陳召鋼 CHEN Zhao-gang

（中鐵二十五局集團(tuán)第四工程有限公司，柳州 545007）

1 項(xiàng)目背景及工程概況

柳州市沙塘至走馬道路渾水河大橋跨越通行河道，橋梁起訖里程為K3+266.5~K3+524.5，橋跨布置35m+（51+85+48）m+35m，橋梁全長258m，其中主橋墩為2#、3#墩。主橋連續(xù)梁采用懸臂施工法變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，箱梁橋面寬度為13.5m，底板寬度為7m，最大高度為5.1m，最小高度為2.3m。左右幅共計(jì)110塊段，4個(gè)T構(gòu)，其中0#塊長度為11m，塊段重為648.9t，12#塊為合攏段，長度為2m，塊段重48.44t。

圖1 主橋橋型布置圖

2 主要施工順序

在完成0#塊砼澆筑、預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿后，1～11號段采用掛籃懸臂澆筑，采用菱式掛籃懸臂灌注法施工，外模模板采用定型組合鋼模板，內(nèi)模采用木模板。梁體混凝土強(qiáng)度等級采用C50，封錨采用C50收縮補(bǔ)償混凝土。

3 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掛籃由桁架系統(tǒng)、后錨系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)及行走系統(tǒng)等系統(tǒng)組成，整體重40.61t。

①桁架系統(tǒng)。主桁采用三角形桁式。主桁架箱形截面構(gòu)件采用由2[40b普通熱軋槽鋼構(gòu)件，各桿件間采用銷接式連接。平聯(lián)采用雙拼10號角鋼。后錨采用雙拼20#b工字鋼。前上橫梁采用45#b工字鋼雙拼焊接；前下橫梁、后下橫梁均采用36#b工字鋼雙拼焊接。

②后錨系統(tǒng)。由精軋螺紋鋼、小橫梁、連接件、升降齒輪千斤頂?shù)冉M成。

③模板系統(tǒng)。底模及外側(cè)模使用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板焊接拼接而成，內(nèi)模頂板底模采用標(biāo)準(zhǔn)模板加調(diào)節(jié)模板焊接拼接而成，內(nèi)模側(cè)模和齒板模采用木模拼接組成，方便適時(shí)調(diào)整尺寸，外翼緣板采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板加定制倒角鋼模焊接拼接而成，端頭采用鋼板封端。側(cè)模骨架采用［10槽鋼，背肋采用［6.3槽鋼，面板板為5mm厚的鋼板。

④懸吊系統(tǒng)。內(nèi)外?；赖鯒U及錨固均采用φ32mm精軋螺紋鋼，前橫梁吊桿采用采用φ32mm精軋螺紋鋼。底?？v梁采用25b工字鋼，上鋪［10槽鋼做分配梁，面板為5mm厚的鋼板。

⑤行走系統(tǒng)。由行走輪、鋼枕、反壓輪、保護(hù)錨固及拖移收緊設(shè)備組成，鋼枕采用2I25b工字鋼。

4 掛藍(lán)結(jié)構(gòu)檢算

4.1 計(jì)算內(nèi)容

為了確保掛籃的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性滿足施工要求，對本橋施工掛籃結(jié)構(gòu)安全進(jìn)行檢算。采用MIDAS/Civil軟件建立空間桿系有限元模型進(jìn)行分析，結(jié)合施工手冊等資料進(jìn)行校核。檢算主要內(nèi)容如下：

①掛籃主桁在單次最大體量混凝土澆筑時(shí)的剛度、強(qiáng)度和穩(wěn)定性；②掛籃底籃、懸吊系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)在單次最大體量混凝土澆筑時(shí)的剛度和強(qiáng)度；③掛籃底模和側(cè)模的強(qiáng)度和剛度；④主桁節(jié)點(diǎn)板和銷軸的強(qiáng)度；⑤掛籃走行時(shí)后錨結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。

4.2 計(jì)算參數(shù)

4.2.1 材料參數(shù)

掛籃桁架、縱橫梁、托梁、后托梁及模板等采用Q235B組合型鋼，吊桿采用φ32精軋螺紋鋼筋，錨固構(gòu)件采用φ32精軋螺紋鋼筋，銷子采用40Cr鋼。鋼材設(shè)計(jì)強(qiáng)度參照《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG D64-2015取值：Q235鋼抗彎、抗拉和抗壓強(qiáng)度值[f]=215MPa，抗剪強(qiáng)度值[fv]=125MPa；Q345鋼抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度值[f]=310MPa，抗剪強(qiáng)度值[fv]=180MPa；精軋螺紋鋼設(shè)計(jì)強(qiáng)度參照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2012），強(qiáng)度設(shè)計(jì)值取650MPa。

4.2.2 荷載取值

掛籃結(jié)構(gòu)從以下幾方面的主要荷載考慮進(jìn)行驗(yàn)算：

①梁體混凝土自重，容重按26kN/m3計(jì)；②混凝土超量（裝模誤差、跑模、脹模、頂?shù)装搴穸绕睿┫禂?shù)：1.05；③混凝土澆筑時(shí)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的荷載：對側(cè)模4.0kPa，對水平面模板2.0kPa；④作業(yè)人員及機(jī)具自重產(chǎn)生的活荷載：對直接支撐模板取2.5kPa，計(jì)算直接支撐模板的梁時(shí)取1.5kPa；⑤傾倒混凝土對側(cè)模沖擊產(chǎn)生的水平荷載取6.0kPa；⑥掛籃走行沖擊系數(shù)：1.2。

4.2.3 其它

①單個(gè)懸臂混凝土最大自量112.63噸（1#塊）；②掛籃構(gòu)件自重：68噸；③自錨固系統(tǒng)安全系數(shù)：2.0；④掛籃抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：≥2.0。

4.3 掛藍(lán)主結(jié)構(gòu)檢算

4.3.1 荷載分析

混凝土梁底板荷載主要是通過底籃普通縱梁作用在掛籃上，腹板荷載主要通過加勁縱梁作用在掛籃上，頂板荷載主要通過內(nèi)滑梁作用在掛籃上，翼緣板荷載主要通過側(cè)模吊梁作用在掛籃上，底部防護(hù)平臺自重主要通過精軋螺紋鋼筋直接作用在底籃前后底橫梁上。

4.3.1.1 底籃普通縱梁處荷載分析

掛籃底模面板（其他構(gòu)件重量已計(jì)）按2934.32kg考慮，底模面積7*4m2。

表1 底?？v梁荷載1

4.3.1.2 底籃加強(qiáng)縱梁處荷載分析

表2 底?？v梁荷載2

4.3.1.3 側(cè)?？v梁荷載分析

澆注1#塊時(shí)：

箱梁一個(gè)翼板的重量：G1=1.38×3×26×1.05=113kN

一邊側(cè)模自重：G2=61.85kN

振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa

轉(zhuǎn)化為重量為：G3=（2+1.5）×3×3.25=34.13kN

側(cè)模重量強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：1.2*G1+1.2*G2+1.4*G3=257.6kN

側(cè)模重量剛度計(jì)算時(shí)：G1+G2+G3=209kN

澆注6#塊時(shí)：

箱梁一個(gè)翼板的重量：G1=1.38×3.5×26×1.05=131.86kN

一邊側(cè)模自重：G2=61.85kN

振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa

轉(zhuǎn)化為重量為：G3=（2+1.5）×3.5×3.25=39.8kN

側(cè)模重量強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：1.2*G1+1.2*G2+1.4*G3=288.2kN

側(cè)模重量剛度計(jì)算時(shí)：G1+G2+G3=233.51kN

掛籃行走最不利時(shí)：

掛籃一邊側(cè)模全部重量強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：F1=1.2*61.85=74.22kN

掛籃一邊側(cè)模全部重量剛度計(jì)算時(shí)：F1=61.85kN

4.3.1.4 內(nèi)模托梁荷載分析

澆注1#塊時(shí)：

箱梁頂部砼通過內(nèi)模傳給單條滑梁的最大荷載：

G1=1.07×3×26×1.05=87.63kN

內(nèi)模自重傳給單條滑梁的荷載約為：G2=21.5kN

振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa

轉(zhuǎn)化為重量為：G3=（2+1.5）×3×2.8=29.4kN

單根滑梁承擔(dān)內(nèi)模重強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：1.2*G1+1.2*G2+1.4*G3=172.12kN

單根滑梁承擔(dān)內(nèi)模重剛度計(jì)算時(shí)：G1+G2+G3=138.53kN

澆注6#塊時(shí)：

箱梁頂部砼通過內(nèi)模傳給單條滑梁的最大荷載：

G1=1.07×3.5×26×1.05=102.24kN

內(nèi)模自重傳給單條滑梁的荷載約為：G2=21.5kN

振搗荷載2kPa，施工荷載1.5kPa

轉(zhuǎn)化為重量為：G3=（2+1.5）×3.5×2.8=34.3kN

單根滑梁承擔(dān)內(nèi)模重強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：1.2*G1+1.2*G2+1.4*G3=196.51kN

單根滑梁承擔(dān)內(nèi)模重剛度計(jì)算時(shí)：G1+G2+G3=158.1kN

掛籃行走最不利時(shí)：

掛籃單條滑梁承擔(dān)內(nèi)模自重強(qiáng)度計(jì)算時(shí)：F=1.2*21.5=25.8kN

掛籃單條滑梁承擔(dān)內(nèi)模自重剛度計(jì)算時(shí)：F=21.5kN

4.3.2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

4.3.2.1 建立模型

掛籃為菱形掛籃，菱形主桁桿采用2[40b加補(bǔ)強(qiáng)板焊接成的桿件構(gòu)成，前頂橫梁由2I45b普通熱軋工字鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底模前、后橫梁由2I45b普通熱軋工字鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底?？v梁由I32a普通熱軋工字鋼組成，外模吊梁由雙2[36b普通熱軋槽鋼組合截面構(gòu)成，內(nèi)模吊梁由2[36b普通熱軋槽鋼組成的截面桿件構(gòu)成，底模吊帶由2×φ32精軋螺紋鋼組成。主要結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2。

圖2 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型

4.3.2.2 荷載施加

由上面荷載計(jì)算可知：底籃的最大荷載發(fā)生在澆筑1#塊，內(nèi)外側(cè)模的最大荷載發(fā)生在澆筑6#塊時(shí)，為了計(jì)算各個(gè)構(gòu)件的最不利情況，在此計(jì)算時(shí)將底模、內(nèi)外側(cè)模發(fā)生的最大荷載作用于掛籃上。

①腹板下的縱梁受力：

1#塊澆筑工況：強(qiáng)度計(jì)算面荷載為158.8kN/m2，腹板寬0.7m，共5片縱梁承受，則每片承受的均布荷載為：q1=158.8×0.7/5=22.23kN/m；剛度計(jì)算面荷載為136.8kN/m2，腹板寬0.7m，共5片縱梁承受，則每片承受的均布荷載為：q1=136.8×0.7/5=19.2kN/m；

6#塊澆筑工況：強(qiáng)度計(jì)算面荷載為108.5kN/m2，腹板寬0.7m，共5片縱梁承受，則每片承受的均布荷載為：q1=108.5×0.7/5=15.19kN/m；剛度計(jì)算面荷載為89.7kN/m2，腹板寬0.7m，共5片縱梁承受，則每片承受的均布荷載為：q1=89.7×0.7/5=212.56kN/m。

②底板下的縱梁受力：

1#塊澆筑工況：強(qiáng)度計(jì)算面荷載26.9kN/m2，底板寬5.6m共13片縱梁承受，每片承受的均布荷載：q2=26.9×5.6/13=11.6kN/m；剛度計(jì)算面荷載21.65kN/m2，底板寬5.6m共13片縱梁承受，每片承受的均布荷載：q2=21.65×5.6/13=9.33kN/m；

6#塊澆筑工況：

強(qiáng)度計(jì)算面荷載20.7kN/m2，底板寬5.6m共13片縱梁承受，每片承受的均布荷載：q2=20.7×5.6/13=8.926kN/m；剛度計(jì)算面荷載16.45kN/m2，底板寬5.6m共13片縱梁承受，每片承受的均布荷載：q2=16.45×5.6/13=7.1kN/m。

③外側(cè)模吊梁受力：

澆筑最不利情況是6#澆筑工況：強(qiáng)度計(jì)算荷載為288.2kN，共6片框架，每個(gè)框架承受的集中力為（考慮均由工作導(dǎo)梁承受）F1=48kN（兩根梁除以2為24kN）；

剛度計(jì)算荷載為233.51kN，共6片框架，每個(gè)框架承受的集中力為（考慮均由工作導(dǎo)梁承受）F1=38.92kN（兩根梁除以2為19.46kN）；走形最不利工況是吊梁全跨簡支，強(qiáng)度計(jì)算小集中力F2=12.37kN（兩根梁除以2為6.2kN），剛度計(jì)算小集中力F2=10.3kN（兩根梁除以2為5.2kN）。

④內(nèi)側(cè)模吊梁受力：

澆筑最不利是6#澆筑工況：

強(qiáng)度計(jì)算荷載為196.5kN，共6片框架置于內(nèi)模走行梁上，走行梁與滑梁通過3個(gè)滾輪接觸，每個(gè)接觸點(diǎn)承受的集中力為F4=65.5kN。

剛度計(jì)算荷載為158.1kN，共6片框架置于內(nèi)模走行梁上，走行梁與滑梁通過3個(gè)滾輪接觸，每個(gè)接觸點(diǎn)承受的集中力為F4=52.7kN。

走形最不利工況是吊梁全跨簡支，強(qiáng)度計(jì)算小集中力F5=8.6kN，剛度計(jì)算小集中力F5=7.2kN。

4.3.3 結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

①底?？v梁。澆筑工況如圖3。

圖3 底?？v梁的位移云圖（mm）（前端的主桁架撓度為7.3mm）

②底橫梁。澆筑工況如圖4。走行工況如圖5。

圖4 前底橫梁位移云圖（mm）（前端的主桁架撓度為7.3mm）

圖5 后底橫梁位移云圖（mm）（后吊點(diǎn)底部豎向位移為18.7mm）

③主桁架澆筑工況圖6。

圖6 主桁架位移云圖（mm）

4.3.4 計(jì)算結(jié)果分析

從上述內(nèi)容可知，主桁架應(yīng)力計(jì)算結(jié)果來看，可以看出兩根拉桿的應(yīng)力中，前端斜桿壓應(yīng)力較大為74MPa，而且最長，長度是6.9m，需要進(jìn)行壓撓穩(wěn)定檢算。

截面面積A=166.2（cm2）

截面最小回轉(zhuǎn)半徑i＝13.84cm，自由長度是690cm，那么λ＝690/13.84＝49.86，按Q235b類截面查表可得

φ＝0.85，那么長斜桿的折算應(yīng)力是

74MPa/0.85＝87.1MPa（強(qiáng)度設(shè)計(jì)值[f]=215MPa，使用應(yīng)力適當(dāng)）。

主桁架前端的最大撓度為7mm＜20mm（可）。

主桁架各個(gè)桿件的最不利計(jì)算結(jié)果見表3。

表3 主結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

4.4 其他構(gòu)件計(jì)算

4.4.1 主桁架連接計(jì)算

桿件的連接計(jì)算中不計(jì)彎矩影響，而只考慮軸向力的影響。

①銷子受力驗(yàn)算。

從上面的計(jì)算可知，主桁架桿件所受的最大軸力為933kN。桿件與結(jié)點(diǎn)之間采用銷子φ110連接，銷子兩面受剪，所承受的最大剪力為933/2=466.5kN。

單銷子抗剪承載力設(shè)計(jì)值為：

②主桁架桿件受銷子的擠壓應(yīng)力。

節(jié)點(diǎn)板受銷子的擠壓應(yīng)力

③主桁架桿受拉撕裂驗(yàn)算。

④主桁架BC桿與豎桿連接焊縫驗(yàn)算。

已知BC澆筑時(shí)最大拉力為933kN，一側(cè)節(jié)點(diǎn)板上所受拉力為933/2=466.5kN。新加節(jié)點(diǎn)板與原節(jié)點(diǎn)板焊接高度hf=14mm，角焊縫抗拉、抗剪強(qiáng)度值fwf=160MPa

側(cè)面角焊縫計(jì)算長度lw1=291-14+351.6-14=614.6mm

端面角焊縫計(jì)算長度lw2=500mm

4.4.2 軌道連接板上的抗剪螺栓計(jì)算（走行時(shí)后錨計(jì)算）

由計(jì)算可知，在掛籃前移時(shí)后錨的上拔力為225kN?，F(xiàn)按兩個(gè)軌道連接板作用，其上的螺栓數(shù)量為6個(gè)，螺栓直徑20mm，有效截面面積314mm2，抗剪能力為：F=316×6×140×2=527.5kN（在軌道腹板兩側(cè)各放一塊連接板，增加螺栓剪切面）。

4.4.3 澆筑工況后錨固計(jì)算

由計(jì)算可知，在掛籃澆筑時(shí)后錨的上拔力為665.6kN。采用六根φ32mm的精軋螺紋鋼錨固，其錨固軸向抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為650MPa。

4.4.4 走形工況后錨固計(jì)算

走形最不利時(shí)軌道間隔1000mm，錨固一根φ32豎向精軋螺紋鋼，走形時(shí)由多根鋼筋共同受力。在最不利的情況時(shí)，按一根鋼筋單獨(dú)作用，直徑為32mm的精軋螺紋鋼軸向抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為650MPa：

4.5 檢算結(jié)論

綜上檢算可知，掛藍(lán)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)符合相關(guān)規(guī)范的要求，滿足施工需要。

5 結(jié)語

掛籃制作完畢后，按照設(shè)計(jì)圖紙對掛籃各構(gòu)件從用料、加工、制作，尤其是對主要桿件焊接及螺栓連接處重點(diǎn)檢查檢測，確保強(qiáng)度、剛度符合要求，發(fā)現(xiàn)問題要及時(shí)糾正和整改。在掛籃安裝好后，對掛籃進(jìn)行預(yù)壓。根據(jù)現(xiàn)場施工條件和實(shí)際情況，采用土袋法按70%、100%、120%梯度分級加載。分級加載次數(shù)和加載量盡量與梁段實(shí)際接近。本橋主橋懸澆梁采用常見的菱形掛藍(lán)施工，安全、優(yōu)質(zhì)、快速、有序地完成了施工任務(wù)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益及技術(shù)效益，可結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，合理選用。