跨电气化铁路干线连续梁桥悬臂施工挂篮整体受力状态分析

2011-01-15刘元烈赵鹏任博文

铁道建筑 2011年2期

关键词：挂篮悬臂受力

刘元烈，赵鹏，任博文

(陕西高速集团西潼改扩建项目管理处，陕西渭南 741000)

跨电气化铁路干线连续梁桥悬臂施工挂篮整体受力状态分析

刘元烈，赵鹏，任博文

(陕西高速集团西潼改扩建项目管理处，陕西渭南 741000)

某跨越高压电气化铁路干线的预应力混凝土连续梁桥采用悬臂浇筑法施工，其挂篮的安全性必须得到保证。本文通过空间有限元分析及预压试验，分别对挂篮设计状态受力的安全储备和使用时受力状态的安全储备进行了复核和检验。

菱形挂篮悬臂施工连续梁高压电气化铁路

1 工程概况

连霍高速公路某连续梁桥跨越高压电气化铁路干线，为了达到公路桥梁上部结构施工与铁路正常运营互不干扰，决定主梁采用悬臂浇筑法施工。对施工挂篮的具体要求有①施工挂篮应具有足够的强度、刚度及稳定性，保证结构施工安全;②施工过程中挂篮变形不宜过大，不得侵入铁路限界;③通常主梁合龙段处于铁路线路上方，为了确保施工安全，挂篮应在合龙段施工后倒退至安全限界外方可拆除;④挂篮施工应有完备的安全防护措施，包括防水、防火、防风、防电、防坠落等。

根据本桥实际情况，选择菱形挂篮进行施工，其构造简单、受力合理、作业面开阔、无平衡重走行、构造自锚可靠，施工方便。本桥施工菱形挂篮由主桁承重系、底篮、悬吊系统、锚固系统、行走系统、平台系统及模板系统等部分组成(见图1)。挂篮总重(含防护系统)按960 kN计，最大设计承载混凝土重量为1 990 kN。

2 挂篮受力空间分析

为了保证挂篮施工期间的结构安全，确保挂篮的强度、刚度及稳定性满足施工要求，设计计算应包括①挂篮主桁在混凝土浇筑时的强度、刚度和稳定性;②挂篮底篮、悬吊系统和锚固系统在混凝土浇筑时的强度和刚度;③挂篮空载走行阶段的抗倾覆稳定性;④挂篮后退阶段前后横梁的强度和刚度。

图1 菱形挂篮构造示意

结构计算采用杆单元和板单元建立空间杆系有限元模型，其中主桁杆件、横联、底篮纵横梁、纵向滑梁均采用梁单元，吊杆、吊带采用只受拉杆单元，底篮模板采用板单元来模拟(图2)。根据主梁节段划分情况，分别取节段最重的2号块和分段最长的8号块进行荷载分析，取其最不利荷载进行结构计算，计算结果见表1。

计算结果表明，在主梁混凝土浇筑及走行阶段，挂篮构件应力安全储备系数均>2.0，主桁前吊点最大位移14 mm，挂篮构件强度和整体刚度均满足规范要求，并有一定的富余度，有利于施工中对结构线形进行控制，保证施工质量。

后退阶段挂篮前横梁计算跨径变大，横梁截面计算最大应力96.08 MPa，对应竖向最大位移4.42 cm，安全储备系数1.96，结构受力和变形均满足施工要求。

图2 结构计算空间杆系模型示意

表1 挂篮验算结果一览

3 挂篮预压试验

在挂篮正式使用前应进行预压试验，可实现①检查挂篮设计、加工及安装质量，消除结构非弹性变形(销孔压缩变形);②测定各种工况条件下弹性变形及非弹性变形，为悬浇节段箱梁立模高程提供依据;③试验检测相关参数，为今后类似项目或进一步优化挂篮设计提供参考数据。

3.1 加载试验步骤

经综合比较，本次挂篮预压试验采用混凝土试块作为试验荷载。

本次试验最大荷载为最大悬浇节段结构荷载的120%，大小桩号两侧挂篮对称同步加载，两侧加载荷载总重4 760 kN。试验荷载采用施工单位自制的混凝土试块，将其均匀地吊至底模上，采用分级加载方式对挂篮进行加载和检测。单侧挂篮加载共分5级进行，荷载分级为0→25%额定荷载→50%额定荷载→80%额定荷载→100%额定荷载→120%额定荷载→持荷12 h→卸载。

3.2 试验结果

本桥施工挂篮实测结果显示:在加载至最大块段额定荷载时，挂篮的弹性变形为17.9 mm，塑性变形量为11.0 mm，总变形量28.9 mm;加载初期的塑性变形较大，加载到一定程度变形呈线性增长，表示塑性变形已消除。在试验过程中杆件和焊缝无异常变形和开裂现象出现。挂篮主桁杆件实测应力小于理论计算值，具有一定的安全储备。