斜拉橋牽索掛籃施工全過程模擬方法研究

龍 靖 王 洋

（重慶交通大學，重慶400074）

1 牽索掛籃施工方法

目前，牽索掛籃廣泛應用于預應力混凝土斜拉橋的施工過程中。它利用待澆梁段斜拉索作為掛籃牽索支撐力，施工過程中將掛籃后端錨固在已澆梁段上，能充分發揮拉索的作用，由斜拉索和已澆梁段來共同承擔待澆梁段的混凝土荷載。待澆混凝土達到所需強度后，拆除斜拉索與掛籃的連接，使節段荷載轉換到斜拉索上，再前移掛籃。一般來說，3 次張拉斜拉索混凝土斜拉橋的施工工序如圖1 所示。

2 牽索掛籃建模方法對比

在進行掛籃懸臂施工斜拉橋施工過程仿真計算分析時，從施工階段劃分來看，主要有3 種模擬方法：①2 步模擬，掛籃前移→澆筑混凝土、張拉預應力和張拉斜拉索；②4 步模擬，掛籃前移→澆筑混凝土→張拉預應力→張拉斜拉索；③8 步模擬，掛籃前移→立模→斜拉索1 張→澆筑1/2 混凝土→斜拉索2 張→澆筑剩下1/2 混凝土→張拉預應力→斜拉索3 張。目前，后支點掛籃懸臂施工斜拉橋常用前2 種模擬方法進行施工過程仿真計算。

2.1 考慮牽索掛籃剛度的模擬方法

由圖1，在實際掛籃施工斜拉橋施工過程中，模板高程因斜拉索多次張拉、混凝土多次澆筑而多次發生變化。而常規考慮掛籃前移、混凝土澆筑、張拉預應力和張拉斜拉索的模擬方法僅可以在一個梁段施工完畢后（即斜拉索3 張后）對施工工況進行評價，無法對整個梁段中多個工況進行比較，無法滿足施工控制的要求。在進行結構仿真計算時，應該細化到單次張拉斜拉索、單次澆筑混凝土會對結構內力、線形產生什么影響的程度，這樣才能對當前施工工況進行評價以及對接下來的施工進行預測，達到施工控制的目的。

同時，在進行施工控制計算時，需要考慮掛籃自重、掛籃剛度對結構線形、內力的影響。但由于掛籃構造復雜，需要對牽索掛籃進行簡化，將掛籃中錨桿和后錨桿的對應位置作為掛籃的兩個節點建立一個容重為0 的等效掛籃單元，同時應該考慮到掛籃剛度的取值，可以通過實際掛籃預壓的數據來修正模型中掛籃剛度的取值；將節點集中荷載及彎矩作用于節點上來模擬掛籃自重。

具體模擬方法為：

（1）掛籃前移。本階段在模型中體現為節點集中荷載及彎矩的前移。鈍化上一個掛籃荷載，激活下一個掛籃荷載即可。

圖13 次張拉斜拉索混凝土斜拉橋施工工序

（2）立模。本階段是為了激活掛籃單元的節點，因為中錨桿錨點位置是作用于當前梁段的，而此時梁段不存在。在模型中體現為激活主梁單元以及梁上斜拉索錨固點，同時激活當前節段的掛籃單元；施加豎直向上的均布荷載以抵消當前激活梁段的自重；并將當前激活梁段與上一個梁段之間的梁端約束釋放掉。

（3）斜拉索1 張。激活斜拉索單元并賦予1 張索力。

（4）澆筑1/2 混凝土在模型中施加50%的豎直向下的梁段自重均布荷載。

（5）斜拉索2 張將1 張索力。替換為2 張索力。

（6）澆筑剩下1/2 混凝土。在模型中施加剩下50%的豎直向下的梁段自重均布荷載。

（7）養護后張拉預應力。激活預應力荷載。

（8）斜拉索3 張。將2 張索力替換為3 張索力。

2.2 不同建模方法的計算結果對比

以貴州省某一牽索掛籃懸臂施工混凝土斜拉橋為背景。背景工程為一塔梁固結預應力混凝土斜拉橋，跨徑組合為150m+300m+150m，全橋共計23×8 根斜拉索。主梁采用大懸臂單箱五室形式，C55 混凝土。主橋有限元模型如圖2 所示。

圖2 背景工程有限元模型

分別采用3 種不同的模擬方法對施工過程進行了仿真分析，因篇幅所限，圖3 僅給出了按照3 種不同模擬方法得到的中跨1～23#主梁位移對比以及斜拉索索力對比。

圖3 3 種方法計算結果對比

由上圖可知，通過3 種不同模擬方法進行結構仿真計算時，在成橋10 年工況下主梁線形最大相差2.5cm，索力最大相差不超過1%。對于線形結果對比，8 步模擬中因考慮了掛籃剛度，其累計撓度均比其他兩種模擬方法的撓度要小，也更加貼近于實際情況。但3 種方法線形最大差值僅為2.5cm，小于本背景工程的高程誤差允許值，都可用于計算施工預拱度值。同時，前面2 種模擬方法施工過程較少，計算量較小，但是無法得到更加細致的施工工況的結構內力及線形；8 步模擬雖過程較繁瑣，但可以對任意施工工況進行評價及預測，達到施工控制的目的。

3 結論

在進行前支點掛籃懸臂施工斜拉橋仿真計算時，采用2 步模擬、4 步模擬、8 步模擬這3 種模擬方法都可以計算出施工預拱度值；但前兩種方法無法得到施工中間過程線形變化情況，第3 種方法可以對任意施工中間過程進行控制，且計算精度滿足要求，可用于前支點掛籃懸臂施工過程精細模擬分析。