向莆鐵路某特大橋施工掛籃的優(yōu)化設計

鄭乾城

（中鐵二十四局福建鐵路建設集團有限公司，福建福州350011）

向莆鐵路某特大橋施工掛籃的優(yōu)化設計

鄭乾城

（中鐵二十四局福建鐵路建設集團有限公司，福建福州350011）

在分析了某特大橋的工程特點的基礎上，可設計掛籃法懸臂灌筑施工流程；根據(jù)橋身截面變化的特點，選定了四種典型工況，基于構(gòu)件承載能力極限狀態(tài)理論和滿足結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求、運用Midas2006軟件并行處理，以平均應力發(fā)揮最大、結(jié)構(gòu)質(zhì)量最輕為目標，進行掛籃構(gòu)件優(yōu)化設計。該設計方法步驟簡單、操作方便、理念先進、目標性強，具有廣闊的應用前景。

特大橋；掛籃；工況；模型；優(yōu)化設計

1 工程概況

某特大橋為新建向莆鐵路跨320國道的雙線鐵路橋，孔跨布置為6×32m+（40m+64m+40m）+1×32m+2×24+5× 32m；其中主跨形式為40m+64m+40m現(xiàn)澆連續(xù)預應力混凝土箱梁，單箱單室、變高度、變截面箱梁，全長145.2米。全橋梁體混凝土強度等級為C55鋼筋混凝土，方量為1999m3。預應力采用公稱直徑15.2mm高強度低松弛鋼絞線95.3t和公稱直徑32mm的PSB830精軋螺紋鋼筋14.2t；梁體采用普通Q235鋼筋26.42 t、普通HRB335鋼筋311.31t。鐵路等級為Ⅰ級，橋上雙線直線，線間距4.6m；設計最高行車速度250km/h。

2 施工方案選擇

該橋跨徑大，橋下國道交通流量大，地形和地質(zhì)情況較復雜，橋梁橫截面為曲線形，施工對橋身撓曲變形要求高，擬采用掛籃法懸臂灌筑施工方案。施工流程如下：0＃塊托架拼裝→架預壓檢驗→0＃塊澆筑施工（梁體臨時錨固）→在0＃塊上拼裝掛籃及預壓→掛籃懸臂澆筑1#塊→懸臂澆筑n#塊→中跨合攏段施工→邊跨合攏段及現(xiàn)澆段施工。

圖1 懸臂梁掛籃施工流程圖

3 掛籃設計

3.1 截面形式設計

采用三角架斜拉式掛籃，縱梁橫向間距5.82m，前中吊點橫向間距4.78m，前邊吊點橫向間距為8.78m及 12.88m。截面布置如圖2所示。

圖2 掛籃截面布置圖

3.2 構(gòu)件選用

掛籃各構(gòu)件均采用Q235鋼材，腹板底部縱梁采用2 [25a，每側(cè)腹板4組，共8組；底板底部縱梁采用2[22a，共8組，擬定一組構(gòu)件形式如表1所示。如優(yōu)化目標不能在此組參數(shù)中實現(xiàn)，程序?qū)⒆詣舆M行構(gòu)件調(diào)整，直到實現(xiàn)優(yōu)化目標。

表1 掛籃構(gòu)件選用和截面參數(shù)表

4 運用Midas 2006進行計算

4.1 建立空間整體計算模型

各構(gòu)件除拉板和吊桿用桿單元模擬外，其余構(gòu)件均采用梁單元模擬；焊接構(gòu)件采取剛結(jié)形式，支點約束類型和空間計算模型如圖3所示。

圖3 空間整體計算模型

4.2 輸入工況荷載

4.2.1 工況類型。如表2所示。

表2 工況類型一覽表

4.2.2 工況荷載

（1）工況1：無需計算。

（2）工況2：懸澆首個3.0m

腹板處底?？v梁2[25a：混凝土荷載q=0.75×5.1×26.5/4組=25.4kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=28kN/ m取值。

底板處底?？v梁2[22a：混凝土荷載q=4.08×26.5/8組=13.5kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=15kN/m取值。

前內(nèi)模支架吊點：頂板混凝土q=2.2×3.0×26.5= 175kN/m；內(nèi)模支架自重按80kN計算。前后共4個吊點，每個吊點荷載為（175+80）/4=64kN。

側(cè)模前內(nèi)外吊點：每側(cè)翼緣混凝土q=1.2×3.0× 26.5=94.5kN/m，每個外側(cè)模自重：按60kN計算。箱梁每側(cè)前后各有模板內(nèi)吊點2個及模板外吊點2個共4個吊點，按均分荷載考慮，則每個吊點荷載為（95.4+ 60）/4=39kN。

側(cè)模后外吊點：計算荷載同側(cè)模內(nèi)外吊點。

（3）工況3：懸澆首個3.5m

腹板處底?？v梁2[25a：混凝土荷載q=0.75×4.5×26.5/ 4組=22.4kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=25kN/ m取值。

底板處底?？v梁2[22a：混凝土荷載q=3.25×26.5/8組=10.8kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=12.3kN/ m取值。

前內(nèi)模支架吊點：頂板混凝土q=2.2×3.5×26.5= 204kN/m，每個吊點荷載為（204+80）/4=71kN。

側(cè)模前內(nèi)外吊點：每側(cè)翼緣混凝土q=1.2×3.5×26.5= 111.3kN/m，則每個吊點荷載為（111.3+60）/4=43kN。

側(cè)模后外吊點：計算荷載同側(cè)模內(nèi)外吊點。

（4）工況4：懸澆首個4.0m

腹板處底?？v梁2[25a：混凝土荷載q=0.70×3.8×26.5/ 4組=17.6kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=20kN/ m取值。

底板處底模縱梁2[22a：混凝土荷載q=2.7×26.5/8組= 9.0kN/m，考慮底平臺上分配梁等荷載，按q=10.5kN/m取值。

前內(nèi)模支架吊點：頂板混凝土q=2.2×4.0×26.5= 233kN/m，每個吊點荷載為（233+80）/4=79kN。

側(cè)模前內(nèi)外吊點：每側(cè)翼緣混凝土q=1.2×4.05×26.5= 127.2kN/m，每個吊點荷載為（127.2+60）/4=47kN。

側(cè)模后外吊點：計算荷載同側(cè)模內(nèi)外吊點。

4.3 輸出結(jié)果

表3 工況2計算結(jié)果匯總表

前上橫梁后上橫梁縱梁立柱拉板底平臺2[25a縱梁2[22a吊帶后錨鋼筋后橫聯(lián)299.2 49.6 382.2 40.9 7.8 54.3 ----51.6 27.9 17.2 10.6 --92.9 35.5 98.7 118.1 88.1 132.9 90.4 167.6 238 --受力極小

表4 工況3計算結(jié)果匯總表

表5 工況4計算結(jié)果匯總表

4.4 計算結(jié)果分析

表6 三種工況中構(gòu)件應力最大值匯總表

從表6中可以看出，各構(gòu)件均小于Q235鋼材容許應力值，吊帶和后錨鋼筋的最大計算應力均小于精軋螺紋鋼筋斷裂應力750Mpa，具有較大的安全儲備。

該組構(gòu)件類型滿足了四種工況下的強度、剛度和穩(wěn)定性要求，也實現(xiàn)了優(yōu)化目標。

綜上所述，本文是Midas2006軟件在施工掛籃優(yōu)化設計方面的一種嘗試，從設計過程來看，該設計方法步驟簡單、操作方便、目標性強，是對傳統(tǒng)設計理念的一種創(chuàng)新和挑戰(zhàn)，具有廣闊的應用前景，但對于優(yōu)化目標和型鋼材料庫的完善方面，有待相關人員繼續(xù)深入研究。

[1]李照眾，王立彬，許國祥等.斜拉橋牽索掛籃有限元分析[J].南京林業(yè)大學學報（自然科學版），2009，（3）：121-124.

[2]鄭國江，高志勇.連續(xù)鋼構(gòu)特大橋懸臂施工三角掛籃仿真分析[J].公路交通科技（應用技術版），2009，（9）：132-133.

[3]王浩，劉芳平，肖光宏.貴州平寨特大橋掛籃設計與穩(wěn)定性分析[J].山西建筑，2009，（3）：305-306.

[4]顧安邦.橋梁工程（下冊）[M].北京：人民交通出版社，2000：43-44.

[5]李世茂.懸灌連續(xù)梁掛籃施工技術[J].華北水利水電學院學報，2009，（6）：30-34.

［責任編輯：熊榮生］

Optim ization Design of Certain Extra Large Bridge’s M ovable Suspended Scaffolding over New ly Built Xiang-Pu Railroad

ZHENG Qian-cheng
（China railway 24th bureau Fujian railway construction group Co.，Ltd，F(xiàn)uzhou 350011，China）

Analyzing the characteristic of a certain extra large bridge，the author designed the construction process of movable suspended scaffolding.According to the difference of cross section of the bridge，the author selected four typical examples.In accordance with the limit equilibrium method for loading capacity of structural parts Midas2006 software was used for the treatment.With the target of utilizing the greatest function of average stress and lightest weight of structure，this method of design is simple，convenient，advanced，clearly aimed and has a broad application prospect.

certain extra large bridge;movable suspended scaffolding;typical working condition;model; optimization design

TB21文獻標志碼：A文章編號：1671-9565（2010）02-033-03

2010-04-09

鄭乾城（1983-），男，福建泉州人，中鐵二十四局福建鐵路建設集團有限公司助理工程師，主要從事公路和橋梁工程方面研究。