行走狀態掛籃風荷載穩定性計算
——以孟家溝大橋為例

金安迪

（甘肅路橋建設集團有限公司，甘肅 蘭州 730000）

1 工程概況及施工工藝簡介

G309 線孟家溝大橋位于甘肅省蘭州市，結合測量結果來看，該橋梁的總長度為317m，橋跨布置為1×30m 簡支小箱梁+（65+120+65）m 懸澆預應力箱梁+1×30m 簡支小箱梁。下部結構為柱式墩、格構墩、凳式臺、鉆孔灌注樁基礎。

該橋梁就是使用了懸臂施工技術，在現場利用掛籃完成對混凝土的澆筑操作，實際施工便利性相對較高。注意在具體施工時要先做好懸臂安裝工作，確定施工位置，并應當展開對現場安全隱患的排查工作。施工人員應了解掛籃的組成結構，根據不同構件的形狀、位置，來確定在使用掛籃時，相關風荷載計算工作的側重點[1]。（圖1）

圖1 孟家溝大橋懸臂掛籃澆筑示意圖

2 掛籃行走狀態下最不利條件確定

對于縱橋向，其迎風面積明顯小于橫橋向，故不進行考慮。

而從橫橋向方面來看，受風面主要為模板，要考慮到風力、風向會對掛籃穩定性產生的影響。一般風荷載問題主要會作用在主桁架上，如果整體的懸臂裝置體型較大，為保證連續、順利的完成橋梁建設任務，必須要在前期設計施工圖紙、擬定施工計劃時，對風荷載的作用力進行準確計算[2]。

當施工人員開始移動掛籃時，應當根據懸臂結構的特點，考慮掛籃自重會對懸臂承載力產生的影響，還要關注模板的自重大小。一般來說，前上橫梁受力源自于底模模板自重。故在考慮最不利情況時，應選擇模板自重最大梁段進行計算，根據孟家溝大橋設計圖紙，2 號梁段模板自重最大，應當重點針對這個位置計算掛籃的空載和滿載數據，以此來保證移動過程中掛籃的穩定性和安全性。（表1）

表1 孟家溝大橋箱梁設計參數表

3 橫向風荷載計算方法確定

在目前山區橋梁的研究中，風荷載作用主要以《公路橋梁設計通用規范》JTG D60-2004)[3]和《建筑結構荷載規范》（GB50009-2012）[4]相關條款規定為計算依據。

如果是在山區地段進行橋梁施工建設，會由于周圍沒有高大建筑物的遮擋，受到風力的影響比較大。所以，使用懸臂技術時，必須要側重于展開風荷載計算。

《公路橋梁設計通用規范》取值：Fwh=K0K1K3WdAwh

Fwh：橫橋向風荷載標準值；K0：設計風速重現期轉化系數；

K1：風的陰力；K3：地理環境因素；Wd：設計基準風壓；Awh：橫向迎風面積。

《建筑結構荷載規范》取值：Wk=βzμsμzWo

Wk：標準荷載參數；βz：高度z 處風振系數；μs：風荷載體型；μz：風壓高度變化；Wo：風壓。

在展開數值計算工作時，應參照國家相關管理規定，通?？梢允褂玫膮⒖家幏队袃煞N，分別是：《公路橋梁設計通用規范》以及《建筑結構荷載規范》[5]。在本次計算中，為得到最保守取值，選用系數更大的《公路橋梁設計通用規范》進行計算。

4 計算過程

根據《公路橋梁設計通用規范》4.3.7 條規定：橫橋向風荷載其標準值Fwh=K0K1K3WdAwh

4.1 K0- 設計風速轉換系數

對于施工架設期橋梁，K0=0.75。

4.2 K1- 風載陰力系數

如果選擇建設實腹橋梁，則橋梁上部所受風荷載的數值計算方式如下：

式中B- 橋梁寬度（m）；

H- 梁高（m）。

4.3 K3- 地形、地理條件系數

根據地形、地理條件系數取值表，綜合孟家溝大橋實際地理條件，取峽谷口、山口K3=1.2。（表2）

表2 地形、地理條件系數表

4.4 Wd- 設計基準風壓

4.4.1γ- 空氣重力密度

γ=0.01207e-0.0001z

式中z 為距地面或水平面的高度。考慮孟家溝大橋最大墩高及2 號梁段模板高度，取z=65m（墩高54m，梁高7m）。

則，γ=0.01207e-0.0001×65=0.0119KN/m3。

4.4.2 Vd- 高度z 處的設計基準風速

Vd=K2K5V10

K2為考慮地面粗糙度類別和梯度風的風速高度變化修正系數，根據地表粗糙類別表及風速高度變化修正系數表，孟家溝大橋地表粗糙類別為B 級（田野、鄉村、叢林及低層建筑物稀少地區），離地面或水平高度取70m，對應風速高度變化修正系數K2=1.36。（表3、4）

表3 地表分類表

K5為陣風風速系數，對B 類地表，K5=1.38。

V10指的是基礎風速（m/s），在理想狀態下，應當按照自然風經過平坦、開闊地面的速度來計算。不同風速對懸臂施工的影響力不同，應統計當地近年來10min 內平均最大風速，結合相關規范完成計算后可以發現，蘭州地區V10=19.5。（表5）

表5 基本風速和風壓取值表

則，Vd=K2K5V10=1.36×1.38×19.5=36.598m/s。

4.4.3 g- 重力加速度

4.5 Awh- 橫向迎風面積

移動掛籃時，還要重點計算迎風面積。以橫向風為例，在計算時，要考慮掛籃結構、混凝土結構以及模板的迎風面積大小。模板面積取最大梁段處（2 號塊） 模板面積=B·H=7.33×3=22m2，桁架面積以最保守4m2估算取值，則橫橋向迎風面積=4+22=24m2。

根據上述計算，可得在最不利狀態下孟家溝大橋掛籃行走橫向標準風荷載為：

Fwh=K0K1K3WdAwh=0.75×1.856×1.2×0.8123×24=32.56KN

5 掛籃受力分析

掛籃橫向轉動的力矩由風荷載提供，大小為上述計算出的標準風荷載值，此荷載作用在掛籃上的力臂距離為前上橫梁距主桁架支點處的距離。本橋最大節段長度為3m，使用的掛籃其前上橫梁距主桁架支點處的距離按2 倍節段寬度，即6m 考慮。

風荷載通常會先將風壓施加給懸臂模板，再對掛籃和梁體結構產生作用力。施工人員要調控模板尺寸和需要澆筑的梁段尺寸，以避免在風荷載的作用下，導致整體結構的穩定性受到不良影響。（圖2）

圖2 菱形掛籃主桁架示意圖

表4 風速高度變化修正系數表

故風荷載對掛籃支點的力矩為：

6 結論

掛籃抵抗橫向轉動的力矩主要由主桁架后支點反扣輪和前支點橫向抗滑移槽鋼提供?？紤]掛籃抗傾覆系數至少取值為2，在孟家溝大橋懸臂梁澆筑施工時，應確保安裝的掛籃其反扣輪剪力與橫向抗滑移槽鋼提供的力矩至少為195.36KN·m 以上，才能保證行走需要。若遇多年不遇大風，則應待大風過后進行行走。