带前吊杆的组合式前支点挂篮施工控制要点分析

何 栋

（广东华路交通科技有限公司，广东 广州 510420）

1 桥梁概况

某矮塔斜拉桥跨径组合为（60+105+60）m，桥面总宽32.5 m，桥梁系双塔双索面预应力混凝土部分斜拉桥，采用塔梁固结、墩梁分离的体系。全桥双塔双索面共计对称设置64条斜拉索，每根斜拉索由37根PE包裹防护环氧喷涂钢绞线组成，斜拉索与水平面夹角介于18°～38°，在两侧斜拉索出口处设抗滑锚板。

图1 桥梁纵断面布置图（单位：cm）

桥梁上部结构箱梁划分为0～11号施工梁段；0号梁段、11号梁段（边跨现浇段）长6.5 m，1号梁段长5 m，均采用支架浇筑施工；2～9号梁段长5 m，梁段重量介于320～370 t，采用挂篮对称悬臂浇筑施工；10号梁段（合拢段）长2 m，采用吊架施工。在挂篮悬臂浇筑施工过程中，斜拉索张拉分3次进行，分别为空挂篮张拉、混凝土浇筑1/2张拉、转移锚固张拉。

2 挂篮结构设计方案

本桥梁采用带前吊杆的组合式前支点挂篮施工，挂篮长度10 m，宽度33.5 m，挂篮及模板总重约160 t。受客观条件限制，在挂篮前横梁上均匀设置4对前吊杆以控制箱梁外横隔梁变形，前吊杆通过贝雷桁架梁锚固于梁段上。

图2 挂篮施工图

挂篮结构主要设计参数为：

a）挂篮底座 由2条主纵梁、13条次纵梁和5道横梁组成，主纵梁为六拼56b型工字钢，次纵梁及横梁为双拼56b型工字钢。

b）弧形手 高1.45 m，前倾1.05 m，弧形手半径3.15 m，由钢板焊接形成，承压面板及封盖板为2 cm厚钢板，3道加劲肋板均为4 cm厚钢板。

c）水平止推装置 在主纵梁后端设置牛腿止推装置，承压面板厚3 cm，加劲肋板厚1.5 cm；在梁体相应部位设置2道直径14 cm的实心钢锚栓。

d）锚固悬吊系统 均为32 cm精轧螺纹钢筋组成，挂篮底座共计设置10道锚杆，前吊杆共计设置8条拉杆。

3 挂篮型式对施工控制的影响

本项目桥梁采用带前吊杆的组合式前支点挂篮进行施工，即在前支点挂篮前横梁部位增设4对前吊杆，直接改变了挂篮受力图式，使得施工过程中前吊杆、斜拉索内力分配不明确，梁段悬臂端部受力不明确。

图3 前支点挂篮受力图式

图4 附加前吊杆的前支点挂篮受力图式

图3、图4中：Ky为已浇筑梁段对挂篮的竖向支承刚度；Ksy为斜拉索对挂篮的竖向支承刚度；Ksx为斜拉索对挂篮的水平向刚度；Kdy为前吊杆的竖向刚度；Kbw为贝雷梁的弯曲刚度。

从图3、图4比较可知，前支点挂篮附加前吊杆导致挂篮前支点同时受到前吊杆、斜拉索的竖向弹性支承作用；且前吊杆竖向刚度受到前吊杆、贝雷梁以及已浇筑梁段的刚度影响，即Kdy与Ky相关。基于此两点，施工过程中已浇筑梁段悬臂端、前吊杆及斜拉索索力难以准确计算，对于已浇筑梁段结构及挂篮结构的施工控制增加了不确定性和难度。

4 桥梁结构分析控制思路

基于本桥梁施工用带前吊杆的前支点挂篮型式特点，提出施工控制的思路，主要要点有：

a）第一步，对桥梁主梁、主塔、斜拉索及前支点挂篮进行联合建模，前吊杆及贝雷梁作为荷载Q1施加在模型中，模拟施工阶段及步骤进行施工阶段分析。

施工过程中，前吊杆会承受附加荷载Q2，即已浇筑梁段悬臂端增加荷载Q2；同时斜拉索竖向支承力相应减少荷载Q2；对于第一步中计算忽略Q2的影响，对于已浇筑梁段结构可能是不利的。

b）第二步，对悬臂施工的主梁各阶段结构分别进行建模，并计算已浇筑梁段悬臂端在单位竖向及轴向偏心荷载作用下主梁根部上、下缘的应力值，在结构安全应力限值控制条件下，计算Q2的安全限值范围，作为前吊杆内力控制的条件。

对于已浇筑梁段，在悬臂端附加竖向向下荷载作用时，主梁根部上、下缘分别产生附加拉、压应力；同时斜拉索对梁段悬臂端轴向偏心荷载减少也会对主梁根部上、下缘产生附加应力。

c）第三步，施工过程中的斜拉索张拉力以第一步试算分析结果为准，前吊杆张拉力按Q2限值控制。

d）第四步，考虑桥梁、挂篮结构的空间受力特性，要求斜拉索及前吊杆同步对称逐级张拉；特别是对于前吊杆，应跟踪其过程内力满足安全限值范围要求。

5 挂篮结构分析控制思路

桥梁施工、控制过程中，挂篮结构的安全性分析与控制也是非常重要的。

对于挂篮结构而言，按不考虑前吊杆内力影响分析挂篮是偏于安全的，即按前支点挂篮分析挂篮结构是偏于安全的。挂篮结构分析的要点有：

a）挂篮结构的主体组成包括弧形手、主纵梁、止推结构及锚固结构、下前横梁；挂篮结构直接承受混凝土湿重作用以及斜拉索临时索力作用。

b）混凝土湿重作用引起的斜拉索临时索力增加量为被动力，与弧形手前端主动张拉力对挂篮主纵梁结构的作用图式是有差别的。被动力作用下，主纵梁可按简支梁进行计算；主动力作用下，主纵梁应作悬臂梁进行计算。基于主纵梁受力特点，应验算主纵梁跨中截面、锚固处根部截面的应力和稳定性。

c）挂篮弧形手部位局部承受斜拉索临时索力作用，需要进行局部强度验算。

d）挂篮止推结构局部承受斜拉索临时索力水平分量作用，需要进行局部强度验算。

6 挂篮弧形手局部强度分析

使用通用有限元分析软件，按板单元对挂篮弧形手局部强度进行分析，分析结果见图5～图10。

图5 弧形手板单元模型图

图6 上端局部承压180 t前面板等效应力图

图7 中端局部承压180 t前面板等效应力图

图8 下端局部承压180 t前面板等效应力图

图9 上端局部承压180 t前角隅等效应力图

图10 上端局部承压180 t后端角隅等效应力图

计算结果表明：

a）挂篮弧形手最不利部位为前面板与肋板交接处，最大等效应力与斜拉索在弧形手上布置高度无明显关系，与前面板厚度关系较大。

b）按局部承压180 t计算，最大等效应力达到226 MPa，接近Q235钢材的屈服强度[1]值235 MPa；同时挂篮前/后端角隅最大等效应力分别为78 MPa和 59 MPa。

c）按Q235钢材端面强度设计值[1]325 MPa计算，该挂篮弧形手最大局部承压荷载约为250 t。

7 挂篮止推结构局部强度分析

使用通用有限元分析软件按板单元对挂篮止推结构局部强度进行分析，分析结果见图11、图12。

图11 局部承压120 t前面板等效应力图

图12 局部承压120 t加劲肋等效应力图

计算结果表明：

a）挂篮止推牛腿最不利部位为前面板与肋板交接处，与前面板厚度关系较大。

b）按局部承压120 t计算，最大等效应力达到298 MPa，接近Q235钢材的端面承压强度设计值[1]325 MPa。

8 体会

通过对项目原设计挂篮弧形手、止推牛腿结构局部强度分析，主要体会有：

a）带前吊杆的组合式前支点挂篮，由于附加了前吊杆支承作用，使得施工过程中梁段、挂篮结构受力分配不明确，增加了施工控制的难度。

b）施工过程中，忽略前吊杆作用按普通前支点挂篮进行施工控制能够简化施工控制过程，但对于已浇筑梁段可能是偏于不安全的；对此，提出了控制前吊杆内力范围确保已浇筑梁段的施工控制方法。

c）对于挂篮结构控制而言，挂篮弧形手、主纵梁、止推结构是非常重要的，直接关系到施工过程安全。