跨寨根滬陜特大橋連續梁掛籃設計與探討

熊高明，肖海濤

(中國水利水電第七工程局有限公司成水公司，四川 成都 610225)

1 引 言

跨寨根滬陜特大橋連續梁上部結構為(48+80+48)m預應力混凝土連續梁，橋面寬12.2 m，連續梁位于i=5.5‰縱坡上，連續梁部分平曲線設計位于緩和曲線上，部分梁段位于直線段上。下部為滬陜高速公路，為確保施工期間省道正常通車，采用懸臂法施工，掛籃是連續梁施工中重要承重構件，結構的安全直接影響下部滬陜高速公路的行車安全。有針對性的進行掛藍方案的設計、檢算，可有效避免掛藍結構失穩發生安全事故，確保施工期間滬陜高速公路的通車安全具有重要意義。

2 工程概況

寨根滬陜高速特大橋位于河南省南陽市西峽縣境內，跨越滬陜高速，橋梁全長1 186.035 m。全橋孔跨布置為：28～32 m簡支T梁+1-24 m簡支T梁+1-(48+80+48)m連續梁+2-24 m簡支T梁。其中(48+80+48)m連續梁全長177.5 m。跨越滬陜高速連續梁采用掛籃懸灌法施工；連續梁采用C50混凝土。

3 掛藍設計

3.1 掛藍設計

本連續梁施工用掛籃采用三角掛籃型式，由主桁架、底模平臺、模板系統、懸吊系統、錨固系統及走行系統六大部分組成。

(1)主桁架

主桁架是掛籃的主要受力結構。由2榀三角形主桁架、橫向聯結系組成。2榀主桁架中心間距為5.5 m，高4.2 m，每榀桁架節點間距為5 m，總長11.6 m。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構式，節點采用承壓型高強螺栓聯結。橫向聯結系設于兩榀主桁架的豎桿上，其作用是保證主桁架的橫向穩定。

(2)底模平臺

底模平臺直接承受梁段混凝土重量，并為立模，鋼筋綁扎，混凝土澆筑等工序提供操作場地。其由底模板、縱梁、橫向分配梁和前后托梁組成。底模板采用厚5 mm鋼板；其中縱梁采用I32b工字鋼，橫向分配梁采用槽鋼[10間距30 cm。前后托梁中心距為4.5 m，縱梁與托梁采用點焊聯接。

(3)模板系統

外側模的模板采用大塊鋼模板拼組，內模采用組合鋼模板拼組。外模板長度為4.1 m。

(4)懸吊系統

懸吊系統用于懸吊底模平臺、外模和內模。并將底模平臺、外模、內模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷載傳遞到主構架和已成梁段上。

(5)錨固系統

錨固采用標準的精扎螺紋鋼筋錨具，并根據需要增加一塊厚20 mm的墊板。下錨在斜坡上，應加工同坡度的鋼楔子墊平。

(6)走行系統

支座與三角支架牢固地焊成整體。行走時，主桁后錨梁錨固筋、底模后吊桿、內外滑梁后吊桿均需拆去。行走時主桁后錨利用豎向預應力鋼筋與軌道錨緊，后支座鉤板鉤住軌道不使傾覆；底模后吊由掛籃頂端中部移籃橫梁兩端懸吊的鋼絲繩及手動葫蘆承擔；內外滑梁的后吊由吊架承擔。頂稿座子與軌道、液壓頂稿與支座均采用銷子連接。行走軌道配制長度：3+3+3+1+1+0.5+0.5=12 m。

3.2 荷載分布及計算

(1)荷載取值

①混凝土容重:2 600 KN/m3；②混凝土超載系數:1.05；③鋼材容重:78.5 KN/m3；④施工人員、材料、機具荷載:1.0 KN/m2，按梁段頂面積計算；⑤梁段長度：3 m；⑥梁段重量：1 147 KN；⑦主構架前節點最大下撓值：<20 mm；⑧前上橫梁、走行梁、底模平臺橫梁和縱梁剛度：支撐計算跨徑的1/400；⑨澆注混凝土時的動力沖擊系數：1.25；⑩空載走行時的沖擊系數：1.3；澆注混凝土和掛籃走行時的抗傾覆穩定系數：1.5；澆注混凝土時的動力沖擊系數：1.25。

(2)計算工況

根據梁段長度、重量、梁高等參數，設計時按以下三種工況進行計算。

①荷載組合Ⅰ：混凝土自重+動力附加荷載+掛籃自重+人群和施工機具重(計算強度)。

②荷載組合Ⅱ：混凝土自重+掛籃自重+人群和施工機具重(計算剛度)。

③荷載組合Ⅲ：掛籃自重+沖擊附加荷載+風載(計算行走)。

(3)作用于掛籃的荷載

①掛籃載荷(鋼結構自重載荷)G1。

②箱梁(A1段)G1：G=1 447 KN，考慮超載和動力沖擊，最大計算重量為G1=1 447×1.15=1 664 KN

其中，翼板(g2)=91.35 KN(單邊)；頂板(g6)=307.85 KN；腹板(g8)=329.3 KN(單邊)；底板(g1)=514.85 KN。

合計：∑Gi=182.7+307.85+658.6+514.85=1 664 KN

③載荷分配。

a掛籃底板載荷：底板重量(g1)

b腹板載荷(加在掛籃底板梁腹板處的載荷)

c外滑梁載荷

翼板重量(g2)+外側模板重量(g3)

其中，外側模板重量按14 KN/m2計算，即：w=14 KN/m2×42.4 m2=59.2 KN

(模板面積為A=42.3 m2)，因此，翼板處一邊的總重量為：W=g1+g2=91.35+59.2=150.55 KN。

按3∶5的比例分配給內外側滑梁，內側外滑梁的線載荷為

頂板重量(g6)+內模板重量(g7)，其中，內模板重w=14×(4.2×4.7)=27.64 KN

所以，內滑梁的線載荷為：

e.附加動力載荷(g4)：

g4=2 KN/m2

f.人員與機具載荷(g5)：

g5=2.5 kn/m2

g.沖擊載荷(g9):

沖擊載荷取0.3倍掛籃自重并按自重施加。

h.風載荷(g10):

按橋梁所在地區常年風壓，取650 Pa，即0.65 KN/m2，加載在底籃上。

3.3 掛籃模型及計算

采用有限元軟件MIDAS/CIVIL建立其計算模型，按允許應力法進行檢算。計算模型全部采用梁單元，主桁架考慮節點次彎矩。為使模型簡潔，便于計算結果分析，混凝土的重量大部份落在掛籃底籃上，并通過吊帶傳到前上橫梁，再通過前橫梁傳到掛籃的主桁架上。因此，底籃受的主要載荷由腹板重量、底板重量、附加動力載荷和人員與機具載荷組合。翼板與外模板的重量則由外滑梁支承，頂板和內模板的重量由內滑梁來承受。掛籃建模如下圖：

(1)掛籃的總體變形

掛籃的最大位移為：最大位移大于20 mm，超過規定要求。但從圖中可以看到，最大位移由于內滑梁尾部引起的，對結構影響不大，掛藍主體結構剛度滿足要求。

(2)后托梁的受力分析

①最大位移

②最大抗彎應力

軟件計算得后托梁的最大應力為fmax=47.9 MPa<[σ]=135 MPa，后托梁能滿足抗彎要求。

③后托梁的最大剪應力

軟件計算得后托梁的剪應力為：τmax=15.6 MPa<[τ]=80 MPa后托梁的抗剪強度足夠。

(3)前托梁的受力分析

①前托梁的剛度

軟件計算得前托梁的最大位移為：fmax=17.6 mm<[f]=30 mm，所以，前托梁能滿足剛度要求。

②前托梁的抗彎應力

軟件計算得前托梁的最大應力為：σmax=24 MPa<[σ]=135 MPa前托梁滿足抗彎要求。

③前托梁的剪應力

軟件計算得前托梁的最大剪力為：τmax=9.7 MPa<[τ]=80 MPa前托梁抗剪符合要求。

(4)前上橫梁的受力計算

①前上橫梁的最大位移

軟件計算得前上橫梁的最大位移為：fmax=11.3 mm<[f]=30 mm可見前上橫梁剛度足夠。

②前上橫梁的抗彎應力

軟件計算得前上橫梁的抗彎應力力為：σmax=31.1 MPa<[σ]=135 MPa足見梁的抗彎強度滿足要求。

③前上橫梁的抗剪應力

軟件計算得梁的最大剪應力為：τmax=11.3 MPa<[τ]=80 MPa，梁的抗剪能力足夠。

(5)主桁架的受力分析

①主桁架的前端位移

②主桁架的抗彎應力

軟件計算得主桁架應力最大發生在后斜拉桿上，數值為σmax=48.5 MPa<[σ]=135 MPa可見，主桁架的抗彎能力足夠。

③主桁架的剪應力

軟件計算得主桁架的最大剪應力發生在前端，其值為：所以，主桁架的抗剪滿足要求。

④主桁架立柱的軸力和穩定性

軟件計算分析得，立柱的最大軸力為Nmax=500.6 KN雙拼槽鋼的截面特性為：

A=68.11×2=136.22 cm2=1.36×104mm2

I=12 700×2=25 400 cm4=2.54×103mm4

由于：

可知，立柱的穩定性足夠。

(6)底籃縱梁的受力分析

①縱梁的最大位移

桿件剛度不足，采用I32b工字鋼滿足要求。

②縱梁的抗彎應力

軟件計算得縱梁的最大應力為：σmax=58.1 MPa<[σ]=135 MPa，縱梁抗彎滿足要求。

③縱梁的剪應力

軟件計算得縱梁的最大剪應力力為：τmax=10.2 MPa<[τ]=80 MPa，可見縱梁的抗剪能力足夠。

(7)底籃橫向分配梁的受力分析

①分配梁的最大位移

②分配梁的最大抗彎應力

軟件計算得，分配梁的最大應力為：σmax=15.8 MPa<[σ]=135 MPa，可見，分配梁的抗彎能力足夠。

③分配梁的最大抗剪應力

軟件計算得，分配梁的抗剪應力為：τmax=4.4 MPa<[τ]=80 MPa，足見分配梁的抗剪能力很強。

(8)吊帶計算

①吊帶的位移

軟件計算得，吊桿的位移為

fmax=17.2 mm②吊帶的應力

軟件計算得吊桿的應力為：σmax=411 MPa

4 結 語

跨寨根滬陜特大橋連續梁已施工完成，掛籃預壓實測最大沉落量為26 mm，混凝土澆筑完成后實測沉落量為16 mm，與計算值基本相符；施工期間掛籃未發生明顯變形、失穩，保證了施工期間的施工安全；通過實際施工應證，掛籃設計方案安全、可靠、合理，可為類似連續梁懸臂施工方法情況下的掛籃方案設計提供借鑒。