京德高速跨南水北調(diào)天津干線連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析

李好輝

規(guī)劃設(shè)計(jì) Planning and design

京德高速跨南水北調(diào)天津干線連續(xù)梁掛籃設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析

李好輝

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司，北京 101400）

隨著我國交通設(shè)施規(guī)模的逐步完善，涉及交叉工程時(shí)采用掛籃施工的工藝越來越頻繁，因此掛籃的選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及穩(wěn)定性問題較為突出。本文以京德高速跨南水北調(diào)天津干線(34+52+34)m變截面連續(xù)梁掛籃為背景，結(jié)合行業(yè)規(guī)范與設(shè)計(jì)圖紙，借助模擬分析軟件的手段，系統(tǒng)研究了掛籃結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)、材料選取、構(gòu)件力學(xué)特性以及穩(wěn)定性。該研究方法思路與成果為類似跨越工程的掛籃實(shí)施提供方法和依據(jù)。

京德高速；連續(xù)梁；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；穩(wěn)定性分析

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，交通建設(shè)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，鐵路、公路、地鐵及水利工程等基礎(chǔ)設(shè)施逐步完善，而在這些工程建設(shè)過程中發(fā)生交叉時(shí)，多數(shù)采取下穿隧道或者跨越橋梁的方式。在采用橋梁上跨結(jié)構(gòu)時(shí)，多選取懸臂澆筑掛籃施工技術(shù)。而在掛籃可承受施工過程中的荷載及梁體自重，能逐段向前移動(dòng)，是一個(gè)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的主要施工設(shè)備[1-3]。國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行了相關(guān)方面研究得出：承重結(jié)構(gòu)直接影響掛籃的類型，掛籃的主要構(gòu)造和受力特點(diǎn)分析時(shí)，需結(jié)合具體項(xiàng)目[4-5]。本文針對(duì)京德高速公路采用橋梁方式跨越南水北調(diào)天津干線連續(xù)梁掛籃進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與穩(wěn)定性分析，以確保實(shí)際施工過程中的結(jié)構(gòu)安全。

1 工程背景

京德高速公路采用橋梁方式跨越南水北調(diào)天津干線，跨越位置屬于上跨津霸鐵路分離立交橋的一聯(lián)，跨越方式采用(34+52+34)m變截面連續(xù)箱梁，施工方式采用掛籃懸澆施工，單幅橋面頂寬16.776m，底寬11，截面為單箱雙室，共分為14個(gè)對(duì)稱澆筑段和3個(gè)合龍段。

上部結(jié)構(gòu)主梁跨中梁高1.8m，根部梁高3.5m，梁底曲線按2次拋物線變化。中跨直線段長2m，邊跨直線段長6.92m。頂板板厚0.30m，底板板厚由跨中的 0.28m 變厚至根部的0.60m。邊、中腹板厚由跨中的0.50m變厚至根部的0.75m。

圖1.1 跨越南水北調(diào)連續(xù)梁段橋型布置圖

2 跨越南水北調(diào)天津干線掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與選取

基于連續(xù)梁的結(jié)構(gòu)組合、尺寸和施工工藝，選取菱形掛藍(lán)。該掛籃結(jié)構(gòu)的主桁上、下水平桿及立柱和前、后斜桿均采用2[36b普通熱軋槽鋼組成的方型截面桿件構(gòu)成；前、后上橫梁采用2工45b普通熱軋工字鋼；底模縱梁采用工HN400；內(nèi)滑梁采用2[36b普通熱軋槽鋼組成，在頂面采用鋼構(gòu)件焊接；外滑梁采用2[32b普通熱軋槽鋼；所有槽鋼之間采用綴板焊接。掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 掛籃結(jié)構(gòu)圖

(1)主桁：每幅掛籃由兩組主桁組成，兩組主桁間采用鋼桁架連接(簡稱平聯(lián))，形成整體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)體系。后錨梁由2[25b槽鋼組成，掛籃底模、內(nèi)外滑梁采用吊帶；前上橫梁由2[36b槽鋼組焊而成，其中，2個(gè)吊在外側(cè)模，2個(gè)吊在內(nèi)膜，4個(gè)吊底模。

(2)提吊系統(tǒng)：提吊系統(tǒng)包括前后橫梁(由2I40和2I45b工字鋼組成)和吊帶(精軋螺紋鋼)組成。

(3)模板系統(tǒng)：箱梁外側(cè)模采用長度3.5m大塊鋼模板，模板橫肋采用[10槽鋼，面板采用6mm鋼板，外框架由[12槽鋼組焊而成。外側(cè)模支承在外模走行梁上，走行梁用兩根I32b工字鋼組焊而成，后端通過吊桿懸吊在已澆好的箱梁頂板上(在澆筑頂板時(shí)設(shè)預(yù)留孔)，后吊桿與走行梁間的后吊架上裝有滾動(dòng)軸承，以確保外側(cè)模走行梁與外側(cè)模一起順著后吊架滑行。

底模由底模架和底模板組成，其中，底模架由底模縱梁和底模橫梁組成，底?？v梁采用HN400*200*6000mm焊接而成；底模橫肋采用[10槽鋼橫橋向制作而成。

(4)走行及錨固系統(tǒng)：①掛籃走行系統(tǒng)由軌道、反壓輪組成，走行軌道與箱梁需錨固連接。掛籃走行時(shí)，先安裝錨固在主桁外側(cè)平聯(lián)上的后下橫梁端部吊桿，接著拆除箱梁內(nèi)后下橫梁吊桿、再下放前上橫梁吊桿，完成底模平臺(tái)脫離梁體；掛籃外側(cè)模前后錨下放，將后錨轉(zhuǎn)換到滑梁吊架上后拆除后錨，即完成外側(cè)模脫離梁體；拆除后錨桿使反扣輪同時(shí)受力，采用千斤頂同時(shí)對(duì)稱牽引掛籃主桁至規(guī)定位置。②錨固系統(tǒng)：用Φ32精軋螺紋鋼和后錨扁擔(dān)梁把主桁后節(jié)點(diǎn)錨固在已完成梁段的豎向預(yù)應(yīng)力筋上。每片桁架用6根Φ32精軋螺紋鋼筋，單側(cè)掛籃用12根。

3 掛籃結(jié)構(gòu)主要材料與計(jì)算工況

3.1 主要材料屬性

為了方便后期對(duì)(34+52+34)m變截面連續(xù)箱梁掛籃結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算分析，根據(jù)《鐵路橋梁鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10091-2017)、《建筑施工計(jì)算手冊(cè)》、《鋼結(jié)構(gòu)》和梁體設(shè)計(jì)圖紙，特給出掛籃各主要構(gòu)件的材料屬性，如表1所示：

表1 掛籃結(jié)構(gòu)組成及主要材料型號(hào)規(guī)格

3.2 主要結(jié)構(gòu)構(gòu)件容許撓度值

計(jì)算模板、拱架及支架的剛度時(shí)，其容許撓度不得超過表2中規(guī)定值；根據(jù)表1并結(jié)合掛籃結(jié)構(gòu)尺寸，可確定掛籃各結(jié)構(gòu)的容許撓度值，如表3所示：

表2 容許撓度限值匯總表

表3 掛籃結(jié)構(gòu)各構(gòu)件計(jì)算容許撓度值匯總表

3.3 掛籃結(jié)構(gòu)計(jì)算荷載與工況

針對(duì)該變截面連續(xù)梁掛籃施工過程中的荷載類型和掛籃結(jié)構(gòu)，分析確定使用過程中掛籃的荷載系數(shù)、組合情況以及需要驗(yàn)算的主要工況，具體情況如下所示：

(1)荷載系數(shù)：考慮箱梁混凝土澆筑時(shí)脹模等系數(shù)的超載系數(shù)：1.05；掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù)1.3；澆筑混凝土和掛籃行走時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)：2.0；活載分項(xiàng)系數(shù)1.4；恒載分項(xiàng)系數(shù)1.2。

(2)荷載組合：混凝土重量+超載+掛籃自重+人群和機(jī)具荷載（組合I）；掛籃自重+沖擊附加荷載（組合II）。荷載組合I用于掛籃桿件承重系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算；荷載組合II用于掛籃走行前移計(jì)算。

(3)施工承載工況：掛籃澆筑施工承載時(shí)，主要分2種工況：掛籃澆筑2#塊混凝土澆筑但未凝固時(shí)受力和變形（工況1）和6#塊混凝土澆筑但未凝固時(shí)受力和變形（工況2）。

(4)空載走行工況：掛籃空載走行前移時(shí)，僅承受自重，校核掛籃的變形。

4 (34+52+34)m變截面連續(xù)箱梁掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算與穩(wěn)定性分析

4.1 典型工況計(jì)算

本文對(duì)(34+52+34)m變截面連續(xù)箱梁掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用Midas civil 2016進(jìn)行模擬分析，主要分析計(jì)算底籃系統(tǒng)、各個(gè)部分的縱橫梁、導(dǎo)梁以及錨固系統(tǒng)。以底藍(lán)系統(tǒng)為例進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算分析，表4表示底藍(lán)系統(tǒng)承受施工荷載時(shí)的工況1和工況2腹板縱梁的荷載取值；圖2表示掛籃底籃系統(tǒng)施加荷載和約束條件的計(jì)算模型。

表4 底籃系統(tǒng)施工承載取值表

工況1模型圖

工況2模型圖

圖2 底籃系統(tǒng)計(jì)算模型

通過分析計(jì)算可知：工況1情況下的底籃系統(tǒng)最大應(yīng)力出現(xiàn)在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為88.72MPa；最大位移出現(xiàn)在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為6.98mm，滿足規(guī)范要求。工況2時(shí)，底籃系統(tǒng)最大應(yīng)力出現(xiàn)在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為74.46MPa；最大位移出現(xiàn)在腹板下底籃縱梁中間位置，其值為6.12mm，滿足規(guī)范要求。

同理可得到，底藍(lán)系統(tǒng)空載、導(dǎo)向系統(tǒng)承載和空載情況下的最大應(yīng)力和變形，匯總?cè)绫?所示：

表5 底籃系統(tǒng)和導(dǎo)向系統(tǒng)兩種荷載情況下的最值統(tǒng)計(jì)表

4.2 抗傾覆安全計(jì)算

5 結(jié)束語

本文以京德高速跨南水北調(diào)天津干線連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)為依托，基于模擬分析軟件和鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)計(jì)算理論，進(jìn)行了掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選型和構(gòu)件驗(yàn)算、穩(wěn)定性分析。研究表明：

（1）跨線連續(xù)梁體的掛籃結(jié)構(gòu)選擇與橋梁跨徑、截面尺寸相關(guān)；

（2）對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析需要考慮承受施工荷載和空載兩種工況，并要對(duì)荷載給予適當(dāng)?shù)陌踩紤]；

（3）(34+52+34)m變截面連續(xù)箱梁掛籃結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件的應(yīng)力、變形及穩(wěn)定性均滿足要求。

[1]王輝.橋梁工程中的懸臂掛籃施工技術(shù)[J].交通世界,2020(17):132-133.

[2]張帆.懸澆梁掛籃施工質(zhì)量控制[J].科學(xué)技術(shù)與創(chuàng)新,2019(8):112-113.

[3]彭濤,王富強(qiáng).紅水河特大橋掛籃施工的精細(xì)化設(shè)計(jì)及仿真受力驗(yàn)算[J].西部交通科技,2020(06):50-54.

[4]俞清然.連續(xù)梁掛籃技術(shù)在鐵路橋梁施工中的探析[J].交通建設(shè),2019,17(2):240-241.

[5]駱飛.鐵路橋梁連續(xù)梁施工中掛籃控制的探究[J].建材與裝飾，2018(46):257-258.

李好輝 (1987.04- )，男，河南省洛陽人，工程師，本科，研究方向：土木工程。

TU7

A

1007-6344（2021）01-0304-32