京德高速跨南水北調天津干線連續梁掛籃設計與穩定性分析

李好輝

規劃設計 Planning and design

京德高速跨南水北調天津干線連續梁掛籃設計與穩定性分析

李好輝

（中鐵十六局集團第四工程有限公司，北京 101400）

隨著我國交通設施規模的逐步完善，涉及交叉工程時采用掛籃施工的工藝越來越頻繁，因此掛籃的選型、結構設計及穩定性問題較為突出。本文以京德高速跨南水北調天津干線(34+52+34)m變截面連續梁掛籃為背景，結合行業規范與設計圖紙，借助模擬分析軟件的手段，系統研究了掛籃結構的結構、材料選取、構件力學特性以及穩定性。該研究方法思路與成果為類似跨越工程的掛籃實施提供方法和依據。

京德高速；連續梁；結構設計；穩定性分析

0 引言

隨著我國經濟的不斷發展，交通建設的規模不斷擴大，鐵路、公路、地鐵及水利工程等基礎設施逐步完善，而在這些工程建設過程中發生交叉時，多數采取下穿隧道或者跨越橋梁的方式。在采用橋梁上跨結構時，多選取懸臂澆筑掛籃施工技術。而在掛籃可承受施工過程中的荷載及梁體自重，能逐段向前移動，是一個經過特殊設計的主要施工設備[1-3]。國內外學者關于掛籃結構進行了相關方面研究得出：承重結構直接影響掛籃的類型，掛籃的主要構造和受力特點分析時，需結合具體項目[4-5]。本文針對京德高速公路采用橋梁方式跨越南水北調天津干線連續梁掛籃進行結構設計與穩定性分析，以確保實際施工過程中的結構安全。

1 工程背景

京德高速公路采用橋梁方式跨越南水北調天津干線，跨越位置屬于上跨津霸鐵路分離立交橋的一聯，跨越方式采用(34+52+34)m變截面連續箱梁，施工方式采用掛籃懸澆施工，單幅橋面頂寬16.776m，底寬11，截面為單箱雙室，共分為14個對稱澆筑段和3個合龍段。

上部結構主梁跨中梁高1.8m，根部梁高3.5m，梁底曲線按2次拋物線變化。中跨直線段長2m，邊跨直線段長6.92m。頂板板厚0.30m，底板板厚由跨中的 0.28m 變厚至根部的0.60m。邊、中腹板厚由跨中的0.50m變厚至根部的0.75m。

圖1.1 跨越南水北調連續梁段橋型布置圖

2 跨越南水北調天津干線掛籃結構設計與選取

基于連續梁的結構組合、尺寸和施工工藝，選取菱形掛藍。該掛籃結構的主桁上、下水平桿及立柱和前、后斜桿均采用2[36b普通熱軋槽鋼組成的方型截面桿件構成；前、后上橫梁采用2工45b普通熱軋工字鋼；底模縱梁采用工HN400；內滑梁采用2[36b普通熱軋槽鋼組成，在頂面采用鋼構件焊接；外滑梁采用2[32b普通熱軋槽鋼；所有槽鋼之間采用綴板焊接。掛籃結構設計如圖1所示。

圖1 掛籃結構圖

(1)主桁：每幅掛籃由兩組主桁組成，兩組主桁間采用鋼桁架連接(簡稱平聯)，形成整體穩定結構體系。后錨梁由2[25b槽鋼組成，掛籃底模、內外滑梁采用吊帶；前上橫梁由2[36b槽鋼組焊而成，其中，2個吊在外側模，2個吊在內膜，4個吊底模。

(2)提吊系統：提吊系統包括前后橫梁(由2I40和2I45b工字鋼組成)和吊帶(精軋螺紋鋼)組成。

(3)模板系統：箱梁外側模采用長度3.5m大塊鋼模板，模板橫肋采用[10槽鋼，面板采用6mm鋼板，外框架由[12槽鋼組焊而成。外側模支承在外模走行梁上，走行梁用兩根I32b工字鋼組焊而成，后端通過吊桿懸吊在已澆好的箱梁頂板上(在澆筑頂板時設預留孔)，后吊桿與走行梁間的后吊架上裝有滾動軸承，以確保外側模走行梁與外側模一起順著后吊架滑行。

底模由底模架和底模板組成，其中，底模架由底模縱梁和底模橫梁組成，底模縱梁采用HN400*200*6000mm焊接而成；底模橫肋采用[10槽鋼橫橋向制作而成。

(4)走行及錨固系統：①掛籃走行系統由軌道、反壓輪組成，走行軌道與箱梁需錨固連接。掛籃走行時，先安裝錨固在主桁外側平聯上的后下橫梁端部吊桿，接著拆除箱梁內后下橫梁吊桿、再下放前上橫梁吊桿，完成底模平臺脫離梁體；掛籃外側模前后錨下放，將后錨轉換到滑梁吊架上后拆除后錨，即完成外側模脫離梁體；拆除后錨桿使反扣輪同時受力，采用千斤頂同時對稱牽引掛籃主桁至規定位置。②錨固系統：用Φ32精軋螺紋鋼和后錨扁擔梁把主桁后節點錨固在已完成梁段的豎向預應力筋上。每片桁架用6根Φ32精軋螺紋鋼筋，單側掛籃用12根。

3 掛籃結構主要材料與計算工況

3.1 主要材料屬性

為了方便后期對(34+52+34)m變截面連續箱梁掛籃結構的各個構件進行設計驗算分析，根據《鐵路橋梁鋼結構設計規范》(TB10091-2017)、《建筑施工計算手冊》、《鋼結構》和梁體設計圖紙，特給出掛籃各主要構件的材料屬性，如表1所示：

表1 掛籃結構組成及主要材料型號規格

3.2 主要結構構件容許撓度值

計算模板、拱架及支架的剛度時，其容許撓度不得超過表2中規定值；根據表1并結合掛籃結構尺寸，可確定掛籃各結構的容許撓度值，如表3所示：

表2 容許撓度限值匯總表

表3 掛籃結構各構件計算容許撓度值匯總表

3.3 掛籃結構計算荷載與工況

針對該變截面連續梁掛籃施工過程中的荷載類型和掛籃結構，分析確定使用過程中掛籃的荷載系數、組合情況以及需要驗算的主要工況，具體情況如下所示：

(1)荷載系數：考慮箱梁混凝土澆筑時脹模等系數的超載系數：1.05；掛籃空載行走時的沖擊系數1.3；澆筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩定系數：2.0；活載分項系數1.4；恒載分項系數1.2。

(2)荷載組合：混凝土重量+超載+掛籃自重+人群和機具荷載（組合I）；掛籃自重+沖擊附加荷載（組合II）。荷載組合I用于掛籃桿件承重系統強度和穩定性計算；荷載組合II用于掛籃走行前移計算。

(3)施工承載工況：掛籃澆筑施工承載時，主要分2種工況：掛籃澆筑2#塊混凝土澆筑但未凝固時受力和變形（工況1）和6#塊混凝土澆筑但未凝固時受力和變形（工況2）。

(4)空載走行工況：掛籃空載走行前移時，僅承受自重，校核掛籃的變形。

4 (34+52+34)m變截面連續箱梁掛籃結構設計計算與穩定性分析

4.1 典型工況計算

本文對(34+52+34)m變截面連續箱梁掛籃結構設計時，采用Midas civil 2016進行模擬分析，主要分析計算底籃系統、各個部分的縱橫梁、導梁以及錨固系統。以底藍系統為例進行結構計算分析，表4表示底藍系統承受施工荷載時的工況1和工況2腹板縱梁的荷載取值；圖2表示掛籃底籃系統施加荷載和約束條件的計算模型。

表4 底籃系統施工承載取值表

工況1模型圖

工況2模型圖

圖2 底籃系統計算模型

通過分析計算可知：工況1情況下的底籃系統最大應力出現在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為88.72MPa；最大位移出現在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為6.98mm，滿足規范要求。工況2時，底籃系統最大應力出現在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為74.46MPa；最大位移出現在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為6.12mm，滿足規范要求。

同理可得到，底藍系統空載、導向系統承載和空載情況下的最大應力和變形，匯總如表5所示：

表5 底籃系統和導向系統兩種荷載情況下的最值統計表

4.2 抗傾覆安全計算

5 結束語

本文以京德高速跨南水北調天津干線連續梁掛籃結構為依托，基于模擬分析軟件和鋼結構相關計算理論，進行了掛籃結構設計、材料選型和構件驗算、穩定性分析。研究表明：

（1）跨線連續梁體的掛籃結構選擇與橋梁跨徑、截面尺寸相關；

（2）對掛籃結構的計算分析需要考慮承受施工荷載和空載兩種工況，并要對荷載給予適當的安全考慮；

（3）(34+52+34)m變截面連續箱梁掛籃結構各個構件的應力、變形及穩定性均滿足要求。

[1]王輝.橋梁工程中的懸臂掛籃施工技術[J].交通世界,2020(17):132-133.

[2]張帆.懸澆梁掛籃施工質量控制[J].科學技術與創新,2019(8):112-113.

[3]彭濤,王富強.紅水河特大橋掛籃施工的精細化設計及仿真受力驗算[J].西部交通科技,2020(06):50-54.

[4]俞清然.連續梁掛籃技術在鐵路橋梁施工中的探析[J].交通建設,2019,17(2):240-241.

[5]駱飛.鐵路橋梁連續梁施工中掛籃控制的探究[J].建材與裝飾，2018(46):257-258.

李好輝 (1987.04- )，男，河南省洛陽人，工程師，本科，研究方向：土木工程。

TU7

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1007-6344（2021）01-0304-32