郝維索

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

0 前言

預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋主梁施工大多采用前支點(diǎn)掛籃懸臂澆筑施工工藝。同傳統(tǒng)后支點(diǎn)掛籃相比，前支點(diǎn)掛籃合理地利用斜拉索作為臨時(shí)支點(diǎn)，使掛籃結(jié)構(gòu)受力從懸臂狀態(tài)變?yōu)楹喼顟B(tài)，可以改善掛籃內(nèi)力和變形，減輕掛籃重量，具有承載能力大、澆筑節(jié)段長、施工速度快、主梁內(nèi)力和線形易于控制等優(yōu)點(diǎn)，已逐步成為混凝土斜拉橋主梁施工的主流方式。

為抵抗斜拉索的水平分力，需要在主梁和掛籃之間設(shè)止推裝置；止推裝置包括主梁止推機(jī)構(gòu)和掛籃止推機(jī)構(gòu)兩部分。通過兩者之間相互咬合連接，將斜拉索水平分力傳遞到已完成混凝土主梁上，從而阻止掛籃發(fā)生后退。止推裝置關(guān)系到主梁懸臂澆筑施工過程的受力和安全，是前支點(diǎn)掛籃系統(tǒng)的重要組成部分，也是前支點(diǎn)掛籃懸臂施工的關(guān)鍵技術(shù)之一。

掛籃止推機(jī)構(gòu)一般采用從掛籃鋼結(jié)構(gòu)主縱梁向上伸出鋼牛腿，形成掛籃止推底座；主梁止推機(jī)構(gòu)則通常有三種方式：（1）梁底開設(shè)凹槽；（2）梁底預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)止推塊；（3）連接拉桿。止推裝置屬于臨時(shí)施工措施，但它同斜拉橋主體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)；止推方式的選用不僅要考慮施工需要，還要考慮主體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和受力，包括主梁結(jié)構(gòu)形式、節(jié)段重量、拉索錨固等因素，以確保主梁在施工階段和長期使用的安全。

本文以某預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋?yàn)槔?，對前支點(diǎn)掛籃三種止推方式進(jìn)行了分析比較，在此基礎(chǔ)上，選擇適應(yīng)該橋特點(diǎn)的止推方式。該斜拉橋主要設(shè)計(jì)參數(shù)為：預(yù)應(yīng)力混凝土雙塔雙索面半飄浮體系斜拉橋，跨徑布置為（30+125+290+125+30）m，主梁采用預(yù)應(yīng)力混凝土雙邊箱斷面，全寬32.5 m，高度3.0 m，標(biāo)準(zhǔn)梁段長度和橫梁間距為5.5 m，節(jié)段重量約為440 t，懸臂施工節(jié)段共25個(gè)（見圖1、圖2）。根據(jù)施工監(jiān)控計(jì)算，在懸臂施工階段，單根斜拉索最大索力為460 t，其水平分力約為420 t。由于該橋節(jié)段重量、斜拉索力及其水平分力均很大，對前支點(diǎn)掛籃止推裝置提出了更高的要求。

1 梁底開設(shè)凹槽形式

在混凝土主梁梁底開設(shè)矩形凹槽，掛籃鋼牛腿向上插入凹槽內(nèi)，鋼牛腿頂緊凹槽混凝土壁形成止推，在凹槽周圍混凝土內(nèi)增設(shè)普通鋼筋并外包鋼板進(jìn)行局部加強(qiáng)。在止推力作用下，在凹槽端部形成局部承壓區(qū)，凹槽周圍混凝土局部應(yīng)力會(huì)很高。同時(shí)，主梁斷面削弱嚴(yán)重，雖然可以在施工后采取封堵措施，但由于后澆混凝土存在收縮徐變，修補(bǔ)后難以達(dá)到共同整體受力。

假定止推力為均布荷載，對寬度×深度＝30 cm×30 cm和60 cm×60 cm兩種凹槽尺寸進(jìn)行空間有限元分析，結(jié)果如圖3～圖6所示及表1所列。

分析結(jié)果顯示，凹槽周圍混凝土不論是壓應(yīng)力還是拉應(yīng)力均相當(dāng)高，可能會(huì)使混凝土局部破壞造成止推失效。由于鋼牛腿會(huì)發(fā)生一定的變形，止推力不可能為均布荷載，所以實(shí)際情況可能比計(jì)算結(jié)果更為不利。

梁底開設(shè)凹槽的止推形式傳力簡單直接，但局部應(yīng)力較高，對永久結(jié)構(gòu)削弱比較嚴(yán)重。在止推力較小的情況下可以考慮采用；如果止推力較大，其可靠性較差。

2 梁底預(yù)埋止推塊形式

鋼結(jié)構(gòu)止推塊預(yù)埋在主梁混凝土內(nèi)，梁底伸出鋼牛腿，與掛籃鋼牛腿頂緊形成止推。為克服彎矩和剪力，張拉精軋螺紋鋼筋或高強(qiáng)螺栓將鋼結(jié)構(gòu)止推塊壓緊。

圖1 橋梁立面圖（單位：cm）

圖2 主梁橫斷面圖（單位：cm）

圖3 30 cm×30 cm槽口主壓應(yīng)力云圖

圖4 30 cm×30 cm槽口主拉應(yīng)力云圖

對梁底止推塊進(jìn)行空間有限元分析，結(jié)果如圖7～圖9所示。

圖5 60 cm×60 cm槽口主壓應(yīng)力云圖

圖6 60 cm×60 cm槽口主拉應(yīng)力云圖

表1 槽口最大壓應(yīng)力和拉應(yīng)力一覽表

分析結(jié)果顯示，在預(yù)埋鋼板與混凝土接觸面處，存在高應(yīng)力區(qū)，最大主壓應(yīng)力-40 MPa，最大主拉應(yīng)力達(dá)38 MPa。通過增設(shè)豎向預(yù)應(yīng)力，可以使應(yīng)力適當(dāng)降低，但要消除該應(yīng)力則比較困難。

梁底預(yù)埋鋼結(jié)構(gòu)止推塊形式對永久結(jié)構(gòu)影響較小，混凝土應(yīng)力可以通過豎向預(yù)應(yīng)力進(jìn)行控制，所以這種止推方式應(yīng)用較為普遍；但如果止推力較大，用鋼量較大，需要配置的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋也較多，構(gòu)造布置較為困難。

圖7 有限元模型示意圖

圖8 主壓應(yīng)力云圖

圖9 主拉應(yīng)力云圖

3 連接拉桿形式

在主梁混凝土內(nèi)預(yù)留孔道，采用同拉索斜向交叉布置的拉桿將主梁與掛籃止推底座連接起來，利用拉桿水平分力平衡拉索水平分力。拉桿在主梁上也有兩種錨固方式：

（1）拉桿錨固在箱梁頂面：拉桿位于主腹板內(nèi)，采用兩根拉桿對稱布置在斜拉索兩側(cè)，梁頂錨固（見圖10、圖11）。拉桿采用40CrMo合金鋼，直徑100 mm，長度約9 m。由于拉桿錨固在梁頂，且對稱布置，受力較為合理，空間有限元分析表明，混凝土應(yīng)力較小。但是，由于拉桿長度太大，安裝施工很不方便；梁頂混凝土錨塊在施工后還需要鑿除處理，工作量較大。

（2）拉桿錨固在箱梁底板上：混凝土錨塊位于橫梁、底板和腹板角點(diǎn)處，每根拉索對應(yīng)一根拉桿，拉桿采用40CrMo合金鋼，直徑140 mm，長度約3.8 m，在掛籃上張拉施工?？臻g有限元分析表明，在錨塊與主腹板交界面處局部應(yīng)力稍大，最大主壓應(yīng)力峰值-14 MPa，最大主拉應(yīng)力峰值7.2 MPa，可以采用普通鋼筋加強(qiáng)處理（見圖12～圖14）。

通過分析比較，該橋推薦采用錨固在底板上的連接拉桿止推方式（見圖15）。這種止推方式受力合理、可靠，對永久結(jié)構(gòu)影響小，施工操作方便，尤其適用于止推力較大的情況。但應(yīng)注意協(xié)調(diào)處理好拉桿與拉索、預(yù)應(yīng)力之間的空間關(guān)系，同時(shí)采取措施使拉桿承受軸向力十分關(guān)鍵。

圖12 有限元模型示意圖

圖13 主壓應(yīng)力云圖

圖14 主拉應(yīng)力云圖

圖15 前支點(diǎn)掛籃及連接拉桿止推裝置示意圖

4 小結(jié)

通過對混凝土斜拉橋前支點(diǎn)掛籃三種止推方式進(jìn)行分析比較，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）止推裝置不僅關(guān)系到斜拉橋施工安全，而且對主體結(jié)構(gòu)的影響也不容忽視。

（2）止推方式應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和施工方案，在考慮對主體結(jié)構(gòu)影響的基礎(chǔ)上選用。

（3）對于某橋止推力較大的情況，采用錨固在橫梁、底板和腹板角點(diǎn)處的連接拉桿止推方式較為合理可行。