風荷載對掛籃的影響研究

趙亞麗

（中鐵十四局集團第四工程有限公司，山東 濟南 250002）

1 工程概況

長湖特大橋主橋全長321.50m，計算跨度為64m+96m+96m+64m。主梁采用變高度預應力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，中支點處截面最低點梁高7.885m，跨中6m直線段及邊跨19.75m直線段截面中心線處梁高5.285m，梁底下緣按二次拋物線變化。0#塊及邊跨直線段采用支架現(xiàn)澆施工，其余節(jié)段塊采用菱形掛籃施工。

菱形掛籃采用雙拼型鋼40截面；前后斜拉桿為雙槽28b截面；立桿采用雙拼型鋼40截面；內(nèi)外滑梁采用雙拼35截面；吊桿采用150mm×8mm吊帶與直徑為32mm的精軋螺紋鋼。長湖處于風口區(qū)，常年有風，對掛籃走行及線形控制影響較大。

在此背景下，文章采用SAP2000有限元設計軟件，主要分析掛籃走行過程中及走行到位調(diào)節(jié)模板時，風荷載對掛籃的強度、剛度以及穩(wěn)定性等工作的影響。通過SAP2000模型的結(jié)果，對掛籃進行抗風加固，并對加固后的掛籃在風力作用下的工作狀況進行分析，為以后類似的工程項目提供理論與實踐依據(jù)。

2 掛籃走行過程有限元分析

根據(jù)菱形掛籃設計的實際情況，掛籃走行到位側(cè)膜后端未施加約束時，風荷載下位移最大。通過釋放菱形架桿件梁端約束建立菱形掛籃模型，如圖1所示。

圖1 菱形掛籃有限元模型

為了得到菱形掛籃所受風荷載值，建立鋼板側(cè)面模板的簡化模型，鋼板長度、高度和寬度分別為7m、4.7m和10mm。

2.1 邊界約束

菱形架底端均設置固定約束，頂部桿件進行端部釋放，底模橫梁約束X、Y、Z位移。掛籃走行過程，側(cè)膜模板后端前后左右無約束，在模型中限制Z方向位移，側(cè)膜槽鋼桁架擱置在外滑梁上，采用桿件連接處理。

鋼模板體系在風荷載作用下，在下端施加重力方向約束。

2.2 施加荷載

本研究施加的荷載有自重荷載與風荷載兩種，長湖風力較大，根據(jù)最近100年風速統(tǒng)計，長湖最大風力為9級，風速取24.4m/s，則有：

式中：wp為風壓，kN/m2；ro為空氣密度，kg/m3；v為風速，m/s。

空氣密度ro和重度r的關系為r=ro·g，因此有ro=r/g[1]。在公式（1）中使用這一關系，得到：

式中：空氣重度r=0.01225kN/m3，緯度為45°處的重力加速度g=9.8m/s2，得到wp=0.5·r·v2/g=0.5×0.01225×24.42÷9.8=0.3721kN/m2。

荷載組合為1.2倍自重+1.4倍自重。

2.3 計算結(jié)果

根據(jù)SAP2000建模計算結(jié)果，掛籃最大荷載組合應力為205MPa，桿件最大位移為36mm。掛籃走行應力結(jié)果圖如圖2所示，走形Y方向位移圖如圖3所示。

通過SAP2000的建模分析結(jié)果說明，雖然掛籃的桿件最大應力及最大穩(wěn)定應力均沒有超過鋼材的屈服強度，掛籃也不會發(fā)生構(gòu)件及整體的穩(wěn)定破壞，但可能會因位移構(gòu)件與混凝土發(fā)生碰撞，導致混凝土局部發(fā)生破壞。因此，掛籃走行時應注意與混凝土和模板的間距并需要對掛籃實施加固措施，保證掛籃在風荷載作用下具有良好的工作狀態(tài)。

2.4 走行控制措施

掛籃走行前由現(xiàn)場工作人員對掛籃軌道進行詳細檢查。檢查內(nèi)容包括掛籃兩邊的走行軌道是否平行、坡度與頂面標高是否一致、掛籃軌道支撐與螺栓錨固情況是否良好、螺栓是否雙螺母、掛籃后支座側(cè)向剛度是否保證不會劃出軌道。掛籃走行過程中必須有專職安全員與技術人員對掛籃各部件進行隨時檢查與監(jiān)控，掛籃移動時后端必須有牢固可靠的防傾覆、防溜走的保護措施。

3 加固前掛籃工作性能有限元分析

圖2 掛籃走行應力結(jié)果圖

圖3 走行Y方向位移圖

根據(jù)菱形掛籃設計的實際情況，掛籃走行到位側(cè)膜后端與混凝土相連接，應對X、Y、Z位移施加約束，其他條件同上。建立加固前掛籃模型如圖4所示。

圖4 加固前掛籃模型

3.1 計算結(jié)果

根據(jù)SAP2000建模計算結(jié)果，掛籃最大荷載組合應力為64MPa，桿件最大位移為11.7mm。加固前應力結(jié)果圖如圖5所示，加固前Y方向位移圖如圖6所示。

3.2 測量控制

設計要求中心位置偏差≤10mm，風荷載影響略大于此值，測量時需做如下控制。

采用萊卡全站儀測量，測角精度為2″，測距精度為±（2mm+2ppm×D），精度完全滿足施工測量需要[2]。建立測量控制網(wǎng)時，沿橋梁兩側(cè)布設的控制點可以直接作為測站點或后視點使用。各基點定期進行復核，確保測量的精度和準確性。

圖5 加固前應力結(jié)果圖

圖6 加固前Y方向位移圖

調(diào)節(jié)模板采用全站儀進行坐標放樣。在放樣前，利用設計圖紙?zhí)峁┑钠角€參數(shù)，根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)圖各部位之間的尺寸關系計算出放樣點的設計坐標，輸入儀器進行精準定位放樣，調(diào)整模板左右偏位，先測量調(diào)整好底板平面位置及高程加固并保證模板穩(wěn)定不受風荷載影響后，再定位梁體上部兩側(cè)的翼板。

3.3 掛籃走行過程及注意事項

掛籃走行時將施工作業(yè)人員分成4個小組，每邊安排2組。統(tǒng)一由小組的工班長指揮走行，施工作業(yè)人員按工班長指揮順序同時往前拽拉倒鏈。同一邊掛籃兩側(cè)必須保持同速走行，以免造成掛籃扭斜無法走行。掛籃走行到位后，先將掛籃后錨用精軋螺紋鋼錨固好，然后從底板預留孔穿入錨桿并將其錨固，再安裝側(cè)模走行梁后吊桿，最后完成掛籃走行，底模與頂模可通過測量儀器調(diào)節(jié)模板施工。

4 結(jié)束語

文章通過有限元設計軟件SAP2000對長湖特大橋混凝土連續(xù)梁菱形掛籃的抗風情況進行了分析，發(fā)現(xiàn)施工中風荷載對掛籃產(chǎn)生的橫向位移以及走行及模板定位的線形控制有一定程度的影響，需進一步加強控制措施。通過走行構(gòu)件加固及檢查提高構(gòu)件整體穩(wěn)定性，全站儀測量監(jiān)控調(diào)整模板位置控制線形并做好澆筑前的復測工作，可消除掛籃施工風荷載影響的峰值位移和峰值應力，確保滿足規(guī)范要求。