掛籃施工時寬幅混凝土箱梁橫向框架的受力分析

羅兵

[上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海市200092]

0 引言

隨著我國公路基建事業的發展，大跨度預應力混凝土連續梁建設數量不斷增加，掛籃施工作為其主要施工方法之一，具有結構輕、拼制拆卸方便、跨間不設支架，施工期間基本不影響通航或行車等優點[1]，被廣泛應用于跨山谷、河流及橫向道路等較復雜地段的施工。

1 工程概況

眉山市環天府新區快速通道工程（G245至G 213連接線）起點與青龍鎮工業大道平交，終點交接著觀寺鎮三岔湖旅游環線，主線全長約48.652km。道路等級為一級公路（部分考慮市政功能），設計車速為80km/h；設計荷載為公路-Ⅰ級，同時滿足城—A級。

府河大橋為該工程“兩橋一隧”的關鍵性控制節點。其主橋跨越規劃V級航道府河，采用70+120+70（m）預應力混凝土變截面連續箱梁，橋面總寬44.5m，上下行雙幅布置，單幅橋寬22.25m。箱梁為單箱雙室截面，梁底線型按2次拋物線變化，中墩支點梁高7.2m（高跨比1/16.67），邊墩支點和跨中梁高3.0m（高跨比1/40）。箱梁采用縱、橫和豎三向預應力體系，縱向按全預應力構件設計，橫向按A類構件設計。府河大橋主橋立面布置圖及橫斷面布置圖如圖1、圖2所示。

2 主梁懸澆節段劃分

圖1 府河大橋主橋立面布置圖（單位：m）

圖2 府河大橋主橋橫斷面布置圖（單位：m）

主梁分4個“T”形由主墩Pm08和Pm09向兩側逐節段對稱懸臂澆筑。其中：O#塊節段長13m，在主墩支架上澆筑；0#塊兩側各15個懸澆節段，節段長分別為5×3.0m+5×3.5m+5×4.0m，合龍段長2.0m，邊跨現澆段長8.92m。全橋共設置1個中跨合龍段和2個邊跨合龍段。節段劃分及典型橫斷面圖如圖3～圖5所示。

圖3 1/2中跨節段劃分及編號示意圖（單位：cm）

圖4 1/2中墩支點斷面圖（單位：cm）

圖5 1/2中跨跨中斷面圖（單位：cm）

3 掛籃

根據施工組織設計[2]，主橋采用自錨平衡式菱形掛籃進行施工，由主桁體系、橫梁體系、懸吊體系、行走及錨固體系、模板系統等五部分組成。

主桁體系：由箱型桿件拼裝的菱形框架而組成，主桁后部以φ32mm的40Cr高強銷棒穿過箱梁頂板預留孔錨固在頂板上；主桁前部安裝上橫梁，與懸吊體系及前下橫梁形成懸臂吊架。

橫梁體系：由前上橫梁、后錨梁、前下橫梁、后下橫梁及底模縱梁等組成，橫梁系由45#和56#工字鋼加工而成。前上橫梁、后錨梁固定在主桁架上，底模縱梁固定在前下橫梁上，前下橫梁通過懸吊體系吊于前上橫梁上，后下橫梁由雙頭螺桿錨在已形成梁段的底板上。

懸吊體系：位于掛籃的前部，主要作用是懸吊和升降底模、側模、內模及工作平臺等。由吊桿、吊桿座、千斤頂、手拉葫蘆等組成。吊桿及后錨桿均采用φ32精扎螺紋粗鋼筋。

行走及錨固體系：行走體系主要由手拉葫蘆、平滾及行走反壓平衡裝置組成，掛籃行走時反壓平衡裝置錨固于箱梁豎向預應力筋上；掛籃錨固體系由主桁上的反壓型鋼、精軋螺紋鋼筋構成，掛籃行走到位后，用精軋螺紋鋼將主桁上的反壓型鋼錨固于已澆梁段上，并用液壓千斤頂施加一定的預壓力。

模板系統：主要由底模、外模及內模等組成。

圖6 為掛籃懸澆施工現場示意圖。

圖6 掛籃懸澆施工現場示意圖

4 施工階段箱梁橫向框架驗算

4.1 節段選取

選取現澆1#段（節段最重）、現澆3#段（2#段頂底板橫向配筋間距變化）、現澆15#段（14#段底板最薄）三個控制工況對箱梁頂底板進行驗算。驗算截面取掛籃中門架支承處的分界截面，具體情況如表1所列。

表1 各控制工況下箱梁結構參數表

4.2 計算建模

采用Midas Civil進行計算，取驗算截面處1.0m寬箱梁結構建立框架模型，在每道腹板位置設豎向支撐，計算模型采用梁單元模擬，主梁混凝土材料為C55，橫向主筋為HRB400，內力采用kN、m制，應力單位MPa。

4.3 計算荷載

考慮恒載（現澆節段、掛籃及框架等自重）、施工活載、體系升降溫、頂板溫度梯度等[3]，荷載考慮有效分布寬度后，以集中力形式作用在頂底板吊點及錨點處，計算模型如圖7～圖11所示。

圖7 工況1（現澆1#段）橫向框架計算模型

圖8 工況2（現澆3#段）橫向框架計算模型

圖9 工況3（現澆15#段）橫向框架計算模型

圖10 計算模型加載示意圖（中門架處）（單位：cm）

圖11 計算模型加載示意圖（后錨梁處）（單位：cm）

4.4 計算結果

按設計要求，對橫、豎向預應力滯后兩個節段進行張拉，即現澆該節段時，剛完成的上節段尚未張拉橫、豎向預應力，故橫向框架按普通鋼筋混凝土構件進行驗算。短暫狀況下，混凝土及鋼筋應滿足以下要求[4]：

（1）受壓區混凝土邊緣的壓應力：

（2）受拉鋼筋的應力：

（3）中性軸處主拉應力：

箱梁橫向框架最不利受力在吊點及錨固點處的承托倒角位置，計算高度hc=h'f+stanα（tanα≤1/3）。計算結果如表2所列。

5 結論及建議

通過對大跨徑預應力混凝土連續梁掛籃施工時短暫狀況的橫向框架構件進行計算，結果表明：箱梁橫向框架構件在掛籃施工過程中的受力均滿足規范要求。結合分析結果，建議如下：

（1）頂底板橫向配筋相同情況下，橫向框架由后錨梁處的頂板受力控制，建議結構設計時，頂板厚度不宜過薄，并適當增加頂板的承托倒角尺寸。

表2 各控制工況下頂底板驗算結果一覽表

（2）掛籃懸澆時，前3～4個節段相對較重，頂底板受力較大，后錨梁處的挑臂根部下翼緣亦承受較大拉力，建議加強其橫向配筋。

（3）箱梁橫向框架計算時，除應考慮成橋運營狀態下的受力狀態，尚需對后續實際施工方案下的短暫狀況進行驗算，而后者容易被遺漏。