連續(xù)梁橋懸臂施工掛籃局部受力狀態(tài)分析

李建安，梁 濤，楊 洋

(陜西高速集團 西潼改擴建項目管理處，陜西 渭南 741000)

1 掛籃構(gòu)造及特點

連霍高速公路某大橋為預應力混凝土連續(xù)梁橋，跨越電氣化鐵路主干線(隴海線)，為達到橋梁施工與鐵路正常運營互不干擾的目標，上部結(jié)構(gòu)采用懸臂澆筑法菱形掛籃施工。菱形掛籃由主桁承重系、底籃、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、平臺系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及防護系統(tǒng)等部分組成，見圖1。

圖1 菱形掛籃典型構(gòu)造示意

2 掛籃局部構(gòu)造要點

與一般鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計相似，掛籃結(jié)構(gòu)除了整體受力應滿足強度、剛度及穩(wěn)定性的要求外，構(gòu)件的局部受力也應滿足相關(guān)要求。在掛籃設(shè)計中，往往比較注意掛籃整體受力檢算，其安全儲備一般都滿足要求;而局部受力的安全儲備問題往往會忽略。掛籃結(jié)構(gòu)的局部受力往往決定掛籃實際的安全性能。

對于本橋菱形掛籃來說，其局部構(gòu)造特點如下:①掛籃主桁桿件采用銷接，桿端開孔通過銷軸與節(jié)點板等構(gòu)件相連，桿端和節(jié)點板的局部構(gòu)造應加強，銷軸應具有足夠的強度;②主桁前支點通過滑船與軌道滑梁接觸，滑船局部構(gòu)造應保證支點荷載均勻地傳遞至滑梁頂面，避免局部應力集中;③掛籃后錨點通過后錨梁采用精軋螺紋粗鋼筋與箱梁頂面豎向預應力筋連接錨固，后錨梁及主桁局部節(jié)點應具有足夠的強度和穩(wěn)定性;④掛籃走行狀態(tài)通過反壓滾輪扣在工字形滑梁上翼緣底面，是保證掛籃走行階段抗傾覆穩(wěn)定性的關(guān)鍵構(gòu)造，滑梁翼緣強度及局部穩(wěn)定性應滿足要求。

根據(jù)本橋掛籃的受力特點，文中采用實體有限元法分析了掛籃節(jié)點板和行走滑梁的局部受力狀態(tài)。

3 掛籃局部受力分析

3.1 主桁節(jié)點板局部受力

建立實體有限元模型對主桁后錨點節(jié)點板的受力進行分析。掛籃最大滿載狀態(tài)，節(jié)點板處主桁斜桿拉力為1 354.6 kN，水平桿壓力為1 058.9 kN。結(jié)構(gòu)計算模型如圖2所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性，取半結(jié)構(gòu)進行分析。

為了消除邊界約束條件的影響，在此僅考察節(jié)點立板和加強板的受力，圖3和圖4分別給出了其第一和第三主應力分布。可以看到，掛籃最大滿載狀態(tài)，節(jié)點板最大主拉應力266.2 MPa，出現(xiàn)在立板與斜桿銷軸接觸邊緣，大于Q235鋼材屈服強度。

節(jié)點板孔壁最大主壓應力184.4 MPa，小于Q235鋼材節(jié)點銷子的孔壁容許承壓應力273 MPa，滿足要求。節(jié)點立板最大主壓應力196.4 MPa，小于Q235鋼材屈服強度。

圖2 主桁節(jié)點板實體模型

圖3 節(jié)點立板和加強板第一主應力

圖4 節(jié)點立板和加強板第三主應力

3.2 行走滑梁局部受力

建立實體有限元模型對行走滑梁受力進行分析。掛籃行走狀態(tài)(見圖5)，行走滑梁承受的最大后錨反力為101.9 kN?；荷弦砭壥┘?倍最大后錨反力，以考察保證走行穩(wěn)定系數(shù)不小于2.0的情況下，滑梁翼緣根部的應力狀態(tài)。結(jié)構(gòu)計算模型如圖6所示，根據(jù)結(jié)構(gòu)對稱性，取半結(jié)構(gòu)進行分析。

圖5 行走小車及滑梁構(gòu)造示意

圖6 行走滑梁實體模型

圖7 行走滑梁第一主應力分布

圖7給出了行走滑梁在最大后錨反力作用下的第一主應力分布圖?？梢钥吹剑鹤畈焕芰ξ恢贸霈F(xiàn)在行走小車作用的翼緣根部，其最大主拉應力為245.2 MPa，大于Q235鋼材的屈服強度。設(shè)計行走滑梁采用20 mm鋼板焊接，翼緣根部角焊縫高度hf=10 mm，焊縫受力不能滿足要求。

3.3 構(gòu)件的局部補強

根據(jù)構(gòu)件局部分析的結(jié)果，對于局部應力超過材料屈服強度的應予補強，常用的補強方式有:加焊鋼板，增加鋼板有效厚度;增設(shè)加勁肋，避免薄壁構(gòu)件發(fā)生面外屈曲;對應力集中效應明顯處改善局部構(gòu)造;當結(jié)構(gòu)局部應力較大時，可改變構(gòu)件截面形式或更換較大規(guī)格的桿件。

對于上述節(jié)點板，孔壁局部拉應力超限，可通過在節(jié)點立板另一側(cè)增設(shè)加強板或增大加強板厚度的方式改善其受力;對于行走滑梁，其翼緣根部拉應力超限，可通過加強焊縫施工質(zhì)量，增大焊腳尺寸的方式改善焊縫受力狀態(tài)，但效果很可能是有限的，可進一步考慮將焊接工字梁改為相近規(guī)格的型鋼工字梁，其翼緣根部受力將更易得到保證。

4 結(jié)語

由于掛籃為施工階段臨時構(gòu)件，對于部分次要構(gòu)件，當按彈性理論進行的局部分析應力超過規(guī)范限值不多，且分布范圍較小時，可考慮有限地利用鋼材屈服后的塑性性能，而不對其進行補強，以期達到經(jīng)濟合理的要求。但是，對于掛籃主要受力構(gòu)件及可能影響施工安全的局部構(gòu)造，應具有足夠安全儲備，不應考慮其材料的塑性發(fā)展。

［1］王武勤.PC橋梁懸臂灌注施工掛籃的發(fā)展［J］.橋梁建設(shè)，1997(4):55-57.

［2］鐘銘，袁長卿.寬體式輕型掛籃設(shè)計［J］.華東公路，2002(6):24-26.

［3］梁志華.乍嘉蘇主線橋懸臂澆筑施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(6):10-12.