郝维索

（上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海200092）

0 前言

预应力混凝土斜拉桥主梁施工大多采用前支点挂篮悬臂浇筑施工工艺。同传统后支点挂篮相比，前支点挂篮合理地利用斜拉索作为临时支点，使挂篮结构受力从悬臂状态变为简支状态，可以改善挂篮内力和变形，减轻挂篮重量，具有承载能力大、浇筑节段长、施工速度快、主梁内力和线形易于控制等优点，已逐步成为混凝土斜拉桥主梁施工的主流方式。

为抵抗斜拉索的水平分力，需要在主梁和挂篮之间设止推装置；止推装置包括主梁止推机构和挂篮止推机构两部分。通过两者之间相互咬合连接，将斜拉索水平分力传递到已完成混凝土主梁上，从而阻止挂篮发生后退。止推装置关系到主梁悬臂浇筑施工过程的受力和安全，是前支点挂篮系统的重要组成部分，也是前支点挂篮悬臂施工的关键技术之一。

挂篮止推机构一般采用从挂篮钢结构主纵梁向上伸出钢牛腿，形成挂篮止推底座；主梁止推机构则通常有三种方式：（1）梁底开设凹槽；（2）梁底预埋钢结构止推块；（3）连接拉杆。止推装置属于临时施工措施，但它同斜拉桥主体结构密切相关；止推方式的选用不仅要考虑施工需要，还要考虑主体结构的特点和受力，包括主梁结构形式、节段重量、拉索锚固等因素，以确保主梁在施工阶段和长期使用的安全。

本文以某预应力混凝土斜拉桥为例，对前支点挂篮三种止推方式进行了分析比较，在此基础上，选择适应该桥特点的止推方式。该斜拉桥主要设计参数为：预应力混凝土双塔双索面半飘浮体系斜拉桥，跨径布置为（30+125+290+125+30）m，主梁采用预应力混凝土双边箱断面，全宽32.5 m，高度3.0 m，标准梁段长度和横梁间距为5.5 m，节段重量约为440 t，悬臂施工节段共25个（见图1、图2）。根据施工监控计算，在悬臂施工阶段，单根斜拉索最大索力为460 t，其水平分力约为420 t。由于该桥节段重量、斜拉索力及其水平分力均很大，对前支点挂篮止推装置提出了更高的要求。

1 梁底开设凹槽形式

在混凝土主梁梁底开设矩形凹槽，挂篮钢牛腿向上插入凹槽内，钢牛腿顶紧凹槽混凝土壁形成止推，在凹槽周围混凝土内增设普通钢筋并外包钢板进行局部加强。在止推力作用下，在凹槽端部形成局部承压区，凹槽周围混凝土局部应力会很高。同时，主梁断面削弱严重，虽然可以在施工后采取封堵措施，但由于后浇混凝土存在收缩徐变，修补后难以达到共同整体受力。

假定止推力为均布荷载，对宽度×深度＝30 cm×30 cm和60 cm×60 cm两种凹槽尺寸进行空间有限元分析，结果如图3～图6所示及表1所列。

分析结果显示，凹槽周围混凝土不论是压应力还是拉应力均相当高，可能会使混凝土局部破坏造成止推失效。由于钢牛腿会发生一定的变形，止推力不可能为均布荷载，所以实际情况可能比计算结果更为不利。

梁底开设凹槽的止推形式传力简单直接，但局部应力较高，对永久结构削弱比较严重。在止推力较小的情况下可以考虑采用；如果止推力较大，其可靠性较差。

2 梁底预埋止推块形式

钢结构止推块预埋在主梁混凝土内，梁底伸出钢牛腿，与挂篮钢牛腿顶紧形成止推。为克服弯矩和剪力，张拉精轧螺纹钢筋或高强螺栓将钢结构止推块压紧。

图1 桥梁立面图（单位：cm）

图2 主梁横断面图（单位：cm）

图3 30 cm×30 cm槽口主压应力云图

图4 30 cm×30 cm槽口主拉应力云图

对梁底止推块进行空间有限元分析，结果如图7～图9所示。

图5 60 cm×60 cm槽口主压应力云图

图6 60 cm×60 cm槽口主拉应力云图

表1 槽口最大压应力和拉应力一览表

分析结果显示，在预埋钢板与混凝土接触面处，存在高应力区，最大主压应力-40 MPa，最大主拉应力达38 MPa。通过增设竖向预应力，可以使应力适当降低，但要消除该应力则比较困难。

梁底预埋钢结构止推块形式对永久结构影响较小，混凝土应力可以通过竖向预应力进行控制，所以这种止推方式应用较为普遍；但如果止推力较大，用钢量较大，需要配置的竖向预应力钢筋也较多，构造布置较为困难。

图7 有限元模型示意图

图8 主压应力云图

图9 主拉应力云图

3 连接拉杆形式

在主梁混凝土内预留孔道，采用同拉索斜向交叉布置的拉杆将主梁与挂篮止推底座连接起来，利用拉杆水平分力平衡拉索水平分力。拉杆在主梁上也有两种锚固方式：

（1）拉杆锚固在箱梁顶面：拉杆位于主腹板内，采用两根拉杆对称布置在斜拉索两侧，梁顶锚固（见图10、图11）。拉杆采用40CrMo合金钢，直径100 mm，长度约9 m。由于拉杆锚固在梁顶，且对称布置，受力较为合理，空间有限元分析表明，混凝土应力较小。但是，由于拉杆长度太大，安装施工很不方便；梁顶混凝土锚块在施工后还需要凿除处理，工作量较大。

（2）拉杆锚固在箱梁底板上：混凝土锚块位于横梁、底板和腹板角点处，每根拉索对应一根拉杆，拉杆采用40CrMo合金钢，直径140 mm，长度约3.8 m，在挂篮上张拉施工。空间有限元分析表明，在锚块与主腹板交界面处局部应力稍大，最大主压应力峰值-14 MPa，最大主拉应力峰值7.2 MPa，可以采用普通钢筋加强处理（见图12～图14）。

通过分析比较，该桥推荐采用锚固在底板上的连接拉杆止推方式（见图15）。这种止推方式受力合理、可靠，对永久结构影响小，施工操作方便，尤其适用于止推力较大的情况。但应注意协调处理好拉杆与拉索、预应力之间的空间关系，同时采取措施使拉杆承受轴向力十分关键。

图12 有限元模型示意图

图13 主压应力云图

图14 主拉应力云图

图15 前支点挂篮及连接拉杆止推装置示意图

4 小结

通过对混凝土斜拉桥前支点挂篮三种止推方式进行分析比较，可以得出以下几点结论：

（1）止推装置不仅关系到斜拉桥施工安全，而且对主体结构的影响也不容忽视。

（2）止推方式应根据桥梁结构特点和施工方案，在考虑对主体结构影响的基础上选用。

（3）对于某桥止推力较大的情况，采用锚固在横梁、底板和腹板角点处的连接拉杆止推方式较为合理可行。