大跨斜拉橋牽索掛籃分析

吳小榮

(合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009)

大跨斜拉橋牽索掛籃分析

吳小榮

(合肥工業大學 土木與水利工程學院，安徽 合肥 230009)

準確的施工過程仿真計算分析是大跨混凝土斜拉橋施工監控的關鍵問題之一，它可以為大橋各階段的施工控制提供理論指導。分別建立水陽江斜拉橋前支點和后支點掛籃懸臂施工的有限元計算模型，分析對比了主梁的截面內力、線形的變化規律以及索力的變化規律，從而為大跨斜拉橋的施工控制提供相關的理論依據。

斜拉橋；牽索掛籃；內力；線形；索力

0 引 言

水陽江大橋位于宣城市水陽江大道東北段，斜拉橋跨徑布置為150 m+320 m+150 m，全長620 m，為雙塔三跨雙索面半漂浮體系斜拉橋(圖1)[1]。斜拉索采用平行鋼絞線，主梁采用預應力混凝土雙邊箱梁，標準節段長分6.8 m、7.0 m兩種，寬31m，中心處高3.2 m。

圖1 水陽江斜拉橋總體布置圖

主梁施工除0號塊和邊跨現澆段采用支架施工[2]外，其他標準節段都采用前支點掛籃懸臂澆筑法施工。掛籃由承載平臺、牽索系統、行走系統、定位系統、錨固系統、模板系統等組成[3]，單套總重2 500 kN。

在設計階段一般采用后支點掛籃模擬，但在實際施工中大跨斜拉橋一般采用前支點掛籃施工方法。因此有必要對大跨斜拉橋前支點、后支點[4]掛籃施工進行模擬分析。

1 前支點掛籃施工方法

前支點掛籃施工方法[5]利用當前澆筑梁段的斜拉索作為掛籃的臨時前支點，與錨固在主梁上的中、后支點共同組成掛籃的約束系統。

與后支點掛籃相比較，前支點掛籃施工方法具有很多優點[6]：斜拉索在掛籃上施加了向上的預張拉力，將部分澆筑荷載通過斜拉索傳遞到索塔，并且使掛籃獲得一個反向的附加彎矩。

受力狀態與采用后支點掛籃施工相比,得到了很大改善。

2 前支點掛籃與施工過程模擬

牽索掛籃的模擬計算分析一般有兩種方式[7]：一是把掛籃荷載等效為集中力和彎矩加載到主梁前端，并且考慮掛籃本身的受力變形，這種方法即等同為后支點掛籃的施工模擬方法。

另外一個方法則是掛籃直接模擬在整體的計算分模型中。

本文通過有限元軟件 Midas Civil 建立全橋施工模擬仿真[8]對比計算分析模型(圖2)。主梁和主塔采用梁單元模擬共劃分395個單元，斜拉索采用只受拉單元模擬共176個單元，前支點掛籃模擬為6個單元。全橋主梁共195個單元，根據對稱性取1～96單元進行分析。

前支點掛籃施工分143個施工階段，后支點掛籃施工分50個施工階段。

圖2 全橋計算模型圖

3 計算結果對比分析

3.1 主梁位移計算與對比

根據各節段的模擬結果，可以得到各節段的施工控制表[9]，包括當前號塊施工流程及各施工工況下前幾個節段的主梁標高、索力變化情況。

表1、表2是在第15號塊施工時，主梁11～14號塊前端在前支點、后支點掛籃模型中的標高與索力變化情況。分析15號塊累計撓度變化可知，前、后支點掛籃的模擬僅對本節段的撓度變化有較大影響，對之前已施工的節段影響不大。

表1 15號塊前支點掛籃施工模擬撓度變化

表2 15號塊后支點掛籃施工模擬撓度變化

圖3為主梁15號塊前端截面在各施工階段下(當前施工階段下)前、后支點掛籃的撓度變化曲線兩者最大相差40 mm。結果分析表明，掛籃模擬方法的不同對施工過程和成橋狀態的線形有一定的影響。

圖3 15#前端位移變化對比

3.2 索力計算與對比

全橋共88對斜拉索。15號塊上的第15號索的索力變化圖(圖4)，不同的掛籃模擬方法計算結果最大相差只有42 kN。同理得到成橋狀態時的索力對比結果，最大相差小于0.9%。分析表明，不同的掛籃模擬方法對索力的影響很小。

圖4 15號索索力變化對比

3.3 主梁應力計算與對比

由計算可得到主梁在各施工階段下的截面應力變化情況。圖5、圖6為15號塊前端截面上、下緣的應力變化圖。分析可知，施工過程中15號塊具有相似的變化規律，按前支點掛籃模擬的截面上緣應力比按后支點掛籃模擬的小0.6 MPa，而截面下緣應力大1.0 MPa。

圖5 15#前端截面上緣應力變化曲線

圖6 15#前端l截面下緣應力變化曲線

4 結束語

通過分析比較斜拉橋牽索掛籃懸臂澆筑施工模擬的兩種方法，結果表明按前、后支點掛籃模型進行模擬分析，對斜拉橋成橋線形和截面應力有一定影響，對索力變化影響相對較小。因此在設計和施工時都應給予注意。施工監控[10]時要認真分析對比現場測試數據，及時調整模型的相關參數。保證最終成橋時斜拉橋線形的平順、成橋應力狀態滿足設計和規范要求。

[1] 邵旭東,顧安邦.橋梁工程[M].北京：人民交通出版社,2003.

[2] 覃耀柳.大跨度支架現澆斜拉橋施工控制技術研究[D]．成都：西南交通大學，2012．

[3] 宋俊偉.大佛寺長江大橋輕型牽索掛籃設計[J].橋梁建設, 2001(1)：28～31.

[4] 張建飛,胡強圣.前支點掛籃與后支點掛籃的設計與施工[J].四川建材,2014,40(2):2～4.

[5] 陳 科,劉 櫆.姚東大橋懸澆前支點掛籃施工技術[J].橋梁工程,2009(6)：2～4.

[6] 焦夢瑩.獨塔斜拉橋牽索掛籃有限元分析[D].合肥：合肥工業大學，2014．

[7] 殷 濤.斜拉橋牽索掛籃施工模擬計算與分析研究[J].安徽建筑工業學院學報,2013,21(6):2～3.

[8] 郭 霞.大跨度斜拉橋施工控制仿真計算分析[D].成都：西南交通大學,2009.

[9] 徐君蘭,項海帆.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交 通出版社,2000.

[10] 王 彬.斜拉橋的施工監控分析和仿真計算[D]．西安：西安建筑科技大學，2011．

2016-10-26；修改日期：2016-10-28

吳小榮(1991-)，男，浙江衢州 人，合肥工業大學碩士生．

U448.27

A

1673-5781(2016)05-0701-03