中央索面斜拉橋前支點復合式掛籃施工技術

司義德，袁堂濤

(青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266100)

1 工程概況

背景工程為主橋為雙塔中央索面的塔梁剛接、塔墩分離的預應力混凝土斜拉橋，主橋全長340m，橋梁跨徑布置為80m+180m+80m，橋面寬度為26.5m，主梁截面采用的是閉口預應力等截面連續箱梁，采用C50混凝土，截面形式為單箱三室，主梁高度為2.65m。主塔采用C50混凝土，采用變截面形式，中央單柱式結構形式。橋梁的斜拉索是中央雙索面形式，每個塔柱左、右共12對，斜拉索采用扇面形式布置，斜拉橋錨固點橫橋向間距為80cm，跨中縱橋向間距為7.1m，邊跨8～11號斜拉索其縱向間距為4.7m，其他斜拉索縱向間距為7.1m。引橋采用移動模架現澆，主橋采用掛籃現澆，所選用的掛籃是前支點復合式掛籃，需掛籃4個，兩側同步對稱澆筑，這種掛籃的特點為兩側的行走鋼梁是用吊帶和底模連接，吊帶可通過千斤頂進行調整，這樣可更好地控制標高。

2 掛籃種類

掛籃根據不同標準可有如下分類。

1)根據掛籃主體材料可分為萬能桿件拼裝、貝類梁桿件組裝及型鋼加工等。

2)根據掛籃受力原理可分為斜拉索式、剛性模板式、垂直吊桿式等。

3)根據掛籃主要承重結構形式可分為桁架式、斜拉式、鋼板梁式及牽索式等，三角桁架式及菱形桁架式為較常用形式。

4)根據掛籃保持整體穩定的方式可分為全壓重式、全錨固式及半壓半錨式等。

5)根據掛籃前移方式可分為滾動式、滑動式及滾動滑動組合式等，其中根據施工工況及施工現場的可操作性等因素，以上幾種方法可分別采取1次行走到位或2次行走到位的前移方式。

6)根據掛籃支點錨固位置可分為前支點掛籃、后支點掛籃、前后支點組合式掛籃等。

本例工程結合橋梁的結構形式和現場施工條件，所選擇的是前支點復合式掛籃。

3 本例掛籃系統

1)承重系統 主縱梁貫穿于前后橫梁，并與斜拉索相連接，承受主要自重。

2)行走系統 待斜拉索三張以后，將掛籃的梁底部分錨固于已澆筑梁段上，兩側的行走鋼梁通過牽引往前移動到特定位置后固定，然后梁底的行走鋼梁和梁頂2個吊帶的吊點一塊往前行走，行走到特定位置后進行錨定。

3)錨固系統 用的是精軋螺紋鋼筋進行錨固，每次錨固時都達到相應要求。

本例掛籃用的是復合式前支點掛籃，與其他前支點掛籃不同的是，行走鋼梁端部用的是吊帶，操作簡單方便，具體的掛籃細部構造如圖1所示。

圖1 具體的掛籃細部構造

4 掛籃預壓

4.1 掛籃預壓目的

在實際澆筑混凝土前需對掛籃進行預壓，這樣可消除掛籃制作過程中的非彈性變形，保證施工過程中數據分析的準確性，同時還可保證掛籃在使用過程中的安全性，對預壓過程中出現的不安全因素進行調整加固。預壓時的荷載完全模擬實際澆筑過程中階段的最大梁重，通過實地測量在預壓過程中每個階段掛籃的數據變化，對掛籃的彈性變形進行確定，以及在預壓過程中出現的掛籃的結構受力問題進行及時改進完善。預壓過程中的荷載施加以及持荷時間要嚴格按掛籃的預壓方案進行，每一級的加載持荷時間≥30min，在最后加載到最大梁重的1.1倍后需持荷≥36h，每個工況下掛籃的撓度變化都需測量記錄以備分析數據，觀測均在每級荷載持荷完畢并補足相應等級荷載后進行。由于施工現場場地較充足，所以此例掛籃預壓所選用的方法是堆積砂袋。

4.2 掛籃預壓流程

掛籃安裝到位→掛籃預壓前準備→斜拉索第1次張拉→預壓50%的荷載→斜拉索第2次張拉→預壓100%的荷載→預壓110%的荷載→卸載至100%的荷載→卸載至50%的荷載→斜拉索調整到第1次張拉的索力值→斜拉索卸載為0→荷載全部卸載。在每一級加載時都需注意掛籃各結構的變化，同時要做到加載時保證縱橋向和橫橋向的對稱加載，兩端的最大不平衡配重不大于設計要求的20t，并對主要布測點進行標高測量，根據掛籃預壓方案進行操作。

預壓結束后需對預壓過程中出現的局部不合理處進行檢查或進行加固，保證在澆筑梁段過程中掛籃的安全性和穩定性。

5 有限元分析

前支點復合式掛籃主梁采用箱形結構，截面尺寸為1 400mm×2 000mm，其中直線段腹板厚10mm，內部設置10mm厚加勁板，設置25mm厚頂、底板；主縱梁前端曲梁腹板厚20mm，內部加勁板厚均為16mm；中吊點、擋塊部分均采用20mm鋼板；材質均為Q345B；掛籃設置前橫梁和后橫梁，以增加結構的橫向剛度，采用工字組合鋼梁結構，高1.6m，寬0.5m，頂板厚25mm，腹板厚10mm；次縱梁采用工字組合鋼梁結構，高1.2m，寬0.5m，頂板厚20mm，腹板厚10mm；底縱梁采用H型鋼H400×200，鋪設在橫梁上用于支立掛籃底模；側模采用整體排架結構。利用有限元軟件MIDAS/Civil進行建模分析，主縱梁、行走鋼梁和前后橫梁等都采用梁單元，斜拉索采用桁架單元。將梁段自重分不同工況進行模擬施加，結合面荷載和節點荷載共同模擬，如圖2，3所示。

圖2 掛籃有限元模型

圖3 掛籃應力

通過有限元軟件MIDAS/Civil模擬預壓過程中的不同施加順序，模擬施工過程中最不利工況，梁段最重的塊段自重385t。模擬了掛籃預壓過程中的不同工況，分析可得掛籃各階段的應力都在容許應力范圍內，對于局部應力集中處在拼裝掛籃時進行加固。為了確保施加壓重過程中的安全，應當加強管理措施，嚴格控制對稱平衡加載，保證掛籃受力均衡。仿真分析中各工況下應力和撓度變化值如表1所示。

表1 有限元模型掛籃各工況下應力和撓度變化值

由表1中數據可看出，掛籃各部件的最大應力是在主縱梁處208MPa，小于容許應力值，滿足規范要求。此種復合式前支點掛籃的受力特點復雜，在模型數據分析中可看出主縱梁在各工況中的變化浮動最大，說明斜拉索的作用明顯，同時兩邊的變化幅度明顯小于主縱梁，這種掛籃的橫向剛度需加強，也就體現了吊帶作用。由于復合式掛籃的受力分析復雜，在有限元模擬預壓過程中與實際的掛籃預壓存在誤差，在實際施工過程中應根據模型加強局部位置，同時也應根據實際數據來修正模型中的相關數據，相互參考，相互校核。

6 掛籃預壓數據分析

對掛籃預壓過程中各測點的標高進行測量，A，B，C，D，E分別代表上游翼緣板處、上游底模、中間底模、下游底模、下游翼緣板處的測點位置，整理數據如表2所示。

表2 掛籃預壓數據分析 mm

由掛籃的預壓試驗數據可知，掛籃底板標高在預壓過程中的每個荷載工況下的變化，通過每一級的加載，逐漸消除掛籃的非彈性變形(立?？蛰d的標高與最后斜拉索索力為0標高的差值)，等全部預壓結束后，也可計算出掛籃的彈性變形(加載到110%荷載的標高與最后斜拉索索力為0標高的差值)，這些數據可使實際梁段的立模標高更精確。主縱梁位置處的標高變化比兩邊稍高，這是由于斜拉索的直接作用，也是這種掛籃的結構特點，所以在確定最終立模標高和在澆筑混凝土過程中需特別注意，也需采取一些措施，根據實際情況澆筑一定混凝土時，調整兩邊吊帶的高度來控制，使得在澆筑完混凝土時使得最終底模平齊(見圖4)。

圖4 掛籃預壓各測點標高變化

對比掛籃主縱梁的實際預壓數據和MIDAS/Civil有限元分析數據整理如表3和圖5所示。

通過對比主縱梁處的標高變化值，可看出實際掛籃的變化值與模型的變化值存在差異，這也說明掛籃的實際剛度大于模型中的剛度，說明偏安全，變化趨勢一致，所以在實際施工中合理可行。

表3 掛籃主縱梁撓度變化值 mm

圖5 掛籃主縱梁撓度變化值對比

7 結語

1)由于中央索面斜拉橋結構的特殊性，在施工過程中也需根據實際情況進行掛籃選擇，為了充分利用斜拉索的作用，現在普遍選用牽索式掛籃，同時這也是一種復合式結構，受力復雜，但同時使得施工方便與快捷。由于這種掛籃的受力復雜，所以在對這種掛籃選擇時需用有限元進行模擬，有限元模擬可分析整體結構及局部受力特點，在實際梁段澆筑時進行有效的加固指導。

2)通過對這種復合式掛籃的預壓數據分析可知，主縱梁處底板標高在施工過程中的變化并不是和兩邊的底板標高一致，由于斜拉索作用，主縱梁的浮動較大，所以這也就給施工中立模標高的確定帶來麻煩，好在兩邊行走鋼梁通過吊帶作用于底板，對底板的標高有可調范圍。所以在實際立模過程中應當參考實際掛籃預壓的變化情況，以中間主縱梁來調整立模標高，同時掛籃的預壓對主縱梁和兩側標高的變化差值也給了數據依據，所以可在第2次張拉完后根據掛籃的實際情況進行吊帶提升，使得在全部澆筑完混凝土后底模的標高相同，這樣充分體現了掛籃預壓的指導意義。當然每個掛籃在實際拼裝過程中不可能完全相同，具體掛籃具體分析，應以掛籃預壓的數據指導實際混凝土澆筑。同時，需與模型中的數據相互校核，除去個別誤差進行修正來指導施工。