掛藍(lán)施工有限元模型驗(yàn)算分析

霍智宇　張建偉

【摘 要】掛籃施工技術(shù)主要應(yīng)用在鐵路橋梁懸臂施工，是將梁段每2m至5m劃分為一個(gè)節(jié)段，以掛籃為施工機(jī)具進(jìn)行懸臂對(duì)稱施工，該方法的優(yōu)勢(shì)在于施工機(jī)具構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工效率高。本文對(duì)國(guó)內(nèi)某鐵路橋梁施工掛藍(lán)進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)主要構(gòu)造部位的受力特性進(jìn)行有限元模擬分析。

【關(guān)鍵詞】掛籃施工；鐵路橋梁；有限元

0 前言

掛籃施工又稱為迪威達(dá)克施工方法，是以掛藍(lán)為施工機(jī)具進(jìn)行橋梁懸臂對(duì)稱施工，掛藍(lán)主要結(jié)構(gòu)有主桁架、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、張拉系統(tǒng)及模板系統(tǒng)等組成[1]。具體操作方法為將掛籃錨固在已經(jīng)施工完成的前段結(jié)構(gòu)上，并在掛藍(lán)上進(jìn)行下一個(gè)節(jié)段的模板、鋼筋、預(yù)應(yīng)力管道的鋪設(shè)、灌漿、預(yù)應(yīng)力張拉等等，循環(huán)往復(fù)，直至懸臂結(jié)構(gòu)施工完成[2]。

我國(guó)掛籃的設(shè)計(jì)及制作已全部適應(yīng)懸臂施工向高強(qiáng)、輕型、大跨發(fā)展的需要，從預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)的懸臂施工，掛籃最初是平行桁架式，后來(lái)，逐漸發(fā)展為多樣化，結(jié)構(gòu)越來(lái)越輕型，受力越來(lái)越合理，施工越來(lái)越方便，應(yīng)用也越來(lái)越廣泛[3]。但是，我國(guó)的掛籃制作并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化，掛籃往往是針對(duì)某一座橋梁而設(shè)計(jì)的，橋梁建成以后，掛籃即廢棄，造成材料的浪費(fèi)，因此，掛籃制作的標(biāo)準(zhǔn)化將是我國(guó)掛籃的發(fā)展方向[4]。

1 掛籃機(jī)具有限元計(jì)算

本文以國(guó)內(nèi)某鐵路橋梁掛籃施工為例，選擇橋梁最重節(jié)段進(jìn)行分析，長(zhǎng)度為3m，其中，中支點(diǎn)梁高6.4m。箱梁頂寬為13.4m，底寬為6.9m。頂板厚除梁端附近外均為34cm，頂板厚度為50cm。底板厚由跨中的50cm按半徑為327002mm的圓曲線變化至根部100cm，腹板厚為：50～100cm按折線變化，全梁設(shè)置5道橫隔板[5]。橫隔板厚度為：邊支座處1.40m，中支座處2.5m，中跨跨中1.0m。連續(xù)箱梁節(jié)段劃分為：0#塊9.0m，1#～7#塊3.0m，8#塊～16#塊均為4.0m，合攏段2.0m，形狀如圖1所示。

圖1 橋梁節(jié)段模型示意

1.1 翼緣板及腹板模板支撐計(jì)算

支撐翼緣板與腹板的主要受力構(gòu)件為側(cè)桁架，采用[8槽鋼，側(cè)桁架間隔為2m。將2m節(jié)段內(nèi)翼緣板與腹板的重量等效為荷載加在側(cè)桁架主要受力點(diǎn)上進(jìn)行計(jì)算，有限元驗(yàn)算結(jié)果如圖2所示。

圖2 側(cè)桁架有限元驗(yàn)算

1.1.1 剛度驗(yàn)算

最大撓度為：

2.067mm<=3.85mm

式中，2.067—側(cè)桁架最大撓度（mm）；

l—側(cè)桁架導(dǎo)梁距最大撓度處距離（mm）。

1.1.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

最大應(yīng)力：41MPa<182MPa；

滿足要求。

1.2 底板中部模板支撐計(jì)算

支撐底板的主要受力構(gòu)件為底部桁架，底桁架支撐在底部橫梁上，采用[8槽鋼，有限元驗(yàn)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 底板桁架有限元驗(yàn)算

1.2.1 剛度計(jì)算

底桁架剛度驗(yàn)算如圖所示：

最大撓度在中部：

6mm<=11.25mm

式中，6—底桁架中部撓度（mm）；

4500—底桁架支撐間距；

滿足要求。

1.2.2 最大應(yīng)力：62Mpa<182Mpa

滿足要求。

1.3 菱形桁架支撐計(jì)算

菱形桁架作為掛籃機(jī)具中主要受力部分，采用2×[32c槽鋼，將這一節(jié)段所有荷載包括機(jī)具及橋梁荷載，有限元驗(yàn)算結(jié)果如圖4所示。

圖4 菱形桁架有限元驗(yàn)算

1.3.1 最大撓度在主桁架前端為

8.890mm<20mm

式中，8.890——主桁架前端撓度（mm）；

20—為根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)采用的主桁架前吊點(diǎn)允許撓度（mm）；

滿足要求。

1.3.2 強(qiáng)度驗(yàn)算

最大應(yīng)力：69.4Mpa<140Mpa

滿足要求。

2 結(jié)語(yǔ)

掛籃施工技術(shù)廣泛應(yīng)用在大跨度橋梁懸臂施工過(guò)程中，有著比較豐富的理論基礎(chǔ)及實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，將有限元軟件計(jì)算結(jié)果與實(shí)際施工過(guò)程相結(jié)合，橋梁工程師可以對(duì)施工過(guò)程中結(jié)構(gòu)的受力特性有宏觀的把握。通過(guò)對(duì)掛籃機(jī)具主要的受力構(gòu)件進(jìn)行分析，可以得出目前的掛籃設(shè)計(jì)還是偏于保守，各桿件在設(shè)計(jì)試用期內(nèi)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于材料的容許應(yīng)力值，而且由于各橋梁截面特性可能存在差異的原因，某些掛籃某一階段工作完成之后并不能用于別的工程，會(huì)造成不必要的浪費(fèi)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]孔祥雷.論掛籃施工在土建工程中的高效應(yīng)用[J].江西建材，2016，03：160+166.

[2]梁文軍.連續(xù)箱梁掛籃施工監(jiān)理要點(diǎn)初探[J].山西建筑，2010，07：214-215.

[3]王勝文.掛籃施工技術(shù)在橋梁工程中的應(yīng)用探討[J].江西建材，2014，06：154.

[4]蘇成，陳太聰，韓大建，鄧江.崖門大橋主梁牽索掛籃施工模擬計(jì)算[J].橋梁建設(shè)，2003，01：12-15.

[5]王哲一.鐵路橋梁連續(xù)梁掛籃施工技術(shù)[J].門窗，2015，01：80+85.

[6]李建鵬.橋梁掛籃施工中常見(jiàn)問(wèn)題及預(yù)防措施[J].交通世界（運(yùn)輸車輛），2015，30：62-63.

[責(zé)任編輯：王楠]