连续梁(50+2×90+50)m悬灌施工挂篮主纵梁受力分析

王 政

(中铁二十三局集团第八工程有限公司，四川 成都 610091)

连续梁(50+2×90+50)m悬灌施工挂篮主纵梁受力分析

王 政

(中铁二十三局集团第八工程有限公司，四川 成都 610091)

以某公路桥梁工程为例，对工程采用的挂篮悬臂浇筑施工工法作了简介，说明了挂篮的设计思路，对挂篮主纵梁受力进行了详细的计算分析，计算所得的设计参数可为类似工程提供参考。

悬臂施工，主纵梁，挂篮，受力

1 工程概况

岳宜高速公路的荆江分蓄区特大桥右幅第108联，墩上部结构为(50+2×90+50)m变截面的预应力钢筋混凝土连续梁，梁体的断面形式为单箱单室，梁的顶面宽度为14.5 m，梁的底面宽度为7.0 m。箱梁的0号块断面的最高高度达5.5 m，本桥共有4个合龙段，每个合龙段的截面高度都为2.5 m，见图1。

本桥的0号块节段单幅总长为12 m，足够的长度保证挂篮系统的拼装，墩顶0号块的6 m长度范围内，梁体的截面高度保持一致为7.0 m，另外，两侧的3 m长子节段块则都位于二次抛物线上，抛物线的方程为：Y=2.5+0.001 784 65X2,相应点的坐标可以简便地通过函数式插值而得到。每个“T”构根据设计施工图，总共有12个施工块，从中间墩向两侧的墩发展的节段顺序为5×3.0+4×3.5+3×4=41 m，另外，边跨直线段、合龙段的长度分别为4 m，2 m，每个节段的梁体顶板厚度一致为30.0 cm，梁体的底板变化较多，0号块的底板厚度为150 cm，中跨合龙段的厚度为30 cm。其他部位的厚度由线性插值得到。梁顶横坡的单向人字坡的坡率为2%。本桥的预应力体系为三向预应力，梁体的竖向预应力筋以及0号底板的横向预应力筋采用Φ32的精轧螺纹钢，顶板的横向预应力筋及预应力主纵筋采用钢绞线。

2 挂篮的设计

由于菱形挂篮具有很好地控制线型和抵抗变形、较高的承载的能力，结合本桥的施工截面以及节段信息，本桥采用了3对挂篮组进行悬臂施工。每只挂篮主要构成部件如下：1)主桁架体系：由下承杆、上承杆以及腹杆组成单桁架片，每只挂篮体系有2个主桁架体系，并且主桁架体系通过上横梁、下横梁,以及中间斜撑共同构成一个完整的受力体系；2)挂篮的底模板系统平台：分别由主纵梁、钢模板以及承载分配次横梁等等构成一个整体平台体系，为了方便于行人，平台上设有人行道；3)悬吊体系：根据业主要求，以及相关兄弟施工单位的经验借鉴，本次悬吊系统采用钢吊带、钢吊杆系统，由前上横梁上的主受力吊挂材料采用钢吊带，其余均采用Φ32的精轧螺纹钢的吊杆系统，如此设计能防止精轧螺纹钢突然间的脆断而导致挂篮系统崩溃，钢吊带则具有一定的抗剪特性；4)导向梁体系：分别由导向工字钢梁、锚固件以及千斤顶滑行驱动等组成；5)挂篮的滑行系统：分别由前后主支承腿、滚轮、轨道组成；6)挂篮的锚固体系：由精轧钢锚固件、锚具等构成，从而方便挂篮在脱模后的行走，以及调整节段块的长度，并且使整体挂篮体系具有较强的稳定性。挂篮纵断面图见图2。

3 挂篮主纵梁受力计算

3.1 荷载的确定

挂篮施工控制工况2号，6号，10号块。2号块为3.0 m节段最重块，混凝土48.55 m3，重126.2 t；6号块为3.5 m节段最重块，混凝土46.2 m3，重120.1 t；根据计算分析，4.0 m节段的最重的区段为10号块，该节段的混凝土方量为41.68 m3，折合重量为108.4 t，而考虑单只挂篮总重为54.5 t。考虑到最不利的荷载组合体系，为了节省篇幅，本次计算仅以2号节段的施工为例做演算。

3.2 浇筑2号节段时的挂篮受力分析(3.0 m节段)

1)底模平台系统的主纵梁受力。

a.设置在底模平台体系的腹板主受力纵梁(见图3)：此处设置的主受力纵梁主要承载了现浇腹板混凝土荷载及部分钢底模平台体系的局部自重。

根据计算，此时每侧的腹板混凝土载重为：G=82.5 kN/m,考虑混凝土超打重量的不利荷载按1.1倍进行扩大，另外，施工时人工荷载及挂篮结构的系统底模平台自重为2.0 kN/m，从而可以得到此时的荷载组合为：G′=2.0+1.1×G=92.75 kN/m；这部分的荷载主要由2[28b的主底纵梁承担,从而，这部分的荷载：q=46.37 kN/m。

基于大型的土木工程结构计算程序Midis，对主纵梁进行有限元建模计算；可以得出弯矩幅值Mmax=116.8 kN·m。

根据主纵梁的截面，以及弯矩幅值可以得出最大的弯曲主应力σmax=161.1 MPa<{215 MPa}；最大变形fmax=14.2 mm>L/400=12.5 mm。

由以上计算可知纵梁弯曲应力符合规范要求,变形发生在纵梁最中间部位，稍大于允许变形，需在纵梁中间位置加一块6 mm×260 mm×1 500 mm加强板。

根据计算，此时支撑点的作用力为：F前=55.6 kN，F后=83.5 kN。

b.一般底模平台体系的主纵梁：此时，现浇混凝土底板下设置了7根双拼的2[28b主纵梁，主要用于承载底板现浇混凝土的载重，以及挂篮底模平台系统的局部自重荷载：现浇底板的混凝土载重为：G=103.3 kN/m,基于最不利荷载的考虑，考虑混凝土超打载重按1.1倍的荷载进行扩大，而人工施工荷载以及挂篮底模系统平台的载重为7.5 kN/m，此时最不利的荷载组合为：G′=7.5+1.1×G=121.1 kN/m；这时G′的荷载主要由7根主纵梁承担，因此，每一根主纵梁的承载为:q=17.3 kN/m。计算模型见图4。

计算结果：最大弯矩M=43.5 kN·m，最大弯曲应力σmax=60.1 MPa<{215 MPa}；

最大变形fmax=5.31 mm<[L/400]=12.5 mm,从而可以得知：底板平台系统的主纵梁受力满足力学要求。

而此时，支撑点的作用力为：F前=20.8 kN，F后=31.1 kN。

2)箱梁翼缘滑梁计算。滑梁承载分配载重图见图5。

a.按分配的混凝土载重面积，1号滑梁承担侧翼缘的荷载为：G1=24.5 kN/m，考虑现浇混凝土超打的最不利荷载重量，取1.1倍的混凝土自重荷载，另外，人工施工荷载，以及滑梁、模板系统的自重荷载为8.0 kN/m，因此，此时的荷载组合为q1=8+1.1×G=35 kN/m；这部分载荷分别由两根槽钢滑梁[32b共同承担，受力模型见图6。

计算结果：最大弯矩M=93 kN·m；最大弯曲应力σmax=93.3 MPa<{215 MPa}；

最大变形f=7.68 mm

b.按分配的混凝土载重面积，2号滑梁承担侧翼缘的荷载为：G2=16.2 kN/m，考虑现浇混凝土超打的最不利荷载重量，取1.1倍的混凝土自重荷载，此时，人工施工荷载、外滑梁、模板系统的自重载荷为4.0 kN/m，q2=1.1×G+4=21.82 kN/m，由两根滑梁[25b共同承担，计算模型见图7。

计算结果：最大弯矩M=38.8 kN·m；最大弯曲应力σmax=101.1 MPa<{215 MPa}；

最大变形fmax=10.5 mm

3)箱梁顶板纵梁计算：顶板纵梁载重面积图见图8。

顶板纵梁承载面积为：A=1.3 m2,q′=26×1.3=33.8 kN/m,考虑现浇混凝土的超打重量不利荷载，取混凝土自重的1.1作分析，而人工施工荷载、滑梁自重为7 kN/m，此时的q3=7+1.1×q′=40.8 kN/m，由两根纵梁2[28b共同承担，计算模型如图9所示。

计算结果：最大弯矩M=71.3 kN·m，最大弯曲应力σmax=149 MPa；最大变形fmax=14 mm；R前=51.1 kN，R后=71.3 kN。

4 结语

挂篮安装完毕后，为了检验挂篮的受力性能，根据规范要求，必须对挂篮体系进行预压，目前通常采用的预压方法有预制块预压法、钢绞线张拉反拉法等。本次试压，采用混凝土预压块并用一部分的钢筋堆进行调试荷载、堆载预压。根据最大施工节段的荷载，进行荷载计算，并且分四级加载，加载的顺序为计算设计载重的50%,80%,100%,120%，每一个加载过程，都相应地对应地仿真模拟了挂篮节段的混凝土悬臂现浇的施工过程，当各级堆载到位，并报监理工程检验后，须稳压2 h并观测先前设计预压点位的监控变化值。每一个加载步，都需数据合格后，方可进一步地加载。所有的荷载加载步完成后，需稳压6 h，并且每隔2 h记录一次，当数据异常时，需加大监测密度，当数据不满足要求时，需分析原因或者加固挂篮，最后，当相邻三次监测的各测点变形小于2 mm时即可认为稳定，报监理通过，方可卸载。本次预压现场的实测数据显示最大的变形为1.7 mm<2 mm，因此，本桥悬灌施工的挂篮结构安全可靠。

[1] 范立础.桥梁工程(上册)[M]．北京：人民交通出版社，2001．

[2] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000．

[3] 周军生,楼庄鸿.大跨径预应力砼连续刚构桥的现状和发展趋势[J].中国公路学报,2000(1)：13.

[4] 汪 剑．大跨度预应力混凝土连续梁桥施工控制研究及温度效应分析[D].长沙：湖南大学硕士学位论文，2003.

The main vertical beam force analysis on continuous beam(50+2×90+50)m cantilever construction hanging basket

WANG Zheng

(Eighth Engineering Limited Company, China Railway 23th Bureau Group, Chengdu 610091, China)

Taking a highway bridge project as an example, this paper simply introduced the hanging basket cantilever pouring construction method used in engineering, explained the design idea of hanging basket, calculated and analyzed in detail the hanging basket main vertical beam, the calculation design parameters can provide reference for similar engineering.

cantilever construction, main vertical beam, hanging basket, stress

1009-6825(2014)18-0194-03

2014-04-15

王 政(1976- )，男，工程师

U445

A