大跨斜拉桥牵索挂篮分析

吴小荣

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

大跨斜拉桥牵索挂篮分析

吴小荣

(合肥工业大学 土木与水利工程学院，安徽 合肥 230009)

准确的施工过程仿真计算分析是大跨混凝土斜拉桥施工监控的关键问题之一，它可以为大桥各阶段的施工控制提供理论指导。分别建立水阳江斜拉桥前支点和后支点挂篮悬臂施工的有限元计算模型，分析对比了主梁的截面内力、线形的变化规律以及索力的变化规律，从而为大跨斜拉桥的施工控制提供相关的理论依据。

斜拉桥；牵索挂篮；内力；线形；索力

0 引 言

水阳江大桥位于宣城市水阳江大道东北段，斜拉桥跨径布置为150 m+320 m+150 m，全长620 m，为双塔三跨双索面半漂浮体系斜拉桥(图1)[1]。斜拉索采用平行钢绞线，主梁采用预应力混凝土双边箱梁，标准节段长分6.8 m、7.0 m两种，宽31m，中心处高3.2 m。

图1 水阳江斜拉桥总体布置图

主梁施工除0号块和边跨现浇段采用支架施工[2]外，其他标准节段都采用前支点挂篮悬臂浇筑法施工。挂篮由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统等组成[3]，单套总重2 500 kN。

在设计阶段一般采用后支点挂篮模拟，但在实际施工中大跨斜拉桥一般采用前支点挂篮施工方法。因此有必要对大跨斜拉桥前支点、后支点[4]挂篮施工进行模拟分析。

1 前支点挂篮施工方法

前支点挂篮施工方法[5]利用当前浇筑梁段的斜拉索作为挂篮的临时前支点，与锚固在主梁上的中、后支点共同组成挂篮的约束系统。

与后支点挂篮相比较，前支点挂篮施工方法具有很多优点[6]：斜拉索在挂篮上施加了向上的预张拉力，将部分浇筑荷载通过斜拉索传递到索塔，并且使挂篮获得一个反向的附加弯矩。

受力状态与采用后支点挂篮施工相比,得到了很大改善。

2 前支点挂篮与施工过程模拟

牵索挂篮的模拟计算分析一般有两种方式[7]：一是把挂篮荷载等效为集中力和弯矩加载到主梁前端，并且考虑挂篮本身的受力变形，这种方法即等同为后支点挂篮的施工模拟方法。

另外一个方法则是挂篮直接模拟在整体的计算分模型中。

本文通过有限元软件 Midas Civil 建立全桥施工模拟仿真[8]对比计算分析模型(图2)。主梁和主塔采用梁单元模拟共划分395个单元，斜拉索采用只受拉单元模拟共176个单元，前支点挂篮模拟为6个单元。全桥主梁共195个单元，根据对称性取1～96单元进行分析。

前支点挂篮施工分143个施工阶段，后支点挂篮施工分50个施工阶段。

图2 全桥计算模型图

3 计算结果对比分析

3.1 主梁位移计算与对比

根据各节段的模拟结果，可以得到各节段的施工控制表[9]，包括当前号块施工流程及各施工工况下前几个节段的主梁标高、索力变化情况。

表1、表2是在第15号块施工时，主梁11～14号块前端在前支点、后支点挂篮模型中的标高与索力变化情况。分析15号块累计挠度变化可知，前、后支点挂篮的模拟仅对本节段的挠度变化有较大影响，对之前已施工的节段影响不大。

表1 15号块前支点挂篮施工模拟挠度变化

表2 15号块后支点挂篮施工模拟挠度变化

图3为主梁15号块前端截面在各施工阶段下(当前施工阶段下)前、后支点挂篮的挠度变化曲线两者最大相差40 mm。结果分析表明，挂篮模拟方法的不同对施工过程和成桥状态的线形有一定的影响。

图3 15#前端位移变化对比

3.2 索力计算与对比

全桥共88对斜拉索。15号块上的第15号索的索力变化图(图4)，不同的挂篮模拟方法计算结果最大相差只有42 kN。同理得到成桥状态时的索力对比结果，最大相差小于0.9%。分析表明，不同的挂篮模拟方法对索力的影响很小。

图4 15号索索力变化对比

3.3 主梁应力计算与对比

由计算可得到主梁在各施工阶段下的截面应力变化情况。图5、图6为15号块前端截面上、下缘的应力变化图。分析可知，施工过程中15号块具有相似的变化规律，按前支点挂篮模拟的截面上缘应力比按后支点挂篮模拟的小0.6 MPa，而截面下缘应力大1.0 MPa。

图5 15#前端截面上缘应力变化曲线

图6 15#前端l截面下缘应力变化曲线

4 结束语

通过分析比较斜拉桥牵索挂篮悬臂浇筑施工模拟的两种方法，结果表明按前、后支点挂篮模型进行模拟分析，对斜拉桥成桥线形和截面应力有一定影响，对索力变化影响相对较小。因此在设计和施工时都应给予注意。施工监控[10]时要认真分析对比现场测试数据，及时调整模型的相关参数。保证最终成桥时斜拉桥线形的平顺、成桥应力状态满足设计和规范要求。

[1] 邵旭东,顾安邦.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社,2003.

[2] 覃耀柳.大跨度支架现浇斜拉桥施工控制技术研究[D]．成都：西南交通大学，2012．

[3] 宋俊伟.大佛寺长江大桥轻型牵索挂篮设计[J].桥梁建设, 2001(1)：28～31.

[4] 张建飞,胡强圣.前支点挂篮与后支点挂篮的设计与施工[J].四川建材,2014,40(2):2～4.

[5] 陈 科,刘 櫆.姚东大桥悬浇前支点挂篮施工技术[J].桥梁工程,2009(6)：2～4.

[6] 焦梦莹.独塔斜拉桥牵索挂篮有限元分析[D].合肥：合肥工业大学，2014．

[7] 殷 涛.斜拉桥牵索挂篮施工模拟计算与分析研究[J].安徽建筑工业学院学报,2013,21(6):2～3.

[8] 郭 霞.大跨度斜拉桥施工控制仿真计算分析[D].成都：西南交通大学,2009.

[9] 徐君兰,项海帆.大跨度桥梁施工控制[M].北京：人民交 通出版社,2000.

[10] 王 彬.斜拉桥的施工监控分析和仿真计算[D]．西安：西安建筑科技大学，2011．

2016-10-26；修改日期：2016-10-28

吴小荣(1991-)，男，浙江衢州 人，合肥工业大学硕士生．

U448.27

A

1673-5781(2016)05-0701-03