洛阳八道河大桥连续刚构挂篮施工立模标高计算

摘要：本文以洛阳至栾川高速公路洛阳至嵩县段NO.6标段八道河大桥为背景，对大跨度连续梁桥悬臂浇筑施工控制方法进行了系统阐述，并基于施工真实状况建立了有限元计算模型。同时，结合立模标高施工控制过程，简述如何利用《桥梁博士软件》，从理论分析与软件操作的角度论述连续刚构挂篮桥立模标高的计算方法。关键词： 刚构桥；挂篮；立模标高

中图分类号：U448文献标识码： A1前言预应力混凝土连续梁桥具有变形小、结构刚度好、行车平顺舒适、伸缩缝少、造型简洁美观、养护简单以及抗震能力强优点，在桥梁工程中该类型得到广泛的应用。预应力混凝土连续梁桥的施工方法很多，有支架现浇法、悬臂浇筑合悬臂拼装法、顶推法、移动模架法和转体施工法，其中悬臂浇筑施工法应用最广，悬臂浇筑又称无支架平衡伸臂法、挂篮法、吊篮法。悬臂浇筑法施工预应力混凝土连续梁桥具有如下特点：

1.1预应力混凝土连续梁桥的结构受力状态有利于悬臂施工，即悬臂施工时的受力与成桥后的结构受力较为接近，施工时的预应力张拉既是施工时的临时需要，又是成桥后的结构受力筋。

1.2作为无支架施工，有利于通航河流建桥、有利于深山峡谷之间建桥、有利于城市立交建桥，不妨碍桥下净空，不影响桥下交通。

1.3有利于节省施工费用，降低工程造价。因为挂篮结构简单，成本低廉，逐段浇筑混凝土无需大型吊装设备。

1.4有利于施工作业，加快施工进度。每个阶段的施工较少受环境的影响，可以保证施工的连续性，同时每墩至少有两个工作面平行作业，几个墩可同时施工，各作业面互不干扰，施工速度较快，施工进度有保证。

1.5有利于变高度箱梁施工。由于采用分段施工，便于梁体设计成变高度梁，可以使预应力混凝土连续梁桥的结构布置千姿百态，能设计出各种轻巧、飘逸、美观的桥梁。

成桥的过程中，由于合拢时需要进行体系转化等原因，结构受力在不断复杂变化中，因此，为了保证合拢精度和成桥运营状态下的线型和内力，确保工程质量和安全，一般都应对桥梁施工全过程进行监控，由相应有资质和经验的单位承担施工监测与控制任务。 2工程概况2.1八道河大桥主桥130m预应力混凝土连续刚构设计介绍

八道河大桥悬臂浇筑部分跨径布置为75+130+75m单箱单室箱形截面，箱梁高度和底板厚度均按照1.6次抛物线变化。箱梁中线处根部梁高780cm,跨中梁高320cm,顶板宽1275cm,底板宽650cm,悬臂长312.5cm，顶板厚30cm，底板厚30～100cm，腹板厚50～70cm。箱梁根部设四道60cm的横隔板，中跨跨中设两道40cm的横隔板，边跨梁端设一道120cm的横膈板。

按全幅中心线展开计算，箱梁0号节段长1200cm，箱梁单“T”共分17段悬臂浇筑,分段为8×3.0+4×3.5+5×4.0m,边跨现浇段长8.92m,中、边跨合拢段均为2.0m，主桥按4、5号墩两个“T”对称悬臂浇筑施工，除0号梁段采用在墩顶旁搭托架浇筑完成外，其余两段采用挂篮悬浇，悬浇最重梁段为1547KN，边跨现浇段达设贝雷桁架浇筑。主桥合拢顺序为：同时合拢两个边跨，再合拢中跨。

主桥上部按全预应力混凝土设计，采用纵横竖三向预应力设计。成桥后的照片如图1。

图1 成桥照片

2.2施工监测与控制

根据施工图纸要求，梁段施工标高的设制原则为：

H立模=H梁顶+∑f1+∑f2+f挂篮弹性变形+h阶段

H立模--是指待浇筑阶段前端底模上缘高程；

H梁顶--是指待浇筑梁体路线设计高程扣除铺装后的高程；

∑f1--是指本施工阶段及后续浇筑梁段自重、预应力、混凝土收缩、徐变、温度、体系转换二期恒载等产生的总挠度而需要设置的预拱度值(到竣工时即二期恒载加载后一个月止,未计竣工后的收缩徐变);

∑f2--是指跨中按L/1000预设的预拱度值,其余各处按“活载位移曲线”放样到箱梁对应的节段断面的预拱值；

f挂篮弹性变形--是指本施工阶段挂篮在新浇筑混凝土、内模等重力作用下的弹性变形；

h阶段--指本施工阶段待浇筑梁体前端梁高。

上式各项挠度向上取正号，向下取符号。箱梁立模标高应通过施工监测与控制，在施工前确定。同时要求合拢时，梁端相对高差不得超过2cm，相对轴线偏差不得超过1cm。 2.3桥梁博士软件介绍现在市场上使用比较多的有限元分析软件是《桥梁博士》、《迈达斯》、《公路桥梁结构设计系统GQJS》、Ansys等，各有各的优点，桥梁博士软件在悬臂刚构桥挂篮模拟方面优点更为突出。系统是一个集可视化数据处理、数据库管理、结构分析、打印与帮助为一体的综合性桥梁结构设计与施工计算系统。系统的编制完全按照桥梁设计与施工过程进行，密切结合桥梁设计规范，充分利用现代计算机技术。对结构的计算充分考虑了各种结构的复杂组成与施工情况。计算更精确；同时在数据输入的容错性方面作了大量的工作，提高了用户的工作效率。

主要由以下步骤：

数据准备；

项目的建立；

输入总体信息；

输入单元信息；

输入钢束信息；

输入施工信息；

输入使用阶段信息；

系统对建立的有限元模型检验通过后，就可以进行计算输出。

3立模标高的计算3.1有限元模型的建立箱梁部分划分为97个单元（1-97），桥墩部分划分为62个单元（98-159），桥墩和地面用固定支座，墩梁处固结，边跨用可动支座。截面用通用截面拟和程序一次建立。在单元信息页面，截面描述下，打开通用截面拟和对话框，先设置参数，然后进行截面坐标定义如下：

Section0.Region[1].Point[1].x=0;

Section0.Region[1].Point[1].y=0;

Section0.Region[1].Point[2].x=-w5/2;

Section0.Region[1].Point[2].y=-w5/2*0.02;

Section0.Region[1].Point[3].x=-w5/2;

Section0.Region[1].Point[3].y=-w5/2*0.02-hl1;

Section0.Region[1].Point[4].x=-w5/2+w1;

Section0.Region[1].Point[4].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2;

Section0.Region[1].Point[5].x=-w5/2+w1+w2;

Section0.Region[1].Point[5].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2-hl3;

Section0.Region[1].Point[6].x=-w4/2;

Section0.Region[1].Point[6].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2-hl3-hl4;

Section0.Region[1].Point[7].x=w4/2;

Section0.Region[1].Point[7].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2-hl3-hl4;

Section0.Region[1].Point[8].x=w4/2;

Section0.Region[1].Point[8].y=w5/2*0.02-hl1-hr2-hr3;

Section0.Region[1].Point[9].x=w4/2+w2;

Section0.Region[1].Point[9].y=w5/2*0.02-hl1-hr2;

Section0.Region[1].Point[10].x=w5/2;

Section0.Region[1].Point[10].y=w5/2*0.02-hl1;

Section0.Region[1].Point[11].x=w5/2;

Section0.Region[1].Point[11].y=w5/2*0.02;

Section0.Region[1].Point[12].x=0;

Section0.Region[1].Point[12].y=0;

Section0.Top=0;

Section0.Bottom=0;

Region[1].fsolid=true;

Section0.Region[2].Point[1].x=0;

Section0.Region[2].Point[1].y=-ts;

Section0.Region[2].Point[2].x=-w4/2+w3+x;

Section0.Region[2].Point[2].y=-ts-(w4/2-w3-x)*0.02;

Section0.Region[2].Point[3].x=-w5/2+w1+w2+w3;

Section0.Region[2].Point[3].y=-ts-(w4/2-w3-x)*0.02-y;

Section0.Region[2].Point[4].x=-w5/2+w1+w2+w3;

Section0.Region[2].Point[4].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2-hl3-hl4+bs+v;

Section0.Region[2].Point[5].x=-w5/2+w1+w2+w3+u;

Section0.Region[2].Point[5].y=-w5/2*0.02-hl1-hl2-hl3-hl4+bs;

Section0.Region[2].Point[6].x=w4/2-w3-u;

Section0.Region[2].Point[6].y=w5/2*0.02-hl1-hr2-hr3-hr4+bs;

Section0.Region[2].Point[7].x=w4/2-w3;

Section0.Region[2].Point[7].y=w5/2*0.02-hl1-hr2-hr3-hr4+bs+v;

Section0.Region[2].Point[8].x=w4/2-w3;

Section0.Region[2].Point[8].y=-ts+(w4/2-w3-x)*0.02-z;

Section0.Region[2].Point[9].x=w4/2-w3-x;

Section0.Region[2].Point[9].y=-ts+(w4/2-w3-x)*0.02;

Section0.Region[2].Point[10].x=0;

Section0.Region[2].Point[10].y=-ts;

Section0.Region[2].fsolid=false;

同时，采用中交04规范进行全桥结构安全计算，相对湿度0.8。单根钢铰线直径φj15.24mm，钢铰线面积Ay＝140mm2，钢铰线标准强度Ryb=1860MPa，弹性模量Ey =1.95×105MPa。管道摩阻系数mu=0.17，局部偏差系数k=0.0015。悬臂施工的桥梁结构，在节段施工中需要挂篮做临时承重结构，由于挂篮锚固于主梁上，因而挂篮将与结构同时受力。首先对全部挂篮编组。一般悬臂施工中，现浇节段的重量由挂篮承受，而挂篮重量靠后支点锚固于已浇注的梁段上；待节段施工结束后，此现浇的梁段自重再由已浇注的主梁单元承担。挂篮模拟采用后支点挂篮，共编辑4组，用吊点力进行模拟，吊点力解算力学模型求得，挂篮模拟对话框如图2。

图2挂篮对话框

等各类参数输入完成后，数学模型就算建立好了，就可以数据检验，进行模型的检查，建立的模型如图3所示。

∑f1的计算

按照要求，根据施工图纸和建立有限元模型，用《桥梁博士》软件计算后，就可以输出需要的变形值，在软件总体信息输入窗口勾选累计初位移选项，那么施工阶段的累计变形值既是最后一个施工阶段的累计变形值，如图4所示。

∑f2的计算

根据建立有限元模型，在《桥梁博士》数据输出窗口，输出成桥后汽车MinQ竖向位移数值，根据图纸计算要求，中跨跨中按L/1000设置，130m/1000=0.13m, 其余各处按照活载位移曲线放样，结果如图5所示。

f挂篮弹性变形的计算

为确保挂篮悬灌施工安全，需对挂篮进行预压试验以检验挂篮的承载力和挠度值。通过挂篮在刚构施工时的加载过程来分析，逐级加载测得挂篮主纵梁框架的弹性变形值，得到施工现场的逐级加载预压报告，结合梁段自重，用内插法算出每一阶段的挂篮弹性变形值，0#块和边跨不考虑挂篮变形。变形曲线如图6所示。

综合效应

结合以上各类变形值，求和后反号可得施工中使用得与抛高值，加上设计标高就是立模标高，与抛高值如图7所示。

4分析与结论

刚构桥成桥后的受力状态，不仅与不同的施工方法有关，而且还与不同的施工顺序有关，挂篮桥施工的立模标高的计算，就是为了成桥状态贴近设计，是在梁段施工之前利用有限元软件通过模拟计算提前给定的，在计算分析中选用的计算参数和实际情况会有一定的差异，如果不加以调整，往往会造成成桥线型和设计线型有一定偏差，甚至超出允许值，不能满足成桥要求。这就需要在桥梁监控过程中将实测的挠度值和程序计算的挠度值进行比较，利用软件根据施工过程的实际工况适时进行调整，掌握了计算方法，能在施工过程中适时指导生产，给施工带来方便，还能更加科学的掌握结构受力和变形特点。

参考文献：［1］洛阳至栾川高速公路洛阳至嵩县段《两阶段施工图设计》。

上海同济大学《桥梁博士V3.1》帮助文件。

徐岳 王亚君 万振江 预应力混凝土连续梁桥设计 人民交通出版社

张继尧 王昌将 悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥人民交通出版社