中央索面斜拉桥前支点复合式挂篮施工技术

司义德，袁堂涛

(青岛市市政工程设计研究院有限责任公司，山东 青岛 266100)

1 工程概况

背景工程为主桥为双塔中央索面的塔梁刚接、塔墩分离的预应力混凝土斜拉桥，主桥全长340m，桥梁跨径布置为80m+180m+80m，桥面宽度为26.5m，主梁截面采用的是闭口预应力等截面连续箱梁，采用C50混凝土，截面形式为单箱三室，主梁高度为2.65m。主塔采用C50混凝土，采用变截面形式，中央单柱式结构形式。桥梁的斜拉索是中央双索面形式，每个塔柱左、右共12对，斜拉索采用扇面形式布置，斜拉桥锚固点横桥向间距为80cm，跨中纵桥向间距为7.1m，边跨8～11号斜拉索其纵向间距为4.7m，其他斜拉索纵向间距为7.1m。引桥采用移动模架现浇，主桥采用挂篮现浇，所选用的挂篮是前支点复合式挂篮，需挂篮4个，两侧同步对称浇筑，这种挂篮的特点为两侧的行走钢梁是用吊带和底模连接，吊带可通过千斤顶进行调整，这样可更好地控制标高。

2 挂篮种类

挂篮根据不同标准可有如下分类。

1)根据挂篮主体材料可分为万能杆件拼装、贝类梁杆件组装及型钢加工等。

2)根据挂篮受力原理可分为斜拉索式、刚性模板式、垂直吊杆式等。

3)根据挂篮主要承重结构形式可分为桁架式、斜拉式、钢板梁式及牵索式等，三角桁架式及菱形桁架式为较常用形式。

4)根据挂篮保持整体稳定的方式可分为全压重式、全锚固式及半压半锚式等。

5)根据挂篮前移方式可分为滚动式、滑动式及滚动滑动组合式等，其中根据施工工况及施工现场的可操作性等因素，以上几种方法可分别采取1次行走到位或2次行走到位的前移方式。

6)根据挂篮支点锚固位置可分为前支点挂篮、后支点挂篮、前后支点组合式挂篮等。

本例工程结合桥梁的结构形式和现场施工条件，所选择的是前支点复合式挂篮。

3 本例挂篮系统

1)承重系统 主纵梁贯穿于前后横梁，并与斜拉索相连接，承受主要自重。

2)行走系统 待斜拉索三张以后，将挂篮的梁底部分锚固于已浇筑梁段上，两侧的行走钢梁通过牵引往前移动到特定位置后固定，然后梁底的行走钢梁和梁顶2个吊带的吊点一块往前行走，行走到特定位置后进行锚定。

3)锚固系统 用的是精轧螺纹钢筋进行锚固，每次锚固时都达到相应要求。

本例挂篮用的是复合式前支点挂篮，与其他前支点挂篮不同的是，行走钢梁端部用的是吊带，操作简单方便，具体的挂篮细部构造如图1所示。

图1 具体的挂篮细部构造

4 挂篮预压

4.1 挂篮预压目的

在实际浇筑混凝土前需对挂篮进行预压，这样可消除挂篮制作过程中的非弹性变形，保证施工过程中数据分析的准确性，同时还可保证挂篮在使用过程中的安全性，对预压过程中出现的不安全因素进行调整加固。预压时的荷载完全模拟实际浇筑过程中阶段的最大梁重，通过实地测量在预压过程中每个阶段挂篮的数据变化，对挂篮的弹性变形进行确定，以及在预压过程中出现的挂篮的结构受力问题进行及时改进完善。预压过程中的荷载施加以及持荷时间要严格按挂篮的预压方案进行，每一级的加载持荷时间≥30min，在最后加载到最大梁重的1.1倍后需持荷≥36h，每个工况下挂篮的挠度变化都需测量记录以备分析数据，观测均在每级荷载持荷完毕并补足相应等级荷载后进行。由于施工现场场地较充足，所以此例挂篮预压所选用的方法是堆积砂袋。

4.2 挂篮预压流程

挂篮安装到位→挂篮预压前准备→斜拉索第1次张拉→预压50%的荷载→斜拉索第2次张拉→预压100%的荷载→预压110%的荷载→卸载至100%的荷载→卸载至50%的荷载→斜拉索调整到第1次张拉的索力值→斜拉索卸载为0→荷载全部卸载。在每一级加载时都需注意挂篮各结构的变化，同时要做到加载时保证纵桥向和横桥向的对称加载，两端的最大不平衡配重不大于设计要求的20t，并对主要布测点进行标高测量，根据挂篮预压方案进行操作。

预压结束后需对预压过程中出现的局部不合理处进行检查或进行加固，保证在浇筑梁段过程中挂篮的安全性和稳定性。

5 有限元分析

前支点复合式挂篮主梁采用箱形结构，截面尺寸为1 400mm×2 000mm，其中直线段腹板厚10mm，内部设置10mm厚加劲板，设置25mm厚顶、底板；主纵梁前端曲梁腹板厚20mm，内部加劲板厚均为16mm；中吊点、挡块部分均采用20mm钢板；材质均为Q345B；挂篮设置前横梁和后横梁，以增加结构的横向刚度，采用工字组合钢梁结构，高1.6m，宽0.5m，顶板厚25mm，腹板厚10mm；次纵梁采用工字组合钢梁结构，高1.2m，宽0.5m，顶板厚20mm，腹板厚10mm；底纵梁采用H型钢H400×200，铺设在横梁上用于支立挂篮底模；侧模采用整体排架结构。利用有限元软件MIDAS/Civil进行建模分析，主纵梁、行走钢梁和前后横梁等都采用梁单元，斜拉索采用桁架单元。将梁段自重分不同工况进行模拟施加，结合面荷载和节点荷载共同模拟，如图2，3所示。

图2 挂篮有限元模型

图3 挂篮应力

通过有限元软件MIDAS/Civil模拟预压过程中的不同施加顺序，模拟施工过程中最不利工况，梁段最重的块段自重385t。模拟了挂篮预压过程中的不同工况，分析可得挂篮各阶段的应力都在容许应力范围内，对于局部应力集中处在拼装挂篮时进行加固。为了确保施加压重过程中的安全，应当加强管理措施，严格控制对称平衡加载，保证挂篮受力均衡。仿真分析中各工况下应力和挠度变化值如表1所示。

表1 有限元模型挂篮各工况下应力和挠度变化值

由表1中数据可看出，挂篮各部件的最大应力是在主纵梁处208MPa，小于容许应力值，满足规范要求。此种复合式前支点挂篮的受力特点复杂，在模型数据分析中可看出主纵梁在各工况中的变化浮动最大，说明斜拉索的作用明显，同时两边的变化幅度明显小于主纵梁，这种挂篮的横向刚度需加强，也就体现了吊带作用。由于复合式挂篮的受力分析复杂，在有限元模拟预压过程中与实际的挂篮预压存在误差，在实际施工过程中应根据模型加强局部位置，同时也应根据实际数据来修正模型中的相关数据，相互参考，相互校核。

6 挂篮预压数据分析

对挂篮预压过程中各测点的标高进行测量，A，B，C，D，E分别代表上游翼缘板处、上游底模、中间底模、下游底模、下游翼缘板处的测点位置，整理数据如表2所示。

表2 挂篮预压数据分析 mm

由挂篮的预压试验数据可知，挂篮底板标高在预压过程中的每个荷载工况下的变化，通过每一级的加载，逐渐消除挂篮的非弹性变形(立模空载的标高与最后斜拉索索力为0标高的差值)，等全部预压结束后，也可计算出挂篮的弹性变形(加载到110%荷载的标高与最后斜拉索索力为0标高的差值)，这些数据可使实际梁段的立模标高更精确。主纵梁位置处的标高变化比两边稍高，这是由于斜拉索的直接作用，也是这种挂篮的结构特点，所以在确定最终立模标高和在浇筑混凝土过程中需特别注意，也需采取一些措施，根据实际情况浇筑一定混凝土时，调整两边吊带的高度来控制，使得在浇筑完混凝土时使得最终底模平齐(见图4)。

图4 挂篮预压各测点标高变化

对比挂篮主纵梁的实际预压数据和MIDAS/Civil有限元分析数据整理如表3和图5所示。

通过对比主纵梁处的标高变化值，可看出实际挂篮的变化值与模型的变化值存在差异，这也说明挂篮的实际刚度大于模型中的刚度，说明偏安全，变化趋势一致，所以在实际施工中合理可行。

表3 挂篮主纵梁挠度变化值 mm

图5 挂篮主纵梁挠度变化值对比

7 结语

1)由于中央索面斜拉桥结构的特殊性，在施工过程中也需根据实际情况进行挂篮选择，为了充分利用斜拉索的作用，现在普遍选用牵索式挂篮，同时这也是一种复合式结构，受力复杂，但同时使得施工方便与快捷。由于这种挂篮的受力复杂，所以在对这种挂篮选择时需用有限元进行模拟，有限元模拟可分析整体结构及局部受力特点，在实际梁段浇筑时进行有效的加固指导。

2)通过对这种复合式挂篮的预压数据分析可知，主纵梁处底板标高在施工过程中的变化并不是和两边的底板标高一致，由于斜拉索作用，主纵梁的浮动较大，所以这也就给施工中立模标高的确定带来麻烦，好在两边行走钢梁通过吊带作用于底板，对底板的标高有可调范围。所以在实际立模过程中应当参考实际挂篮预压的变化情况，以中间主纵梁来调整立模标高，同时挂篮的预压对主纵梁和两侧标高的变化差值也给了数据依据，所以可在第2次张拉完后根据挂篮的实际情况进行吊带提升，使得在全部浇筑完混凝土后底模的标高相同，这样充分体现了挂篮预压的指导意义。当然每个挂篮在实际拼装过程中不可能完全相同，具体挂篮具体分析，应以挂篮预压的数据指导实际混凝土浇筑。同时，需与模型中的数据相互校核，除去个别误差进行修正来指导施工。