橫聯在掛籃中的結構響應模擬分析

王哲

（西安國家民用航天產業基地管理委員會規劃建設局，陜西西安 710100）

橫聯在掛籃中的結構響應模擬分析

王哲

（西安國家民用航天產業基地管理委員會規劃建設局，陜西西安 710100）

結合工程實例，采用MIDAS/Civil軟件分別對有橫聯和無橫聯掛籃進行空間仿真分析，計算其結構內力和穩定性。計算結果表明，兩種掛籃各承重桿件均滿足承載力要求，無橫聯掛籃受力情況與有橫聯掛籃的基本相同，但整體穩定性較差。

橋梁；橫聯；掛籃；承載力；穩定性

預應力連續剛構橋常采用掛籃懸臂澆筑法施工。掛籃形式多樣，構造上亦有差異，通常由承重結構、懸吊系統、走行系統、錨固裝置和工作平臺組成。承重結構是掛籃的主要受力構件，承受施工設備和新澆筑階段砼的全部重量，并通過支點和錨固裝置將荷載傳到已施工完成的梁上。有時為了增強掛籃結構整體穩定性，還需在承重結構上加橫向連接構件。由于每座橋梁的截面尺寸、節段長度和重量不同，掛籃設計時是否采用橫聯構件需根據實際情況進行分析。該文以某在建連續剛構橋掛籃為例，根據掛籃設計資料，利用有限元軟件MIDAS/Civil分別對有、無橫聯掛籃進行建模計算，分析兩種掛籃在承載能力及整體穩定性方面的差別，為工程應用提供參考。

1 工程概況

某剛構橋跨徑布置為84 m+160 m+84 m= 328 m，道路等級為城市主干道Ⅰ級，雙向六車道，設計時速60km/h，全長750 m，橋面寬31.5 m，為雙幅式，單幅梁體寬度15.75 m。

根據設計要求，主梁號塊采用掛籃懸臂施工，主梁合龍順序為先中跨后邊跨。懸臂施工1#～5#塊長3 m，6#～9#塊長3.5 m，10#～20#塊長4 m，中跨合龍段長2 m，邊跨后澆段長4.89 m，左右幅梁體同時施工。主梁部分共設置17個鋼管拱吊桿橫梁，吊桿橫梁與梁體同寬，與梁體同時施工、同時澆筑。主梁左右幅整體施工橋面總寬度達31.5 m，施工難度較大。掛籃結構布置見圖1。

該橋主梁施工采用菱形掛籃，掛籃設計承載能力按照主梁懸臂重量最大的6#塊重量設計。考慮到主梁不設置后澆帶且吊桿橫梁為全橋左右幅連通，掛籃設計為雙幅4只全節段對稱行走，由外伸吊架提拉底平臺，由內外滑梁和滑架承載內外模整體隨主桁架行走。

圖1　掛籃結構布置（單位：mm）

主桁架各主要構件采用雙［40b向內拼接而成，兩片主桁架之間采用雙［18槽鋼桁架橫聯連接；前上橫梁安裝在主桁架橫向兩個前支點上，采用雙I56b組拼而成。模板系統包括底模（底籃）、內模、外模等，主要構件以型材為主，底平臺前下橫梁采用2I56b工字鋼組合，后下橫梁采用2I56b工字鋼組合，腹板處邊縱梁每側用3根I56b，底板處中縱梁用3根I40b，采用［16槽鋼調平中縱梁和邊縱梁間的高差，底模板鋪在縱梁上，外模板和底模板均采用大塊鋼模。

2 結構承載力計算

2.1材料參數

掛籃的精軋螺紋鋼采用PSB830，吊帶主體材料采用Q345，菱形主桁架、桁架橫聯、上橫梁、下前橫梁、下后橫梁、縱梁、滑梁采用Q235。各種材料的強度指標見表1。

表1　掛籃所用材料的強度

2.2荷載計算

由于6#節段總重量最大，計算時按6#節段砼的重量施加在掛籃模型上。6#節段長3.5 m，施工機具及人群荷載1.5 k N/m2，傾倒和振搗砼產生的荷載4 k N/m2，掛籃模板產生的荷載78.5 k N/m2。砼重量與鋼筋重量之和可按砼比重自重Gc=26.5 k N/m3近似。6#節段兩端高度分別為5.59和5.99 m，加強縱梁間腹板寬0.9 m（每邊由邊縱梁承擔），頂板、底板橫向長度為6.95 m，單側翼緣板長度為3.5 m。

在模型中掛籃的菱形主桁架、桁架橫聯、上橫梁、前下橫梁、后下橫梁、底平臺邊縱梁、底平臺邊中縱梁、內滑梁、外滑梁、底平臺人行道邊梁及吊桿、吊帶以自重的形式考慮。施加在模型中的荷載主要為模板荷載、節段荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產生的荷載。

模型中直接承受荷載的構件主要為內滑梁、外滑梁、前下橫梁、底平臺邊縱梁、底平臺中縱梁、底平臺最外側的人行道邊梁（底平臺邊縱梁外側）。其中：1）內滑梁承受的荷載為頂模板荷載、節段頂板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產生的荷載，并以集中荷載的形式布置于內滑梁上；2）外滑梁承受的荷載為外側模板荷載、節段翼緣板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產生的荷載，并以集中荷載的形式布置于外滑梁上；3）前下橫梁及底平臺最外側的人行道邊梁承受的荷載為施工機具及人群荷載，以均布荷載的形式布置于梁上；4）底平臺邊縱梁承受的荷載為內側豎向模板及部分底模板荷載、節段腹板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產生的荷載，節段腹板荷載以梯形荷載的形式布置于底平臺邊縱梁上，其余以均布荷載形式布置；5）底平臺中縱梁承受的荷載為底模板荷載、節段底板荷載、施工機具及人群荷載、傾倒和振搗砼產生的荷載，均以均布荷載的形式布置于5根底平臺中縱梁上。

模型中主桁架構件連接處的鋼板以節點荷載的形式施加，如圖1所示，A點荷載為724.5kg，B點荷載為312.4kg，C點荷載為386.8kg，D點荷載為604.95kg。

6#節段狀態下掛籃的自重由程序自動計算，主要承受的荷載取值見表2。

表2　6#節段狀態下掛籃荷載取值

2.3計算模型

采用有限元軟件MIDAS/Civil 2012進行計算。采用整體模型，施加荷載時同時考慮模板荷載、節段荷載、機具及人群荷載、傾倒和振搗砼的荷載，以計算結構最不利受力情況。計算模型見圖2。

2.4計算結果

通過對有、無橫聯掛籃進行計算，得到掛籃主要構件最大內力和應力。主桁架除上橫梁外的桿件均為拉壓桿件，軸力以受壓為負、受拉為正，彎矩以截面下緣受拉為正、受壓為負，應力受拉為正、受壓為負。掛籃內力計算結果見表3。

圖2　掛籃計算模型

表3　菱形掛籃主要結構內力

3 掛籃整體穩定性分析

對掛籃的整體穩定性進行分析，求得特征值和特征向量。特征值就是屈曲因子，特征向量是對應于臨界荷載的屈曲模態。對有、無橫聯的掛籃進行穩定性分析，得到有橫聯掛籃前三階失穩特征值分別為5.41、6.33、6.73（見圖3），無橫聯掛籃前三階失穩特征值分別為4.24、5.07、5.51（見圖4）。

圖3　有橫聯掛籃的屈曲模態

圖4　無橫聯掛籃的屈曲模態

4 結論

（1）有橫聯掛籃和無橫聯掛籃主要構件的應力均小于允許值，表明掛籃受力滿足要求；由于橫聯自重的影響，有橫聯掛籃主桁架的內力及應力略大于無橫聯掛籃，其余構件內力及應力并無差異，說明有、無橫聯對掛籃的受力并無太大影響。

（2）有橫聯掛籃的前三階屈曲失穩特征值均大于無橫聯掛籃，增大約1.2，表明有橫聯掛籃承受的極限荷載比無橫聯掛籃大，橫聯對提高掛籃整體穩定性有很大作用。

（3）橫聯對掛籃承載能力影響較小，但為增強結構的穩定性，建議在設計和施工時增加橫向聯系。

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