向莆铁路某特大桥施工挂篮的优化设计

郑乾城

（中铁二十四局福建铁路建设集团有限公司，福建福州350011）

向莆铁路某特大桥施工挂篮的优化设计

郑乾城

（中铁二十四局福建铁路建设集团有限公司，福建福州350011）

在分析了某特大桥的工程特点的基础上，可设计挂篮法悬臂灌筑施工流程；根据桥身截面变化的特点，选定了四种典型工况，基于构件承载能力极限状态理论和满足结构构造要求、运用Midas2006软件并行处理，以平均应力发挥最大、结构质量最轻为目标，进行挂篮构件优化设计。该设计方法步骤简单、操作方便、理念先进、目标性强，具有广阔的应用前景。

特大桥；挂篮；工况；模型；优化设计

1 工程概况

某特大桥为新建向莆铁路跨320国道的双线铁路桥，孔跨布置为6×32m+（40m+64m+40m）+1×32m+2×24+5× 32m；其中主跨形式为40m+64m+40m现浇连续预应力混凝土箱梁，单箱单室、变高度、变截面箱梁，全长145.2米。全桥梁体混凝土强度等级为C55钢筋混凝土，方量为1999m3。预应力采用公称直径15.2mm高强度低松弛钢绞线95.3t和公称直径32mm的PSB830精轧螺纹钢筋14.2t；梁体采用普通Q235钢筋26.42 t、普通HRB335钢筋311.31t。铁路等级为Ⅰ级，桥上双线直线，线间距4.6m；设计最高行车速度250km/h。

2 施工方案选择

该桥跨径大，桥下国道交通流量大，地形和地质情况较复杂，桥梁横截面为曲线形，施工对桥身挠曲变形要求高，拟采用挂篮法悬臂灌筑施工方案。施工流程如下：0＃块托架拼装→架预压检验→0＃块浇筑施工（梁体临时锚固）→在0＃块上拼装挂篮及预压→挂篮悬臂浇筑1#块→悬臂浇筑n#块→中跨合拢段施工→边跨合拢段及现浇段施工。

图1 悬臂梁挂篮施工流程图

3 挂篮设计

3.1 截面形式设计

采用三角架斜拉式挂篮，纵梁横向间距5.82m，前中吊点横向间距4.78m，前边吊点横向间距为8.78m及 12.88m。截面布置如图2所示。

图2 挂篮截面布置图

3.2 构件选用

挂篮各构件均采用Q235钢材，腹板底部纵梁采用2 [25a，每侧腹板4组，共8组；底板底部纵梁采用2[22a，共8组，拟定一组构件形式如表1所示。如优化目标不能在此组参数中实现，程序将自动进行构件调整，直到实现优化目标。

表1 挂篮构件选用和截面参数表

4 运用Midas 2006进行计算

4.1 建立空间整体计算模型

各构件除拉板和吊杆用杆单元模拟外，其余构件均采用梁单元模拟；焊接构件采取刚结形式，支点约束类型和空间计算模型如图3所示。

图3 空间整体计算模型

4.2 输入工况荷载

4.2.1 工况类型。如表2所示。

表2 工况类型一览表

4.2.2 工况荷载

（1）工况1：无需计算。

（2）工况2：悬浇首个3.0m

腹板处底模纵梁2[25a：混凝土荷载q=0.75×5.1×26.5/4组=25.4kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=28kN/ m取值。

底板处底模纵梁2[22a：混凝土荷载q=4.08×26.5/8组=13.5kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=15kN/m取值。

前内模支架吊点：顶板混凝土q=2.2×3.0×26.5= 175kN/m；内模支架自重按80kN计算。前后共4个吊点，每个吊点荷载为（175+80）/4=64kN。

侧模前内外吊点：每侧翼缘混凝土q=1.2×3.0× 26.5=94.5kN/m，每个外侧模自重：按60kN计算。箱梁每侧前后各有模板内吊点2个及模板外吊点2个共4个吊点，按均分荷载考虑，则每个吊点荷载为（95.4+ 60）/4=39kN。

侧模后外吊点：计算荷载同侧模内外吊点。

（3）工况3：悬浇首个3.5m

腹板处底模纵梁2[25a：混凝土荷载q=0.75×4.5×26.5/ 4组=22.4kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=25kN/ m取值。

底板处底模纵梁2[22a：混凝土荷载q=3.25×26.5/8组=10.8kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=12.3kN/ m取值。

前内模支架吊点：顶板混凝土q=2.2×3.5×26.5= 204kN/m，每个吊点荷载为（204+80）/4=71kN。

侧模前内外吊点：每侧翼缘混凝土q=1.2×3.5×26.5= 111.3kN/m，则每个吊点荷载为（111.3+60）/4=43kN。

侧模后外吊点：计算荷载同侧模内外吊点。

（4）工况4：悬浇首个4.0m

腹板处底模纵梁2[25a：混凝土荷载q=0.70×3.8×26.5/ 4组=17.6kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=20kN/ m取值。

底板处底模纵梁2[22a：混凝土荷载q=2.7×26.5/8组= 9.0kN/m，考虑底平台上分配梁等荷载，按q=10.5kN/m取值。

前内模支架吊点：顶板混凝土q=2.2×4.0×26.5= 233kN/m，每个吊点荷载为（233+80）/4=79kN。

侧模前内外吊点：每侧翼缘混凝土q=1.2×4.05×26.5= 127.2kN/m，每个吊点荷载为（127.2+60）/4=47kN。

侧模后外吊点：计算荷载同侧模内外吊点。

4.3 输出结果

表3 工况2计算结果汇总表

前上横梁后上横梁纵梁立柱拉板底平台2[25a纵梁2[22a吊带后锚钢筋后横联299.2 49.6 382.2 40.9 7.8 54.3 ----51.6 27.9 17.2 10.6 --92.9 35.5 98.7 118.1 88.1 132.9 90.4 167.6 238 --受力极小

表4 工况3计算结果汇总表

表5 工况4计算结果汇总表

4.4 计算结果分析

表6 三种工况中构件应力最大值汇总表

从表6中可以看出，各构件均小于Q235钢材容许应力值，吊带和后锚钢筋的最大计算应力均小于精轧螺纹钢筋断裂应力750Mpa，具有较大的安全储备。

该组构件类型满足了四种工况下的强度、刚度和稳定性要求，也实现了优化目标。

综上所述，本文是Midas2006软件在施工挂篮优化设计方面的一种尝试，从设计过程来看，该设计方法步骤简单、操作方便、目标性强，是对传统设计理念的一种创新和挑战，具有广阔的应用前景，但对于优化目标和型钢材料库的完善方面，有待相关人员继续深入研究。

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[5]李世茂.悬灌连续梁挂篮施工技术[J].华北水利水电学院学报，2009，（6）：30-34.

［责任编辑：熊荣生］

Optim ization Design of Certain Extra Large Bridge’s M ovable Suspended Scaffolding over New ly Built Xiang-Pu Railroad

ZHENG Qian-cheng
（China railway 24th bureau Fujian railway construction group Co.，Ltd，Fuzhou 350011，China）

Analyzing the characteristic of a certain extra large bridge，the author designed the construction process of movable suspended scaffolding.According to the difference of cross section of the bridge，the author selected four typical examples.In accordance with the limit equilibrium method for loading capacity of structural parts Midas2006 software was used for the treatment.With the target of utilizing the greatest function of average stress and lightest weight of structure，this method of design is simple，convenient，advanced，clearly aimed and has a broad application prospect.

certain extra large bridge;movable suspended scaffolding;typical working condition;model; optimization design

TB21文献标志码：A文章编号：1671-9565（2010）02-033-03

2010-04-09

郑乾城（1983-），男，福建泉州人，中铁二十四局福建铁路建设集团有限公司助理工程师，主要从事公路和桥梁工程方面研究。