方臻明 張建強(qiáng)

(1.平湖市公路管理段，浙江嘉興 314000; 2.安吉縣公路管理局，浙江安吉 313300)

1 橋梁概述

安吉縣省道某大橋上部結(jié)構(gòu)主橋?yàn)樽兘孛娆F(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，連續(xù)箱梁采用懸臂三角掛籃施工，三角掛籃分主桁、前、后橫梁、底籃縱梁、前托梁、后托梁、懸吊及模板，材料均采用Q235組合型鋼，懸吊和錨固等吊桿采用φ32精軋螺紋粗鋼筋，銷軸采用45號(hào)鋼。

2 計(jì)算參數(shù)

2.1 計(jì)算原則

按照J(rèn)TJ 025-86公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范容許應(yīng)力法計(jì)算，取臨時(shí)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)。

2.2 荷載取值

1)主梁混凝土容重:26 kN/m3;2)混凝土超載(脹模)系數(shù):1.05;3)人群及機(jī)具荷載:2.5 kPa;4)傾倒和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載:2.5 kPa;5)模板荷載:120 kN;6)風(fēng)荷載:0.5 kPa;7)溫度荷載:系統(tǒng)初始溫度20℃，最終升溫至40℃，降溫至10℃。

2.3 材料參數(shù)

規(guī)格:Q235;彈性模量:206 000 MPa;鋼材容許軸向應(yīng)力:140 MPa;鋼材容許彎曲應(yīng)力:145 MPa;鋼材容許剪應(yīng)力:85 MPa;熱膨脹系數(shù):0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規(guī)格:精軋螺紋鋼;彈性模量:200 000 MPa;軸向應(yīng)力設(shè)計(jì)值:770 MPa;熱膨脹系數(shù):0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規(guī)格:45 號(hào)鋼;彈性模量:206 000 MPa;鋼材容許軸向應(yīng)力:210 MPa;鋼材容許彎曲應(yīng)力:220 MPa;鋼材容許剪應(yīng)力:125 MPa;熱膨脹系數(shù):0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規(guī)格:40Cr;彈性模量:206 000 MPa;屈服強(qiáng)度:540 MPa，容許應(yīng)力:540/1.7=318 MPa;容許剪應(yīng)力:318/1.7=187 MPa;熱膨脹系數(shù):0.000 012;容重:78.5 kN/m3。

注:1)JTJ 025-86材料容許應(yīng)力按規(guī)范取值;根據(jù)第1.2.10條，臨時(shí)結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力應(yīng)乘以提高系數(shù)κ=1.3。2)40Cr材料參數(shù)按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》中的要求取值，容許彎曲應(yīng)力=屈服應(yīng)力/1.7，容許剪應(yīng)力=容許彎曲應(yīng)力/1.7，臨時(shí)結(jié)構(gòu)容許應(yīng)力應(yīng)乘以提高系數(shù) κ=1.3。

3 1號(hào)節(jié)段澆筑混凝土?xí)r掛籃的計(jì)算模型

選取掛籃施工最不利工況1號(hào)節(jié)段施工工況。

掛籃采用MIDAS Civil有限元軟件進(jìn)行空間建模分析，計(jì)算模型如圖1所示，共133個(gè)節(jié)點(diǎn)，151個(gè)梁單元，16個(gè)桁架單元，29個(gè)板單元。

圖1 空間建模分析計(jì)算模型

4 1號(hào)節(jié)段澆筑混凝土?xí)r掛籃的計(jì)算分析

4.1 底籃結(jié)構(gòu)參數(shù)及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果分析

底籃前托梁采用雙拼工字鋼45號(hào)，底籃后托梁采用雙拼工字鋼45號(hào)，底籃普通縱梁采用工字鋼24根25a，加強(qiáng)橫梁采用槽鋼10號(hào)，上鋪設(shè)5 mm厚6 m寬鋼板，所有構(gòu)件均采用Q235鋼。

梁單元組合應(yīng)力最大拉應(yīng)力為35.6 MPa、最大壓應(yīng)力為35.6 MPa，均小于抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 145 ×1.3=188.5 MPa，滿足規(guī)范要求。在單元局部坐標(biāo)系y軸方向，基本不產(chǎn)生剪力Qy。在單元局部坐標(biāo)系z軸方向，剪力Qz產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力為9.4 MPa，小于剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值85 ×1.3=110.5 MPa，滿足規(guī)范要求。

4.2 掛籃主支撐體系構(gòu)件參數(shù)及應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

主桁架采用2根40b槽鋼拼焊而成，橫向聯(lián)接桁架均采用槽鋼16，所有構(gòu)件均采用Q235鋼。

梁單元組合應(yīng)力最大拉應(yīng)力為138.6 MPa、最大壓應(yīng)力為140.6 MPa，均小于抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值 145 ×1.3=188.5 MPa，在單元局部坐標(biāo)系 x軸方向，產(chǎn)生的最大軸向拉應(yīng)力為43.3 MPa，最大軸向壓應(yīng)力為53.6 MPa，小于軸向應(yīng)力設(shè)計(jì)值140×1.3=182 MPa，在單元局部坐標(biāo)系z軸方向，剪力Qz產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力為 37.4 MPa，小于剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值 85×1.3=110.5 MPa，均滿足規(guī)范要求。

4.3 精軋螺紋鋼應(yīng)力和位移計(jì)算結(jié)果

精軋螺紋鋼直徑為32，最大軸向拉應(yīng)力為177.3 MPa，小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值770 MPa，滿足規(guī)范要求。

精軋螺紋鋼直徑豎向最大位移為22.3 mm，而由于節(jié)段混凝土自重、模板、支架等引起的豎向位移為19.9 mm，數(shù)值偏大，建議進(jìn)行加強(qiáng)，避免因?yàn)榫埪菁y鋼剛度不足引起位移控制偏差。

5 澆筑混凝土?xí)r掛籃銷軸校核計(jì)算

5.1 后斜拉帶與主梁的連接銷軸

后斜拉帶與主梁的連接銷采用φ100，銷子材質(zhì)為40Cr。銷子承受的最大剪力:

最大剪應(yīng)力:

銷子承受的最大彎應(yīng)力:

5.2 前斜拉帶與主梁的連接銷子

前斜拉帶與主梁的連接銷采用φ100，銷子材質(zhì)為40Cr。

銷子承受的最大剪力:

最大剪應(yīng)力:

銷子承受的最大彎應(yīng)力:

5.3 斜拉帶與立柱的連接銷子

斜拉帶與立柱連接銷采用φ100，銷子材質(zhì)為40Cr，銷子主要承受剪力，前、后斜拉帶對(duì)其造成的彎曲應(yīng)力極小，最大剪力與后斜拉帶與主梁的連接銷子φ100相同，所以銷子強(qiáng)度是安全的，此處無需校核。

5.4 主梁后錨

主梁后錨取最不利的荷載491.3 kN，采用φ32的精軋螺紋鋼。

最大軸向應(yīng)力:

6 掛籃空載前移時(shí)最不利情況下計(jì)算分析

掛籃空載前移動(dòng)時(shí)，最不利情況為內(nèi)滑梁處于最大的簡支狀態(tài)，主梁靠前支撐點(diǎn)和行走小車與主梁的連接銷兩個(gè)支點(diǎn)支撐。

行走小車自身各構(gòu)件、行走滑軌、錨定行走滑軌的軌道錨梁以及精軋螺紋鋼。本處選擇極為重要和較為薄弱的后錨部件進(jìn)行計(jì)算。

1)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果(不包括精軋螺紋鋼)。

梁單元組合應(yīng)力的最大拉應(yīng)力為23.9 MPa，最大壓應(yīng)力為39.2 MPa，小于抗拉和抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值145 ×1.3=188.5 MPa，滿足規(guī)范要求。在單元局部坐標(biāo)系z軸方向，剪力Qz產(chǎn)生的最大剪應(yīng)力為 64.4 MPa，小于剪應(yīng)力設(shè)計(jì)值 85 ×1.3=110.5 MPa，滿足規(guī)范要求。

2)精軋螺紋鋼應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。

精軋螺紋鋼直徑為32，最大軸向拉應(yīng)力為23.3 MPa，小于抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值770 MPa，滿足規(guī)范要求。

7 結(jié)論與建議

經(jīng)計(jì)算復(fù)核，三角掛籃的計(jì)算結(jié)果滿足規(guī)范要求。伴隨著國家公路迅速發(fā)展，對(duì)如何選擇合理的工藝，提高工程質(zhì)量，降低施工成本的需求越大，掛籃設(shè)計(jì)需要考慮安全可靠，受力合理，結(jié)構(gòu)輕巧，便于加工等。安吉某大橋正是其中典型，為跨江河等水上施工的橋梁建設(shè)提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出諸多可行性施工方案，為跨江河的公路橋梁發(fā)展作出了巨大貢獻(xiàn)。