程 建 斌

(中铁三局集团第二工程有限公司，河北 石家庄 050031)

湘江特大桥主桥悬臂施工挂篮变形研究

程 建 斌

(中铁三局集团第二工程有限公司，河北 石家庄 050031)

以某桥悬臂施工的三角挂篮为依据，通过Midas有限元模拟对挂篮进行变形分析，并将理论分析结果分别与预压试验结果、施工控制实测结果进行对比，将由变形引起正在浇筑梁段标高的误差减到最低限度，为预测挂篮在后续梁段荷载作用的变形和正确计算连续梁挂篮悬臂施工立模标高提供了可靠依据。

连续梁，三角挂篮，预压试验，钢筋骨架

1 工程概况

湘江特大桥主桥(58 m+96 m+58 m)预应力连续梁跨越小岔河，下部为15号墩～18号墩。其中15号墩位于河堤外侧，16号墩位于河堤内侧，17号墩位于河道内，18号墩位于河堤内侧。全桥每个T构为12个对称浇筑梁段，中支点0号梁段长度11.0 m，悬灌梁段长度分成3.0 m，3.5 m和4.0 m，合龙段长2.0 m，边跨现浇段分别为15.75 m，13.20 m，最大悬臂浇筑块重1 216.5 kN。箱梁横截面为单箱单室直腹板，顶板厚32 cm，腹板厚分别为45 cm，57.5 cm，70 cm，底板厚由跨中的46 cm按圆曲线变化至中支点梁根部的95 cm。主梁节段划分图见图1。

纵向预应力束采用1×7-15.2-1860-GB/T 5224-2003预应力钢绞线，规格有15-7φ5与12-7φ5两种，全桥共有186束纵向预应力钢束。顶板束锚下张拉控制应力1 220 MPa，腹板束锚下张拉控制应力1 230 MPa，底板束锚下张拉控制应力1 260 MPa。钢束张拉方式为两端张拉。预应力管道摩阻系数：0.23；管道偏差系数取0.002 5。

2 挂篮变形分析计算

2.1 挂篮荷载计算及相关参数

变形计算中考虑的荷载如下：

1)混凝土自重：超灌系数取1.05，根据计算节段混凝土的设计重量按线性荷载形式施加于有限元模型。

2)挂篮自重：主要包括主桁架、悬吊系统、模板系统。

3)施工人员、施工机具及其他荷载：按2.5 kN/m2。

变形计算的荷载组合工况为：混凝土自重+挂篮自重。

2.2 挂篮结构空间分析计算

利用空间有限元软件Midas/Civil对挂篮结构进行受力分析，其中三角形主桁、横联、前横梁、前后托梁、内外滑梁、底模纵梁、纵梁横肋、吊杆等用梁单元模拟，底模板用板单元模拟。为更准确计算挂篮各杆件的位移从杆件连接和加载两方面采取措施来处理模型。根据挂篮各杆件的荷载传递路径，腹板荷载、底板荷载通过每节段的线性高度求得，并以线性面荷载的形式加载于底板上，顶板荷载、翼缘板荷载、内外模板系的荷载以均布荷载的形式分加载于内外滑梁上，通过这些措施尽量求得与实际荷载加载形式相一致的效果。

3 挂篮预压试验、结果分析

3.1 试验的目的

1)检查挂篮的加工及安装质量，确保悬臂施工的安全。

2)消除挂篮的非弹性压缩变形，更正确定弹性压缩的正确数值。

3)实测挂篮的弹性和非弹性压缩变形，根据测得的数据推算挂篮在各悬灌段的竖向位，为确定悬臂施工各梁段的预拱度值提供依据。

3.2 预压试验方法

挂篮预压试验工作在挂篮杆件拼装场地进行。主桁架在试验场平躺安装，两片相同的桁架相对，后端与中间均放底座，底座由两片加强型的Ⅰ32b组成，后端用扁担梁及2根φ32精轧螺纹钢锚固，扁担梁在前横梁前端的位置处进行拼装，采用1根φ32精轧螺纹钢对扁担梁进行连接，同时利用一台100 t的千斤顶顶压扁担梁，使其作用力通过φ32精轧螺纹钢传递给主桁架，如果两次试验的结果比较接近时即达到了预压效果。

试验荷载：由最大梁段和挂篮自重并考虑1.2的安全系数对挂篮进行预压，取每片桁架前端所承受的荷载为48 t。

3.3 预压试验的结果

挂篮预压结束后，对观测出的数据进行整理分析，得出挂篮弹性和非弹性变形值。

预压具体结果详见表1。

表1 主桁架预压记录表 cm

根据预压加载数值和每个测量监控点累计变形计算出的平均值绘制出挂篮主桁架的荷载—位移曲线，见图2。

通过对上述数据进行分析，得出荷载位移曲线的线性回归方程y=0.020 427 26x+0.694 679 85。回归曲线的计算过程已除了主桁架的非弹性变形的影响。

从模型中提取并理论得出的主桁架的受力数值代入线性回归方程，就可得到试验的主桁架变形值。表2为理论计算值和试验拟合值对比表。从表2中可以发现，基于试验的结果和理论计算值十分接近，理论计算数值偏大，这是由于挂篮在建模过程中未考虑主桁之间的联结系、模型的约束条件和现场实际约束存在偏差所致。主桁变形较小，说明主桁架刚度大，对保证铁路混凝土箱梁的浇筑质量非常有利。

表2 主桁架理论计算值和试验拟合值对比表

4 施工中对挂篮的变形控制分析

在现场施工中，影响挂篮变形的因素很多，包括挂篮本身的问题，如：挂篮整体系统的结构设计和安装质量等，也包括外部因素，如：施工中造成挂篮某些构件的变形、浇筑混凝土时挂篮连接部位松紧程度的变化、作业人员的施工习惯和梁段长度变化引起的应力荷载的变化等。因此，仅依靠试验结果和理论计算并不能确保整个施工过程监控的安全性，同时需要了解预压静载试验和实际施工过程中环境条件不一致造成的影响，然而开工后采用挂篮浇筑前几段悬臂梁段的施工正好提供了修正挂篮试验结果的良好条件。

4.1 回归方程的可行性可用悬臂梁前几段施工测量数据修正

桥梁的悬臂施工由于所设计的结构形式、跨度、主梁段的自重、预应力的大小和收缩徐变影响等因素，确定试验数据的修正值由几段梁段的施工实际测量数据作为参考，其可由结构软件计算得到。针对本桥，利用结构软件Midas进行结构计算。因为本桥的悬臂梁段计算数据比较多，现只简单列出梁段前6段梁端的位移计算数据，如表3所示。对于前6段，不管是施工当前段的高程变化情况还是施工当前段对已施工段造成的累积挠度值，基本均不大于2 mm。因此本桥可选取悬臂梁1号～6号段的施工实际测量数据用于修正挂篮变形曲线方程并指导桥梁的悬臂施工。

4.2 吊带变形计算

挂篮吊带采用Q345钢200×20板带，吊带的变形值计算公式：

式中：F——吊杆所受力；L——吊杆受力长度；E——吊杆所用钢材的弹性模量；A——吊杆截面面积。

前吊带的伸长值可根据受力用公式进行计算，也可从模型中进行提取；后吊杆的长度较短，伸长值较小，可以忽略不计。

表3 1号～6号段累积位移表

4.3 挂篮预测变形值的修正

表4列出了前6段施工时挂篮主桁架前端预压试验变形数值、实测数值和理论数值的对比结果。从表中可以看出，挂篮主桁架前端的试验变形数值、实测数值和理论数值的偏差都较小，已经可以满足实际施工桥梁桥面线形控制的精度要求。4.1节中显示了可取悬臂梁1号～6号段的施工实测数据用于修正调整挂篮曲线变形方程来保证施工的可行性。由于实际线形监控时，考虑到实际立模标高的误差及挂篮预测变形值对梁本线形及施工质量的影响，所以应当结合试验拟合值、计算值和实测值的对比差值并预留一定富余量，对挂篮的预测变形修正值进行确定。

表4 预压试验变形数值、实测数值和理论数值的对比 mm

5 结语

根据湘江特大桥主桥(58 m+96 m+58 m)预应力连续梁挂篮预压试验的分析结果，得出以下几点结论：

1)本次加载试验，挂篮的工作状态与正常进行循环施工时挂篮的工作状态有一定的差别，因此试验大致模拟了挂篮的受力状态，检验了挂篮主体结构，主要是承重系统的安全性，所取得的试验数据对以后的挂篮施工具有一定的参考意义。

2)对于本桥前6段，不管是施工当前段的高程变化还是施工当前段对已施工段造成的累积挠度较小，故可取悬臂梁1号～6号段的施工测量数据用于修正挂篮变形曲线方程来指导施工。

3)在立模标高的放样测量中，尽量消除人为操作引起挂篮的非弹性变形。

4)研究连续刚构梁桥施工中的挂篮变形，确保成桥结构的内力和线形,满足设计要求，避免出现意想不到的极端施工事故，充分保证了特大桥悬臂浇筑施工的顺利进行。

[1] 改建铁路石门至长沙铁路增建第二线工程施工图设计[Z].

[2] JTG D62-2004，公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[3] 范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社,1998.

[4] 向中富.桥梁施工控制技术[M].北京：人民交通出版社,2001.

Research on hanging basket deformation of Xiangjiang super large bridge main bridge cantilever construction

CHENG Jian-bin

(TheSecondEngineeringLimitedCompany,ChinaRailwayThirdBureauGroup,Shijiazhuang050031,China)

Based on the triangle hanging basket of a bridge cantilever construction, this paper made deformation analysis on hanging basket using Midas finite element simulation, and compared the theory analysis results with pre-pressure test result, construction control test results, made the deformation errors caused by pouring girder section elevation reduced to the minimum, provided reliable basis for the deformation of prediction hanging basket in follow-up girder section loads role and correctly calculation of continuous beam hanging basket cantilever construction formwork erection elevation.

continuous beam, triangle hanging basket, pre-press test, steel skeleton

1009-6825(2014)16-0216-03

2014-03-27

程建斌(1986- )，男，助理工程师

U445

A