橋梁施工中的特寬掛籃穩定性設計分析

趙 楠

(新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院)

橋梁施工中的特寬掛籃穩定性設計分析

趙 楠

(新疆維吾爾自治區交通規劃勘察設計研究院)

為了研究橋梁施工中的多片式寬體掛籃的穩定性特點，以某四片式菱形寬體掛籃為研究對象，探討了掛籃構件穩定性和整體穩定性特征。研究結果表明，依托工程掛籃構件、局部穩定性均滿足設計要求，能夠保證橋梁施工過程的安全性要求。

橋梁工程;寬體掛籃;整體;構件;穩定性

0 前言

掛籃懸臂澆筑施工法是變截面連續梁、連續剛構橋常用施工方法。該方法具有施工速度快、易于質量控制、施工安全性高、經濟性好等優點，廣泛應用于大跨徑梁橋施工中。由于交通量的增加，橋面設計寬度的不斷增大，對掛籃的要求越來越高。在橋面較寬時，為了保證整節段箱梁的澆筑施工，常用的雙桁架式掛籃不再適用，需要根據橋梁寬度增加主桁架數量，從而形成寬體掛籃。

寬體掛籃構造與空間受力性能更為復雜，由于梁體自重大，掛籃自身的整體與局部穩定性更為突出，設計稍有不慎，可能導致施工中的整體失穩，造成重大安全性事故。本文依托工程采用四桁式寬體掛籃，國內較為少見，設計無成熟資料參考，為保證施工的安全性，本文對掛籃進行詳細的結構分析研究，探討寬體掛籃設計計算特點。

依托工程為某市政道路上的三跨預應力混凝土連續梁橋，橋長260.3 m。主梁采用單箱三室大懸臂變截面PC連續箱梁，箱梁寬為28 m，支點高4.1 m，跨中高2.6 m。主梁劃分59個梁段，采用掛籃懸臂澆注法施工。其中掛籃懸澆塊段13對，0#、1#梁段長12 m，在墩頂及墩旁臨時支架上立模澆注;邊跨支架現澆梁段長9 m，邊中跨合攏段長2 m，其他懸澆梁段長3～5 m。

1 設計計算特點及主要參數

由于該主橋箱梁寬為28 m，設置為單箱三室結構，從減輕掛籃自重考慮，采用桁架結構形式，掛籃設計為菱形掛籃，根據箱梁腹板構造設置4組主桁結構，為減輕掛籃行走時的負重，掛籃施工行走分階段實現，先行走掛籃主體結構(不包含除底籃模板外的其他模板結構)，再行走翼緣板和內模模板結構。

荷載控制設計各取3 m、4 m、5 m長的懸澆塊段作為掛籃控制計算和驗算塊段，其結構各主要參數取值如下。

(1)箱梁混凝土結構容重取26 kN/m3;

(2)漲模系數取1.05;

(3)箱梁底板模板、箱內腹板模板以及橫隔板模板荷載取5 kPa;

(4)箱梁翼緣板模板以及箱內頂板模板荷載取12 kPa;

(5)振搗以及施工荷載取4.0 kPa。

2 計算方法及內容

穩定性分析包括構件穩定性及整體穩定性分析。構件穩定性及剛度評價參照《鋼結構設計規范》進行，整體穩定性分析采用空間數值分析程序進行非線性屈曲分析。屈曲分析是一種用于確定結構開始變得不穩定時的臨界荷載的技術。非線性屈曲分析比線性屈曲更精確，故常用于對實際結構進行的設計或估計中。該方法用一種逐漸增加荷載的非線性靜力分析技術來求得結構開始變得不穩定的臨界荷載。使用了非線性技術，模型中就可以包括諸如初始缺陷、塑性行為、大變形影響應等特征。利用弧長法求屈曲荷載，施加一個比預測的屈曲荷載高出10%～20%的給定荷載，這樣可以得到一個對特征屈曲荷載較好的估計值。

3 成果分析與評價

3.1 構件穩定性

軸心受壓構件穩定的計算公式為

式中：N表示軸心壓力設計值;A表示構件的毛截面面積;［σ］表示鋼材的抗壓強度設計值;φ表示軸心受壓構件穩定系數。

3.2 剛度評價

(1)平面桁架的整體剛度驗算

掛籃中的平面桁架結構在最不利荷載作用下的撓度w發生在上中橫梁上，數值為

可見，該掛籃整體剛度滿足要求。

(2)桿件的局部剛度驗算

《鋼結構設計規范》規定各構件的計算長細比在允許長細比限值內。須滿足公式

式中：λ表示構件最不利方向的長細比;l0表示相應方向的構件長度;i表示截面的回轉半徑。

主桁受拉構件最大長細比54.1，小于容許值350，受壓構件最大長細比52.4，小于容許值150。因此。各桿件剛度均滿足要求。

3.3 非線性屈曲分析

通過屈曲分析可見，掛蘭整體穩定性很好，從主要節點的位移—時間曲線可見，穩定安全系數均在10以上，因此，整個施工過程掛蘭是穩定的。

4 結論

(1)寬體掛籃橫向寬度較大，構造復雜，穩定性突出，設計中不僅需考慮構件拉壓穩定性，特別要關注結構的整體穩定性。

(2)構件穩定性計算結果表明，主桁拉壓構件穩定性均滿足規范要求，最不利荷載作用下主桁架豎向變位僅有0.97 cm，剛度較大。

(3)主桁整體穩定性分析表明，主桁架空間穩定性很好，穩定安全系數大于10，滿足施工穩定性要求。

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U442

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1008-3383(2012)07-0088-01

2012-04-13

趙楠(1973-)，男，新疆伊寧市人，高級工程師，從事橋梁勘察設計工作。