橋梁施工中的特寬掛籃穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

趙 楠

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院)

橋梁施工中的特寬掛籃穩(wěn)定性設(shè)計(jì)分析

趙 楠

(新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院)

為了研究橋梁施工中的多片式寬體掛籃的穩(wěn)定性特點(diǎn)，以某四片式菱形寬體掛籃為研究對(duì)象，探討了掛籃構(gòu)件穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性特征。研究結(jié)果表明，依托工程掛籃構(gòu)件、局部穩(wěn)定性均滿足設(shè)計(jì)要求，能夠保證橋梁施工過程的安全性要求。

橋梁工程;寬體掛籃;整體;構(gòu)件;穩(wěn)定性

0 前言

掛籃懸臂澆筑施工法是變截面連續(xù)梁、連續(xù)剛構(gòu)橋常用施工方法。該方法具有施工速度快、易于質(zhì)量控制、施工安全性高、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于大跨徑梁橋施工中。由于交通量的增加，橋面設(shè)計(jì)寬度的不斷增大，對(duì)掛籃的要求越來越高。在橋面較寬時(shí)，為了保證整節(jié)段箱梁的澆筑施工，常用的雙桁架式掛籃不再適用，需要根據(jù)橋梁寬度增加主桁架數(shù)量，從而形成寬體掛籃。

寬體掛籃構(gòu)造與空間受力性能更為復(fù)雜，由于梁體自重大，掛籃自身的整體與局部穩(wěn)定性更為突出，設(shè)計(jì)稍有不慎，可能導(dǎo)致施工中的整體失穩(wěn)，造成重大安全性事故。本文依托工程采用四桁式寬體掛籃，國內(nèi)較為少見，設(shè)計(jì)無成熟資料參考，為保證施工的安全性，本文對(duì)掛籃進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)分析研究，探討寬體掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算特點(diǎn)。

依托工程為某市政道路上的三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，橋長260.3 m。主梁采用單箱三室大懸臂變截面PC連續(xù)箱梁，箱梁寬為28 m，支點(diǎn)高4.1 m，跨中高2.6 m。主梁劃分59個(gè)梁段，采用掛籃懸臂澆注法施工。其中掛籃懸澆塊段13對(duì)，0#、1#梁段長12 m，在墩頂及墩旁臨時(shí)支架上立模澆注;邊跨支架現(xiàn)澆梁段長9 m，邊中跨合攏段長2 m，其他懸澆梁段長3～5 m。

1 設(shè)計(jì)計(jì)算特點(diǎn)及主要參數(shù)

由于該主橋箱梁寬為28 m，設(shè)置為單箱三室結(jié)構(gòu)，從減輕掛籃自重考慮，采用桁架結(jié)構(gòu)形式，掛籃設(shè)計(jì)為菱形掛籃，根據(jù)箱梁腹板構(gòu)造設(shè)置4組主桁結(jié)構(gòu)，為減輕掛籃行走時(shí)的負(fù)重，掛籃施工行走分階段實(shí)現(xiàn)，先行走掛籃主體結(jié)構(gòu)(不包含除底籃模板外的其他模板結(jié)構(gòu))，再行走翼緣板和內(nèi)模模板結(jié)構(gòu)。

荷載控制設(shè)計(jì)各取3 m、4 m、5 m長的懸澆塊段作為掛籃控制計(jì)算和驗(yàn)算塊段，其結(jié)構(gòu)各主要參數(shù)取值如下。

(1)箱梁混凝土結(jié)構(gòu)容重取26 kN/m3;

(2)漲模系數(shù)取1.05;

(3)箱梁底板模板、箱內(nèi)腹板模板以及橫隔板模板荷載取5 kPa;

(4)箱梁翼緣板模板以及箱內(nèi)頂板模板荷載取12 kPa;

(5)振搗以及施工荷載取4.0 kPa。

2 計(jì)算方法及內(nèi)容

穩(wěn)定性分析包括構(gòu)件穩(wěn)定性及整體穩(wěn)定性分析。構(gòu)件穩(wěn)定性及剛度評(píng)價(jià)參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行，整體穩(wěn)定性分析采用空間數(shù)值分析程序進(jìn)行非線性屈曲分析。屈曲分析是一種用于確定結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定時(shí)的臨界荷載的技術(shù)。非線性屈曲分析比線性屈曲更精確，故常用于對(duì)實(shí)際結(jié)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)或估計(jì)中。該方法用一種逐漸增加荷載的非線性靜力分析技術(shù)來求得結(jié)構(gòu)開始變得不穩(wěn)定的臨界荷載。使用了非線性技術(shù)，模型中就可以包括諸如初始缺陷、塑性行為、大變形影響應(yīng)等特征。利用弧長法求屈曲荷載，施加一個(gè)比預(yù)測的屈曲荷載高出10%～20%的給定荷載，這樣可以得到一個(gè)對(duì)特征屈曲荷載較好的估計(jì)值。

3 成果分析與評(píng)價(jià)

3.1 構(gòu)件穩(wěn)定性

軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定的計(jì)算公式為

式中：N表示軸心壓力設(shè)計(jì)值;A表示構(gòu)件的毛截面面積;［σ］表示鋼材的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;φ表示軸心受壓構(gòu)件穩(wěn)定系數(shù)。

3.2 剛度評(píng)價(jià)

(1)平面桁架的整體剛度驗(yàn)算

掛籃中的平面桁架結(jié)構(gòu)在最不利荷載作用下的撓度w發(fā)生在上中橫梁上，數(shù)值為

可見，該掛籃整體剛度滿足要求。

(2)桿件的局部剛度驗(yàn)算

《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定各構(gòu)件的計(jì)算長細(xì)比在允許長細(xì)比限值內(nèi)。須滿足公式

式中：λ表示構(gòu)件最不利方向的長細(xì)比;l0表示相應(yīng)方向的構(gòu)件長度;i表示截面的回轉(zhuǎn)半徑。

主桁受拉構(gòu)件最大長細(xì)比54.1，小于容許值350，受壓構(gòu)件最大長細(xì)比52.4，小于容許值150。因此。各桿件剛度均滿足要求。

3.3 非線性屈曲分析

通過屈曲分析可見，掛蘭整體穩(wěn)定性很好，從主要節(jié)點(diǎn)的位移—時(shí)間曲線可見，穩(wěn)定安全系數(shù)均在10以上，因此，整個(gè)施工過程掛蘭是穩(wěn)定的。

4 結(jié)論

(1)寬體掛籃橫向?qū)挾容^大，構(gòu)造復(fù)雜，穩(wěn)定性突出，設(shè)計(jì)中不僅需考慮構(gòu)件拉壓穩(wěn)定性，特別要關(guān)注結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

(2)構(gòu)件穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果表明，主桁拉壓構(gòu)件穩(wěn)定性均滿足規(guī)范要求，最不利荷載作用下主桁架豎向變位僅有0.97 cm，剛度較大。

(3)主桁整體穩(wěn)定性分析表明，主桁架空間穩(wěn)定性很好，穩(wěn)定安全系數(shù)大于10，滿足施工穩(wěn)定性要求。

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U442

C

1008-3383(2012)07-0088-01

2012-04-13

趙楠(1973-)，男，新疆伊寧市人，高級(jí)工程師，從事橋梁勘察設(shè)計(jì)工作。