，勞動強度低、周期短，而且不受天氣的影響。先期施工的承臺或箱梁都需要設置預壓所需要的反力預埋構件，否則無法進行張拉或頂壓。

2工程實例

2．1工程概況

云南省昭巧路田壩大橋其主橋(60+110+110+60)m采用變截面預應力混凝土連續剛構箱梁，使用總重量約為45T三角形掛藍施工。在考慮了以上幾種預壓方法的可操作性，結合現有的操作條件，利用已有的掛籃預壓數據，決定只對掛籃主桁進行預應力斜拉試驗，以達到掛籃預壓的目的和效果。預壓方案如圖１所示進行分級預壓，實測ZB4-500型千斤頂張拉70T時，實測主桁穩定變形為41.451mm。

圖 1 三角掛藍預壓

圖 2 掛藍受力簡圖

圖2簡化計算簡圖所示掛籃預壓受力位置彎矩：實際受力位置彎矩：即實際受力彎矩是預壓受力彎矩的一半。

2．2MIDAS建立驗算模型

按空間結構建立掛籃澆筑砼1#塊（組合一：混凝土重量＋動力附加荷載＋掛籃自重＋施工人員及機具荷載約140T）主桁內力模型，全部采用梁單元，根據實際工況對部分單元采用了剛性連接和釋放端部約束。MIDAS輸出內力圖如下：

圖3強度驗算軸力圖

圖4強度驗算剪力圖

圖5強度驗算彎矩圖

表1掛籃主桁構件內力計算成果表

主桁縱梁采用［36a槽鋼：

彎應力：

壓應力：

剪應力：

根據MIDAS對掛籃計算成果分析：結構變形累計位移14.642mm。

2．3數據對比分析

田壩大橋6號墩1#塊澆筑完成預應力張拉前實測掛籃變形數據，如下表2所示：

表2 1#塊掛籃實測數據

根據圖2計算主桁實際受力彎矩是預壓受力彎矩的一半，其變形值為預壓變形值的一半20.726mm；對比MIDAS建主桁模型，誤差是6.082mm；再對比表1實測數據分析，誤差是2.726mm；綜合以上得出簡化計算彎矩值推算變形值有較高的實用價值。

結論

1)主桁架預壓法能方便有效的消除非彈性變形，根據簡化受力圖計算彎矩能較準確的得到掛籃變形值。

2)主桁架預壓法缺點是不能驗證掛籃整體強度以及拼裝工藝所帶來的數據誤差。

3) MIDAS軟件計算變形數據與實際預壓數據比較偏小，值得進一步研究。