湘江特大橋主橋懸臂施工掛籃變形研究

程 建 斌

(中鐵三局集團第二工程有限公司，河北 石家莊 050031)

湘江特大橋主橋懸臂施工掛籃變形研究

程 建 斌

(中鐵三局集團第二工程有限公司，河北 石家莊 050031)

以某橋懸臂施工的三角掛籃為依據，通過Midas有限元模擬對掛籃進行變形分析，并將理論分析結果分別與預壓試驗結果、施工控制實測結果進行對比，將由變形引起正在澆筑梁段標高的誤差減到最低限度，為預測掛籃在后續梁段荷載作用的變形和正確計算連續梁掛籃懸臂施工立模標高提供了可靠依據。

連續梁，三角掛籃，預壓試驗，鋼筋骨架

1 工程概況

湘江特大橋主橋(58 m+96 m+58 m)預應力連續梁跨越小岔河，下部為15號墩～18號墩。其中15號墩位于河堤外側，16號墩位于河堤內側，17號墩位于河道內，18號墩位于河堤內側。全橋每個T構為12個對稱澆筑梁段，中支點0號梁段長度11.0 m，懸灌梁段長度分成3.0 m，3.5 m和4.0 m，合龍段長2.0 m，邊跨現澆段分別為15.75 m，13.20 m，最大懸臂澆筑塊重1 216.5 kN。箱梁橫截面為單箱單室直腹板，頂板厚32 cm，腹板厚分別為45 cm，57.5 cm，70 cm，底板厚由跨中的46 cm按圓曲線變化至中支點梁根部的95 cm。主梁節段劃分圖見圖1。

縱向預應力束采用1×7-15.2-1860-GB/T 5224-2003預應力鋼絞線，規格有15-7φ5與12-7φ5兩種，全橋共有186束縱向預應力鋼束。頂板束錨下張拉控制應力1 220 MPa，腹板束錨下張拉控制應力1 230 MPa，底板束錨下張拉控制應力1 260 MPa。鋼束張拉方式為兩端張拉。預應力管道摩阻系數：0.23；管道偏差系數取0.002 5。

2 掛籃變形分析計算

2.1 掛籃荷載計算及相關參數

變形計算中考慮的荷載如下：

1)混凝土自重：超灌系數取1.05，根據計算節段混凝土的設計重量按線性荷載形式施加于有限元模型。

2)掛籃自重：主要包括主桁架、懸吊系統、模板系統。

3)施工人員、施工機具及其他荷載：按2.5 kN/m2。

變形計算的荷載組合工況為：混凝土自重+掛籃自重。

2.2 掛籃結構空間分析計算

利用空間有限元軟件Midas/Civil對掛籃結構進行受力分析，其中三角形主桁、橫聯、前橫梁、前后托梁、內外滑梁、底模縱梁、縱梁橫肋、吊桿等用梁單元模擬，底模板用板單元模擬。為更準確計算掛籃各桿件的位移從桿件連接和加載兩方面采取措施來處理模型。根據掛籃各桿件的荷載傳遞路徑，腹板荷載、底板荷載通過每節段的線性高度求得，并以線性面荷載的形式加載于底板上，頂板荷載、翼緣板荷載、內外模板系的荷載以均布荷載的形式分加載于內外滑梁上，通過這些措施盡量求得與實際荷載加載形式相一致的效果。

3 掛籃預壓試驗、結果分析

3.1 試驗的目的

1)檢查掛籃的加工及安裝質量，確保懸臂施工的安全。

2)消除掛籃的非彈性壓縮變形，更正確定彈性壓縮的正確數值。

3)實測掛籃的彈性和非彈性壓縮變形，根據測得的數據推算掛籃在各懸灌段的豎向位，為確定懸臂施工各梁段的預拱度值提供依據。

3.2 預壓試驗方法

掛籃預壓試驗工作在掛籃桿件拼裝場地進行。主桁架在試驗場平躺安裝，兩片相同的桁架相對，后端與中間均放底座，底座由兩片加強型的Ⅰ32b組成，后端用扁擔梁及2根φ32精軋螺紋鋼錨固，扁擔梁在前橫梁前端的位置處進行拼裝，采用1根φ32精軋螺紋鋼對扁擔梁進行連接，同時利用一臺100 t的千斤頂頂壓扁擔梁，使其作用力通過φ32精軋螺紋鋼傳遞給主桁架，如果兩次試驗的結果比較接近時即達到了預壓效果。

試驗荷載：由最大梁段和掛籃自重并考慮1.2的安全系數對掛籃進行預壓，取每片桁架前端所承受的荷載為48 t。

3.3 預壓試驗的結果

掛籃預壓結束后，對觀測出的數據進行整理分析，得出掛籃彈性和非彈性變形值。

預壓具體結果詳見表1。

表1 主桁架預壓記錄表 cm

根據預壓加載數值和每個測量監控點累計變形計算出的平均值繪制出掛籃主桁架的荷載—位移曲線，見圖2。

通過對上述數據進行分析，得出荷載位移曲線的線性回歸方程y=0.020 427 26x+0.694 679 85。回歸曲線的計算過程已除了主桁架的非彈性變形的影響。

從模型中提取并理論得出的主桁架的受力數值代入線性回歸方程，就可得到試驗的主桁架變形值。表2為理論計算值和試驗擬合值對比表。從表2中可以發現，基于試驗的結果和理論計算值十分接近，理論計算數值偏大，這是由于掛籃在建模過程中未考慮主桁之間的聯結系、模型的約束條件和現場實際約束存在偏差所致。主桁變形較小，說明主桁架剛度大，對保證鐵路混凝土箱梁的澆筑質量非常有利。

表2 主桁架理論計算值和試驗擬合值對比表

4 施工中對掛籃的變形控制分析

在現場施工中，影響掛籃變形的因素很多，包括掛籃本身的問題，如：掛籃整體系統的結構設計和安裝質量等，也包括外部因素，如：施工中造成掛籃某些構件的變形、澆筑混凝土時掛籃連接部位松緊程度的變化、作業人員的施工習慣和梁段長度變化引起的應力荷載的變化等。因此，僅依靠試驗結果和理論計算并不能確保整個施工過程監控的安全性，同時需要了解預壓靜載試驗和實際施工過程中環境條件不一致造成的影響，然而開工后采用掛籃澆筑前幾段懸臂梁段的施工正好提供了修正掛籃試驗結果的良好條件。

4.1 回歸方程的可行性可用懸臂梁前幾段施工測量數據修正

橋梁的懸臂施工由于所設計的結構形式、跨度、主梁段的自重、預應力的大小和收縮徐變影響等因素，確定試驗數據的修正值由幾段梁段的施工實際測量數據作為參考，其可由結構軟件計算得到。針對本橋，利用結構軟件Midas進行結構計算。因為本橋的懸臂梁段計算數據比較多，現只簡單列出梁段前6段梁端的位移計算數據，如表3所示。對于前6段，不管是施工當前段的高程變化情況還是施工當前段對已施工段造成的累積撓度值，基本均不大于2 mm。因此本橋可選取懸臂梁1號～6號段的施工實際測量數據用于修正掛籃變形曲線方程并指導橋梁的懸臂施工。

4.2 吊帶變形計算

掛籃吊帶采用Q345鋼200×20板帶，吊帶的變形值計算公式：

式中：F——吊桿所受力；L——吊桿受力長度；E——吊桿所用鋼材的彈性模量；A——吊桿截面面積。

前吊帶的伸長值可根據受力用公式進行計算，也可從模型中進行提取；后吊桿的長度較短，伸長值較小，可以忽略不計。

表3 1號～6號段累積位移表

4.3 掛籃預測變形值的修正

表4列出了前6段施工時掛籃主桁架前端預壓試驗變形數值、實測數值和理論數值的對比結果。從表中可以看出，掛籃主桁架前端的試驗變形數值、實測數值和理論數值的偏差都較小，已經可以滿足實際施工橋梁橋面線形控制的精度要求。4.1節中顯示了可取懸臂梁1號～6號段的施工實測數據用于修正調整掛籃曲線變形方程來保證施工的可行性。由于實際線形監控時，考慮到實際立模標高的誤差及掛籃預測變形值對梁本線形及施工質量的影響，所以應當結合試驗擬合值、計算值和實測值的對比差值并預留一定富余量，對掛籃的預測變形修正值進行確定。

表4 預壓試驗變形數值、實測數值和理論數值的對比 mm

5 結語

根據湘江特大橋主橋(58 m+96 m+58 m)預應力連續梁掛籃預壓試驗的分析結果，得出以下幾點結論：

1)本次加載試驗，掛籃的工作狀態與正常進行循環施工時掛籃的工作狀態有一定的差別，因此試驗大致模擬了掛籃的受力狀態，檢驗了掛籃主體結構，主要是承重系統的安全性，所取得的試驗數據對以后的掛籃施工具有一定的參考意義。

2)對于本橋前6段，不管是施工當前段的高程變化還是施工當前段對已施工段造成的累積撓度較小，故可取懸臂梁1號～6號段的施工測量數據用于修正掛籃變形曲線方程來指導施工。

3)在立模標高的放樣測量中，盡量消除人為操作引起掛籃的非彈性變形。

4)研究連續剛構梁橋施工中的掛籃變形，確保成橋結構的內力和線形,滿足設計要求，避免出現意想不到的極端施工事故，充分保證了特大橋懸臂澆筑施工的順利進行。

[1] 改建鐵路石門至長沙鐵路增建第二線工程施工圖設計[Z].

[2] JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

[3] 范立礎.預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社,1998.

[4] 向中富.橋梁施工控制技術[M].北京：人民交通出版社,2001.

Research on hanging basket deformation of Xiangjiang super large bridge main bridge cantilever construction

CHENG Jian-bin

(TheSecondEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwayThirdBureauGroup,Shijiazhuang050031,China)

Based on the triangle hanging basket of a bridge cantilever construction, this paper made deformation analysis on hanging basket using Midas finite element simulation, and compared the theory analysis results with pre-pressure test result, construction control test results, made the deformation errors caused by pouring girder section elevation reduced to the minimum, provided reliable basis for the deformation of prediction hanging basket in follow-up girder section loads role and correctly calculation of continuous beam hanging basket cantilever construction formwork erection elevation.

continuous beam, triangle hanging basket, pre-press test, steel skeleton

1009-6825(2014)16-0216-03

2014-03-27

程建斌(1986- )，男，助理工程師

U445

A