涪江五桥斜拉桥主梁前支点挂篮设计及仿真计算

刘长卿

(中交一公局第四工程有限公司, 南宁 530031)

涪江五桥斜拉桥主梁前支点挂篮设计及仿真计算

刘长卿

(中交一公局第四工程有限公司, 南宁 530031)

介绍了四川省涪江五桥斜拉桥主梁前支点挂篮主体结构，设计采用不同的结构形式，在保证平台刚度和强度的前提下，减轻了平台的重量，此结构构造简单，受力明确，采用大模板结构，混凝土外观质量明显改观，有效的控制了主梁线形，缩短了施工周期。通过TDV RM2006和ANSYS结构软件对挂篮主体设计结构进行建模仿真计算，结果表明此挂篮结构完全满足结构受力要求，构造简单，便于操作，为类似工程设计提供参考。

斜拉桥；主梁；前支点挂篮

0 引 言

涪江五桥主桥为155m+155m预应力砼独塔斜拉桥、主塔高度107m，主梁为预应力砼双纵肋式连续梁。0号块长度14m，因本桥塔梁固结，0号块兼做斜拉桥索塔的下横梁。全桥分23个悬臂浇筑梁段，悬臂梁段长度均为6m。采用前支点挂篮悬臂浇筑施工，主梁最大节段重量为375t。

1 前支点挂篮主体设计

挂篮主体结构采用平面刚桁架结构，根据承载结构各主要受力构件的特点，本结构采用不同的结构形式，在保证主要结构整体强度刚度稳定性的前提下，减轻了主结构的自重。挂篮主体构造采用拼装式[1]，可多次使用。采用大模板结构，有效的控制线形减少施工工期，后端顶板底模采用拱形支架支撑[2,3]，拱形支架在挂篮前移落架至主梁横隔板下面，挂篮前行移动就位后再将拱形支架升至设计高程，方便安拆模板，模板整体移到下一段浇梁段。挂篮主体结构设计见图1。

图1 挂篮主体结构布置图

挂篮由承载平台，牵索系统，锚固系统等组成，设计充分考虑了结构的安全性和实用性,为保证施工质量，设计承载主体结构刚度大，并在适当位置配置锚杆[4,5]，以减少箱梁在主梁和桥面板等位置处纵横向变形及“错台”量,长大构件分段制作，最大质量约10t，以满足运输尺寸及现场拼装的要求[6],挂篮、模板自重约为 160t,设计尽量方便模板的安装与拆模，减少人力的使用，并提高准确就位率。

2 挂篮设计仿真计算

2.1 前支点挂篮有限元模型的建立

采用大型结构分析软件 TDV RM2006 进行计算分析。TDV RM建模时，混凝土主梁和挂篮主纵梁、前中后横梁和 C 型挂钩采用梁单元模拟，斜拉索采用索单元模拟，前后锚杆组、止推机构、顶升机构及侧向限位装置采用弹簧单元进行模拟。为了更有效真实的分析挂篮结构在施工过程中的受力和变形情况，本次计算建立了涪江五桥半桥有限元分析模型，按照施工步骤进行施工仿真分析。三维有限元分析模型如图2所示。

图2 涪江五桥挂篮有限元分析模型

2.2 计算条件[7-9]

本次验算混凝土梁段施工时挂篮的受力情况，每个梁段施工时分为4个荷载工况进行计算：(1)挂篮前移；(2)拉索第一次张拉，锚固在挂篮弧形梁上；(3)浇筑各节段混凝土；(4)拉索二次张拉，转移锚固点到混凝土主梁。

各计算参数如下：箱梁验算最大载重375t;挂篮包括模板按145t计算，拱架以集中力形式加到主纵梁相应位置，模板以均布力加载到主纵梁和前横梁上；斜拉索按照设计图给出的位置、截面面积进行模拟，空挂篮时斜拉索第一次张拉力为1300kN，初张力按照设计图纸给出的数值进行计算。

2.3 计算结果

图3 挂篮行走状态的应力(单位：kPa)

图4 挂篮就位时的应力图(单位：kPa)

图5 施工过程中挂篮应力包络图(单位：kPa)

涪江五桥挂篮结构计算分析模拟了梁段悬臂浇过程中挂篮的受力情况，由计算结果可知：挂篮行走状态时，C 形挂钩所受应力最大，最大拉应力为 101.443MPa，最大压应力为-73.346MPa；整个施工过程中，挂篮结构受到的最大拉应力为101.443MPa，最大压应力为-92.294MPa，均满足规范要求。

3 ANSYS计算复核

3.1 ansys模型的建立

为保证结构的安全，通过大型结构分析软件ansys建立模型仿真分析计算进行复核。

图6 ansys整体计算模型

3.2 计算条件

模拟了与TDV RM同样得四种工况进行计算，(1)挂篮前移；(2)斜拉索第一次张拉，锚固在挂篮弧形梁上；(3)浇筑各节段混凝土；(4)斜拉索第二次张拉，转移锚固点到混凝土主梁。

3.3 计算结果

工况一：

图7 整体应力云图

工况二：

图8 整体应力云图

工况三：

图9 整体应力云图

工况四：

图10 整体应力云图

3.4 主要构件电算结果汇总

见下表1。

表1 主要构件电算结果汇总表

4 结 语

通过对涪江五桥斜拉桥主梁前支点挂篮主体结构设计及建模进行仿真分析，得出以下研究结论：

(1)根据各主要受力部件的特点本挂篮结构设计采用不同的结构形式进行拼装，后端顶板底模采用拱形支架支撑，挂篮前行移动安拆模板简单方便，同时减轻了主结构的自重，可多次使用。模板采用大模板结构，有效的控制线形缩短了工程施工工期。

(2)通过TDV RM2006和ANSYS两种结构软件对挂篮主体结构的建模仿真分析，此挂篮结构的设计完全满足结构受力要求，构造简单，便于操作。

[1]裴宾嘉，刘小波.合江长江二桥桁架式前支点挂篮的设计构思[J].西南公路，2011，(4)：65-70.

[2]邵彩明，向刚.单索面斜拉桥前支点挂篮设计及施工技术[J].四川建筑，2013，(6):137-138.

[3]陈云辉，陈博文.大跨径斜拉桥前支点挂篮改造设计探讨[J].西部交通科技，2014，(1):26-32.

[4]吴运宏.济南建邦黄河公路大桥斜拉桥前支点挂篮施工控制[J].山东交通科技，2012，(6):7-10.

[5]方银明.斜拉桥38.6米混凝土主梁挂篮设计及悬浇技术[J].广东公路交通，2011，(11):17-21.

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[7]苗林.辰塔大桥主梁前支点挂篮压载试验与仿真计算[J].建筑施工，2015，(5)：613-615.

[8]李文.特大分离式双主肋主梁斜拉桥挂篮设计与仿真计算[J].北方交通，2012，(6):110-112.

[9]文华锋，肖伟，李博.某特大斜拉桥前支点挂篮空间仿真分析[J].世界桥梁，2010，(5):216-217.

The Design and Simulation Calculation for Girder of Cable-stayed Bridge of Front Support Point Hanging Basket for Main Girder of Five Bridge

LIU Chang-qing

(The Fourth Engineering Co.,Ltd.of CCCC First Highway Engineering Co. Ltd, Nanning 530031, China)

Introduces the Fujiang river in Sichuan province covering the main structure, before the main girder of cable-stayed bridge support point design USES different structure forms, on the premise of guarantee platform stiffness and strength, reduce the weight of the platform, the structure is simple, stress, adopted the template structure, the concrete appearance quality improved obviously, effective control of the main beam line, shorten the construction period. Through the TDV RM2006 structure and ANSYS software to the hanging basket main body design structure modeling simulation, the results show that the hanging basket structure completely meet the requirements of structure, simple structure, easy operation, provide a reference for similar engineering design.

cable stayed bridge; main girder; front fulcrum hanging basket

2015-10-23

刘长卿(1984-)，男，山西大同人，工程师，E-mail:lchq2008@sina.com。

U452.2;U455.91

A

10.3969/j.issn.1671-234X.2015.04.001

1671-234X(2015)04-0001-04