龍 靖 王 洋

（重慶交通大學(xué)，重慶400074）

1 牽索掛籃施工方法

目前，牽索掛籃廣泛應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋的施工過程中。它利用待澆梁段斜拉索作為掛籃牽索支撐力，施工過程中將掛籃后端錨固在已澆梁段上，能充分發(fā)揮拉索的作用，由斜拉索和已澆梁段來共同承擔(dān)待澆梁段的混凝土荷載。待澆混凝土達(dá)到所需強(qiáng)度后，拆除斜拉索與掛籃的連接，使節(jié)段荷載轉(zhuǎn)換到斜拉索上，再前移掛籃。一般來說，3 次張拉斜拉索混凝土斜拉橋的施工工序如圖1 所示。

2 牽索掛籃建模方法對比

在進(jìn)行掛籃懸臂施工斜拉橋施工過程仿真計(jì)算分析時(shí)，從施工階段劃分來看，主要有3 種模擬方法：①2 步模擬，掛籃前移→澆筑混凝土、張拉預(yù)應(yīng)力和張拉斜拉索；②4 步模擬，掛籃前移→澆筑混凝土→張拉預(yù)應(yīng)力→張拉斜拉索；③8 步模擬，掛籃前移→立?！崩? 張→澆筑1/2 混凝土→斜拉索2 張→澆筑剩下1/2 混凝土→張拉預(yù)應(yīng)力→斜拉索3 張。目前，后支點(diǎn)掛籃懸臂施工斜拉橋常用前2 種模擬方法進(jìn)行施工過程仿真計(jì)算。

2.1 考慮牽索掛籃剛度的模擬方法

由圖1，在實(shí)際掛籃施工斜拉橋施工過程中，模板高程因斜拉索多次張拉、混凝土多次澆筑而多次發(fā)生變化。而常規(guī)考慮掛籃前移、混凝土澆筑、張拉預(yù)應(yīng)力和張拉斜拉索的模擬方法僅可以在一個(gè)梁段施工完畢后（即斜拉索3 張后）對施工工況進(jìn)行評價(jià)，無法對整個(gè)梁段中多個(gè)工況進(jìn)行比較，無法滿足施工控制的要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算時(shí)，應(yīng)該細(xì)化到單次張拉斜拉索、單次澆筑混凝土?xí)Y(jié)構(gòu)內(nèi)力、線形產(chǎn)生什么影響的程度，這樣才能對當(dāng)前施工工況進(jìn)行評價(jià)以及對接下來的施工進(jìn)行預(yù)測，達(dá)到施工控制的目的。

同時(shí)，在進(jìn)行施工控制計(jì)算時(shí)，需要考慮掛籃自重、掛籃剛度對結(jié)構(gòu)線形、內(nèi)力的影響。但由于掛籃構(gòu)造復(fù)雜，需要對牽索掛籃進(jìn)行簡化，將掛籃中錨桿和后錨桿的對應(yīng)位置作為掛籃的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)建立一個(gè)容重為0 的等效掛籃單元，同時(shí)應(yīng)該考慮到掛籃剛度的取值，可以通過實(shí)際掛籃預(yù)壓的數(shù)據(jù)來修正模型中掛籃剛度的取值；將節(jié)點(diǎn)集中荷載及彎矩作用于節(jié)點(diǎn)上來模擬掛籃自重。

具體模擬方法為：

（1）掛籃前移。本階段在模型中體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)集中荷載及彎矩的前移。鈍化上一個(gè)掛籃荷載，激活下一個(gè)掛籃荷載即可。

圖13 次張拉斜拉索混凝土斜拉橋施工工序

（2）立模。本階段是為了激活掛籃單元的節(jié)點(diǎn)，因?yàn)橹绣^桿錨點(diǎn)位置是作用于當(dāng)前梁段的，而此時(shí)梁段不存在。在模型中體現(xiàn)為激活主梁單元以及梁上斜拉索錨固點(diǎn)，同時(shí)激活當(dāng)前節(jié)段的掛籃單元；施加豎直向上的均布荷載以抵消當(dāng)前激活梁段的自重；并將當(dāng)前激活梁段與上一個(gè)梁段之間的梁端約束釋放掉。

（3）斜拉索1 張。激活斜拉索單元并賦予1 張索力。

（4）澆筑1/2 混凝土在模型中施加50%的豎直向下的梁段自重均布荷載。

（5）斜拉索2 張將1 張索力。替換為2 張索力。

（6）澆筑剩下1/2 混凝土。在模型中施加剩下50%的豎直向下的梁段自重均布荷載。

（7）養(yǎng)護(hù)后張拉預(yù)應(yīng)力。激活預(yù)應(yīng)力荷載。

（8）斜拉索3 張。將2 張索力替換為3 張索力。

2.2 不同建模方法的計(jì)算結(jié)果對比

以貴州省某一牽索掛籃懸臂施工混凝土斜拉橋?yàn)楸尘啊１尘肮こ虨橐凰汗探Y(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑組合為150m+300m+150m，全橋共計(jì)23×8 根斜拉索。主梁采用大懸臂單箱五室形式，C55 混凝土。主橋有限元模型如圖2 所示。

圖2 背景工程有限元模型

分別采用3 種不同的模擬方法對施工過程進(jìn)行了仿真分析，因篇幅所限，圖3 僅給出了按照3 種不同模擬方法得到的中跨1～23#主梁位移對比以及斜拉索索力對比。

圖3 3 種方法計(jì)算結(jié)果對比

由上圖可知，通過3 種不同模擬方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)仿真計(jì)算時(shí)，在成橋10 年工況下主梁線形最大相差2.5cm，索力最大相差不超過1%。對于線形結(jié)果對比，8 步模擬中因考慮了掛籃剛度，其累計(jì)撓度均比其他兩種模擬方法的撓度要小，也更加貼近于實(shí)際情況。但3 種方法線形最大差值僅為2.5cm，小于本背景工程的高程誤差允許值，都可用于計(jì)算施工預(yù)拱度值。同時(shí)，前面2 種模擬方法施工過程較少，計(jì)算量較小，但是無法得到更加細(xì)致的施工工況的結(jié)構(gòu)內(nèi)力及線形；8 步模擬雖過程較繁瑣，但可以對任意施工工況進(jìn)行評價(jià)及預(yù)測，達(dá)到施工控制的目的。

3 結(jié)論

在進(jìn)行前支點(diǎn)掛籃懸臂施工斜拉橋仿真計(jì)算時(shí)，采用2 步模擬、4 步模擬、8 步模擬這3 種模擬方法都可以計(jì)算出施工預(yù)拱度值；但前兩種方法無法得到施工中間過程線形變化情況，第3 種方法可以對任意施工中間過程進(jìn)行控制，且計(jì)算精度滿足要求，可用于前支點(diǎn)掛籃懸臂施工過程精細(xì)模擬分析。