大跨度橋梁掛籃施工線性變形分析

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摘要：在橋梁施工過(guò)程中，懸臂施工是其中一種重要的工藝。本文通過(guò)對(duì)橋梁掛籃施工技術(shù)的分析，結(jié)合工程實(shí)踐，提出了橋梁工程中掛籃施工的線性變形控制方法。

關(guān)鍵詞：橋梁工程；掛籃施工；控制方法

1研究背景及意義

近年來(lái)，由于社會(huì)發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的提升，大跨度橋梁工程已經(jīng)成為了一種普遍需求，采用掛籃施工克服了地形等自然條件對(duì)施工的限制，但對(duì)橋梁強(qiáng)度和線性結(jié)構(gòu)，施工方式和澆筑手段，都提出了更高的要求。大跨度橋梁工程中，掛籃更加復(fù)雜，需要考慮實(shí)際工況和各部位受力載荷。故研究掛籃施工相關(guān)控制方法，能夠宏觀安排施工方案，合理提高工程安全系數(shù)。

2掛籃種類(lèi)及結(jié)構(gòu)介紹

根據(jù)受力結(jié)構(gòu)不同，可以將施工掛籃分為斜拉式、桁架式、型鋼式、混合式。桁架式掛籃一般由桁架系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、滑道系統(tǒng)等部分組成。桁架是掛籃的載荷受力結(jié)構(gòu)，不同吊籃桁架結(jié)構(gòu)不同，有平行式、三角式、弓弦式、菱形等。平行桁架一般需要外加平衡塊進(jìn)行受力補(bǔ)償，由于可采用貝雷梁進(jìn)行桁架制作，所以可選性多，制作簡(jiǎn)單，成本較低。但由于掛籃自重大，所以對(duì)梁的承載要求高，外部載荷受限，導(dǎo)致施工效率較低。三角桁架的受力主桁架為三角形組合梁，縱梁是壓彎件，當(dāng)縱梁太長(zhǎng)時(shí)，水平分力太大，可能會(huì)造成結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，所以也會(huì)有載重限制，通常來(lái)說(shuō)縱梁應(yīng)小于4m。菱形掛籃的受力桁架為菱形結(jié)構(gòu)，由于菱形桁架結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)受力，梁之間的受力為拉力和壓力，沒(méi)有壓彎件，所以承載能力較強(qiáng)。懸吊系統(tǒng)由吊桿、外導(dǎo)梁等部件組成，起到對(duì)側(cè)模的支撐作用。同時(shí)外導(dǎo)梁與梁體懸掛相連，可以對(duì)體系進(jìn)行高度和位置調(diào)整。模板系統(tǒng)包括內(nèi)模、底模和側(cè)模。內(nèi)模通常采用木模，底模和側(cè)模為鋼制，模板面采用竹膠板等材料，有利于澆筑質(zhì)量，且降低了施工成本。錨固系統(tǒng)由固定梁和吊帶組成，在施工過(guò)程中由于模板移動(dòng)或者澆筑時(shí)，掛籃受力將不平衡，所以需要錨固系統(tǒng)進(jìn)行平衡。滑道系統(tǒng)用于支撐和移動(dòng)掛籃，應(yīng)當(dāng)在每一主桁架施加一個(gè)滑道，便于掛籃移動(dòng)。由于橋體結(jié)構(gòu)、自然條件限制、設(shè)計(jì)人員習(xí)慣等，對(duì)于掛籃的選擇也各不相同。一般來(lái)說(shuō)，掛籃的選擇依照以下幾點(diǎn)：（1）掛籃及橋梁施工系統(tǒng)要以剛度要求為前提，保證掛籃穩(wěn)定性，防止?jié)仓r(shí)受力不平衡導(dǎo)致傾覆，以保證施工安全。（2）應(yīng)盡量減輕掛籃的自重，減小掛籃的變形，應(yīng)力等，同時(shí)盡量使用簡(jiǎn)單的桁架結(jié)構(gòu)，以提升掛籃質(zhì)量，縮短掛籃的制作時(shí)間，減小施工成本。（3）應(yīng)設(shè)計(jì)靈活方便的行走和錨固系統(tǒng)，以增強(qiáng)掛籃系統(tǒng)靈活性。

3掛籃工程實(shí)例

某橋梁工程施工背景如下：水面寬約1km，深約20m，要求橋梁長(zhǎng)度約1470m，寬度約28m，其中左右兩幅單幅寬約12.7m，兩幅間隔約3m。主梁采用單箱室，主墩為薄壁墩，采用鉆孔樁灌注承臺(tái)。橋梁工程施工立面圖和斷面圖分別如圖1、圖2所示。

4掛籃施工控制方法

4.1撓度控制實(shí)驗(yàn)。施工中采用線性變形控制方法，即通過(guò)建模仿真，受力分析等試驗(yàn)手段和計(jì)算手段，嚴(yán)格控制梁的撓度，當(dāng)測(cè)量結(jié)果與預(yù)設(shè)情況有較大偏差時(shí)，通過(guò)進(jìn)行誤差分析及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決問(wèn)題。利用相關(guān)仿真軟件對(duì)橋梁建模仿真，并進(jìn)行受力分析。在施工過(guò)程中，橋梁的結(jié)構(gòu)載荷，模型約束條件會(huì)發(fā)生變化，所以可通過(guò)分析前一階段施工狀況，對(duì)下一階段施工要求進(jìn)行一定的控制。首先在主梁設(shè)置水準(zhǔn)處，當(dāng)達(dá)到控制需求時(shí)，將開(kāi)展控制工作，主要考慮施工情況、混凝土狀況等，還要進(jìn)行梁的立模標(biāo)高，這將是梁體線性分析，結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的基礎(chǔ)。為了消除梁體豎向變形對(duì)測(cè)量的影響，過(guò)程中通常需要預(yù)設(shè)預(yù)拱度，并考慮其他線性控制因素，以便于將測(cè)量結(jié)果和理論對(duì)比，分析施工可靠性。此外，測(cè)量撓度需要實(shí)時(shí)進(jìn)行，以提高測(cè)量結(jié)果可靠性。此外，為檢驗(yàn)掛籃載荷是否符合標(biāo)準(zhǔn)，并測(cè)量掛籃撓度值，提高澆筑過(guò)程的安全性，控制過(guò)程需要進(jìn)行掛籃加載試驗(yàn)。本橋梁施工過(guò)程中施加了拉桿，用于消除混凝土不能完全貼合掛籃表面的影響，但實(shí)際計(jì)算中忽略了拉桿，這會(huì)造成計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況存在一定差別。實(shí)驗(yàn)主要過(guò)程如下，首先選取兩個(gè)對(duì)稱(chēng)觀測(cè)面，布置一定數(shù)量觀測(cè)點(diǎn)，然后施加負(fù)載，并按照一定速率加載，最大載荷為130%自重加施工載荷。在原始位置進(jìn)行過(guò)標(biāo)定后，加載后掛籃偏移量可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算得出。掛籃的撓度主要由鋼結(jié)構(gòu)彈性形變?cè)斐桑谑┕で邦A(yù)設(shè)預(yù)拱度，便可計(jì)算出掛籃撓度。本工程中掛籃計(jì)算模型和撓度數(shù)據(jù)分別如圖3、表1所示。除以上撓度測(cè)量控制試驗(yàn)外，還可進(jìn)行橋墩頂部沉降測(cè)量和結(jié)構(gòu)預(yù)拱度測(cè)量。橋墩頂部沉降測(cè)量需要在橋梁同側(cè)和橋墩中心設(shè)置測(cè)量點(diǎn)，可以測(cè)量得到橋梁頂部標(biāo)高與沉降誤差。結(jié)構(gòu)預(yù)拱度測(cè)量目的是掌握施工過(guò)程中橋梁位置變化，需要將控制橋梁底部標(biāo)高，在橋梁梁體底部、腹板、橋面分別設(shè)置測(cè)量點(diǎn)。待混凝土澆筑后，應(yīng)測(cè)量梁體底部標(biāo)高和頂部預(yù)埋鋼筋的高度差，即通過(guò)頂部標(biāo)高反映底部標(biāo)高。4.2撓度控制分析。根據(jù)不同工程要求，設(shè)置相關(guān)控制標(biāo)準(zhǔn)。例如橋梁施工過(guò)程中有明顯物理縫隙，或掛籃位置與預(yù)設(shè)位置有偏差，便需要提高測(cè)量精度，完善撓度變形控制。同時(shí)，需要提高常規(guī)測(cè)量精度和可靠性，比如進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，避免在惡劣天氣測(cè)量，統(tǒng)一測(cè)量制度等方法，都可提高測(cè)量精度，提高工程可靠性。控制過(guò)程中需注意以下幾點(diǎn)：（1）在施工以前統(tǒng)一控制標(biāo)準(zhǔn)，以保證測(cè)量精度和可靠性。同時(shí)，線性測(cè)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在橋梁主墩0#的中心，并且定期進(jìn)行核查。（2）測(cè)量要實(shí)時(shí)進(jìn)行，從而掌握橋梁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化，為控制過(guò)程和實(shí)時(shí)調(diào)整施工階段計(jì)劃。（3）綁扎鋼筋會(huì)造成標(biāo)高模板變化，所以混凝土澆筑后，需要進(jìn)行復(fù)核，以保證澆筑模板精確性。

5結(jié)語(yǔ)

本橋梁施工工程中應(yīng)用了相關(guān)建模仿真軟件，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了受力分析，計(jì)算得出了橋梁撓度，通過(guò)階段性線性控制分析，對(duì)下一階段掛籃施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了動(dòng)態(tài)的校核與調(diào)整，從而保證了橋梁整體施工的規(guī)范型和可靠性。從以上分析和討論中可以看出，在階段性施工過(guò)程中開(kāi)展及時(shí)的控制過(guò)程，不僅可以糾正和調(diào)整前一階段施工誤差，還可對(duì)整個(gè)施工工程起到保障作用，同時(shí)提供了詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析，為設(shè)計(jì)者增加了經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行橋梁掛籃施工時(shí)，保證橋梁實(shí)際施工結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)一致，受力載荷與撓度變化一致，是橋梁施工規(guī)范和使用安全的關(guān)鍵所在。施工過(guò)程中掛籃會(huì)發(fā)生形變，所以需進(jìn)行載荷試驗(yàn)；同時(shí)，通過(guò)線性控制，分析橋梁受力狀況，設(shè)置測(cè)試點(diǎn)，進(jìn)行立模標(biāo)高，設(shè)計(jì)預(yù)拱度，對(duì)于合理制定施工流程、完善施工步驟、確保施工質(zhì)量具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]牛武朝.大跨度橋梁掛籃施工線性變形控制技術(shù)[J].華東公路，2019（4）：27-29.

[2]李美蓮.某橋梁懸臂掛籃施工控制技術(shù)研究[J].中外建筑，2018（9）：261-262.

作者:潘建平 單位:江蘇金堰交通工程有限公司