大跨度上下双室连续刚构渡槽的挂篮施工力学行为分析

2021-08-26杜强

河南科技 2021年9期

杜强

摘要：在黔中水利枢纽工程中，徐家湾渡槽存在中梁段质量大且为上下叠箱的问题。由于菱形挂篮具有外形美观、结构简单、刚度大、自重轻、施工变形小、作业面开阔和移动方便等优点，因此悬臂浇筑段采用菱形挂篮施工工法，并对其挂篮结构、走形模式进行优化设计，分析验算了挂篮行走工况和最不利荷载工况下的变形和稳定性。研究结果表明，这种工法满足施工要求，为相似工程提供了解决方法。

关键词：大跨度;连续钢构;挂篮施工;渡槽

中图分类号：TV61文献标识码：A文章编号：1003-5168（2021）09-0088-03

Abstract： In the Qianzhong Water Conservancy Project， the Xujiawan Aqueduct has the problem that the middle beam section is large in mass and is stacked up and down. Because the diamond-shaped hanging basket has the advantages of beautiful appearance， simple structure， large rigidity， light weight， small construction deformation， open working surface and convenient movement， the cantilever pouring section adopts the diamond-shaped hanging basket construction method， the structure and walking mode of the cradle are optimized， and the deformation and stability of the cradle under the traveling conditions and the most unfavorable load conditions are analyzed and checked. The research results show that this construction method meets the construction requirements and provides a solution for similar projects.

Keywords： large-span;continuous steel structure;hanging basket construction;aqueduct

黔中水利枢纽工程是中华人民共和国成立以来国家在贵州投入最大的水利枢纽工程。工程任务以灌溉、城市供水为主，兼顾发电等综合利用，并为改善当地生态环境创造条件，开发直接目标是保障黔中地区用水安全，间接目标是保障粮食生产安全并促进区域经济社会可持续发展。工程分两期建设：一期工程包括水源工程、一期输配水工程;二期包括灌区二期、贵阳供水二期、安顺供水工程。黔中水利枢纽工程拟建在长江流域的乌江干流三岔河上，涉及大、中、小型水库91处，即大型1座、中型水库5座、小（1）型23座、小（2）型62座。其中5座水庫承担灌区反调节任务，4座水库承担贵阳供水调节任务。总库容为10.8亿m3，将水引入黔中地区十多个县（市）的49个乡镇，解决这些地区的农业、工业、生活、城市等用水，覆盖面积达4 711 km2。干渠总长为156.5 km，总灌溉面积为43 486.6 hm2，可以解决39.5万人饮水困难的问题。同时，该项目计划修建一座装机容量140.2 MW的坝后式电站，年调水量为7.41亿m3。工程总静态投资约为120亿元。

黔中水利枢纽工程一期的总干高大跨渡槽C1标徐家湾渡槽（95 m+2×180 m+95 m）连续刚构是单箱双室、变高度、变箱宽结构，箱梁顶宽为9.5 m，底宽变化为6.25 m→6.05 m→5.85 m→5.25 m→5.85 m→6.05 m→6.25 m。梁高从9.8 m变化到4.6 m，腹板变化（从1号段开始）为1.0 m→0.9 m→0.8 m→0.5 m→0.8 m→0.9 m→1.0 m。另外，箱梁的箱室为上下分布，上面箱室内净高3.47 m保持不变，下箱室内净高则根据梁高逐渐变小，上箱室、下箱室分割的中板厚度为35 cm，保持不变[1]。

该连续梁通过挂篮悬灌施工，0#段长度为12.0 m，设计悬灌长度为3.0、3.5、4.0 m。1#节段开始为3.0 m长，混凝土方量是121.1 m3;9#节段开始为3.5 m，混凝土方量是88.4 m3;19#节段开始为4.0 m，混凝土方量是68.1 m3。

1 大吨位上下双室挂篮建模及有限元计算

由于菱形挂篮具有外形美观、结构简单、刚度大、自重轻、施工变形小、作业面开阔、移动方便等优点，而徐家湾渡槽中梁段质量大，最大质量将近300 t，且为上下叠箱，所以徐家湾渡槽主槽的悬臂浇筑施工设计使用菱形挂篮[2]，如图1所示，施工流程如图2所示。图中，数据单位均为毫米（mm）。

下面利用Midas有限元分析软件，针对菱形挂篮的主要结构建立空间有限元模型。本模型中，菱形挂篮的主桁架结构、吊杆和吊带采用桁架单元，其他结构均采用梁单元，共建立1 018个节点、1 052个单元。

主桁架采用Q235B钢材，截面为2[36B槽钢对接焊缝连接。主构架杆件间增设了横联，以保证主桁架结构的整体刚度，横联采用钢材为Q235B的桁架结构，长度为4 130 mm，高度为1 800 mm。上下弦、腹杆和斜杆均采用槽钢2[12.6组成的箱形结构，对口槽钢之间通过钢材为Q235B的136 mm×50 mm×8 mm缀板周边焊缝连接。横联端部与主构架通过圆销材质40Cr的钢销连接。侧模吊梁采用Q235B钢材的槽钢2[36B组焊成的封闭箱形结构。吊杆采用32 mm和40 mm精轧螺纹钢筋，吊带采用截面200 mm×30 mm的Q345B钢板。底模由前、后横梁和纵梁组成，横梁采用Q235B的热轧H型钢，纵梁采用Q235B的工字钢[3]。

荷载工况有两种。一是混凝土自重+人群机具荷载+超载+动力附加系数+挂篮自重+模板自重。二是挂篮自重+冲击附加系数+模板自重[4]。

主桁架计算结果如图3所示，增设补强钢板后，挂篮的变形如图3所示，主桁架前段发生10.23 mm的位移。后拉杆所受拉力为1 681.8 kN，前拉杆所受拉力为1 209.5 kN，后压杆所受压力为1 037.5 kN，前压杆所受压力为1 198.2 kN。前上横梁计算结果如图4所示。

前上横梁采用Q235B钢材，主要通过吊挂系统（吊杆、吊带）连接上下内模吊梁、侧模吊梁及底模，并承受其所传递的荷载。计算分析结果表明，最大位移发生在横梁两端吊杆处，最大位移为14.92 mm，小于限值22.35 mm。

2 走行计算

挂篮走行时，前上横梁悬吊着侧模吊梁（双根各5.75 t，共计23 t）、内模吊梁（单根5 t，共计10 t）、底模前横梁吊杆（总计10 t）、前上横梁自重（2 t）。主构架前端总计荷载是45 t。经计算，主构架后钩轮的荷载大小为：45 t×4.9 m÷4.5 m=49 t。

单边主构架后钩轮的荷载大小是24.5 t。轨道要承受24.5 t的荷载。

根据混凝土箱梁梁体的竖向预应力筋布置可知，其纵向间距一般是按照0.5 m布置的。而轨道是通过竖向预应力筋锚固在混凝土箱梁梁面上的，也就是说，轨道的锚固间距是按0.5 m布置的[5-6]。由于挂篮位置和竖向筋的矛盾，施工人员可能不能保证每根竖向筋都能锚固轨道，那么按照1.5 m的跨度来计算轨道，即后钩轮走行过程中其前后最多有1根竖向筋无法锚固。轨道断面如图5所示。图中，数据单位均为毫米（mm）。

实际建模计算按1.5 m跨度进行，中间加载24.5 t的集中荷载，应力分布如图6所示。最大应力约是77 MPa，小于许用拉应力（150 MPa），满足要求。

按軌道钢材屈服强度计算，其走行抗倾覆稳定的安全系数是3.05，大于最小安全系数（2.0），满足要求[7-8]。

3 结论

本文针对大跨度连续刚构渡槽悬臂挂篮浇筑施工，选取最不利荷载工况和挂篮行走工况，进行了有限元建模和计算分析。研究表明，本文设计使用的菱形挂篮可满足大跨度渡槽的悬臂施工需求;本文设计使用的挂篮行走方案符合规范要求的抗倾覆稳定要求;本文提供的挂篮设计计算方案可为类似工程提供技术依据。

参考文献：

[1]刘林.悬臂挂篮工艺在桥梁施工中的应用解析[J].四川水泥，2021（3）：214-215.

[2]徐亚芳.悬臂挂篮技术在桥梁施工中的应用分析[J].四川水泥，2021（2）：73-74.

[3]交通运输部.公路桥涵施工技术规范：JTG/T F50—2011[S].北京：人民交通出版社，2011.

[4]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.混凝土结构设计规范：GB 50010—2010[S].北京：中国标准出版社，2010.

[5]郑晓荣.铁路桥梁连续梁挂篮施工控制要点分析[J].建筑技术开发，2020（22）：135-137.

[6]孟滔.桥梁连续梁挂篮施工技术分析[J].黑龙江交通科技，2020（8）：128-129.

[7]从绍虎.Midas在连续悬臂施工挂篮主桁检算中的应用[J].河南科技，2015（12）：77-79.