復(fù)雜環(huán)境重載鐵路大節(jié)段大噸位掛籃設(shè)計

1、 復(fù)雜環(huán)境重載鐵路大節(jié)段大噸位掛籃設(shè)計 胡啟軍【摘 要】針對重載鐵路連續(xù)剛構(gòu)橋具有墩高、節(jié)段長、重量大等特點，位于大風(fēng)區(qū)且必須冬季施工，給掛籃設(shè)計、施工帶來了極大難度，掛籃設(shè)計過程中既要滿足受力、保溫要求，又要方便掛籃的行走，且不影響掛籃標(biāo)高控制及內(nèi)部保溫。本文通過數(shù)值模擬、理論計算與現(xiàn)場測試結(jié)合的方式，針對本橋特點自行研制了抗風(fēng)性能較強的自行式新型掛籃，采用新型滑移系統(tǒng)裝置作為掛籃前移裝置，方便掛籃前移。保溫方面設(shè)計了移動式保溫棚進行包裹提高內(nèi)部施工溫度?！綤ey】高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋；掛籃；保溫棚；監(jiān)控1.前言目前，高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋基本采用懸臂澆筑的方式施工，在橋墩較高的情況下，剛構(gòu)在懸臂

2、施工過程中，掛籃的振動響應(yīng)將會影響到剛澆注完成的混凝土的初凝、終凝以及尚未達到標(biāo)準強度的混凝土的養(yǎng)護，進而使得結(jié)構(gòu)的混凝土達不到設(shè)計要求的強度值，甚至使結(jié)構(gòu)在施工階段就出現(xiàn)裂縫。同時，掛籃過大的抖振會危害到一些機械的使用及安全性能以及在結(jié)構(gòu)上工作人員的安全。因此針對低溫大風(fēng)高墩大跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋的懸臂施工過程的特點，對此狀態(tài)下的帶防護棚掛籃的抗風(fēng)性能分析具有重要的意義。2.工程概況及特點大沙溝特大橋為煤炭運輸專用線重載鐵路控制性工程，橋跨結(jié)構(gòu)為1032m簡支T梁，兩聯(lián)（60+3100+60）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁位于10#墩20#墩，其中10#墩15#墩為第一聯(lián)，15#墩20#墩為第二聯(lián)

3、，其中12#、13#、17#、18#為剛構(gòu)墩。大橋地處區(qū)域?qū)俅箨懠撅L(fēng)氣候，冬季漫長，溫差較大，干燥多風(fēng)，大風(fēng)出現(xiàn)期較長，主要出現(xiàn)在10月份至來年5月，年平均風(fēng)速1.83.4m/s，最大風(fēng)速（ 瞬時） 29.7m/s，年極端最高氣溫37.9.，極端最低氣溫-40.4。大沙溝特大橋最高墩高達106 m，地面與墩頂溫差高達10度。連續(xù)剛構(gòu)跨度較大，施工安全風(fēng)險高。根據(jù)工程所在地多年氣候條件，為加快施工建設(shè)，盡可能地縮短工期，提高整體的經(jīng)濟效益，連續(xù)梁需進行冬季施工。3.帶保溫棚掛籃的抗風(fēng)設(shè)計3.1 掛籃抗風(fēng)計算3.1.1 模型建立。由于掛籃內(nèi)模及外模系統(tǒng)的荷載主要作用在各自的導(dǎo)梁上，因此建模過程中對

4、實際結(jié)構(gòu)做如下簡化：將掛籃內(nèi)模及外模系統(tǒng)換算成相應(yīng)荷載均布在各自導(dǎo)梁上，忽略各桿件間的螺栓孔、銷孔及工藝槽等對分析結(jié)構(gòu)影響不大的微小結(jié)構(gòu)，忽略各連接處筋板的作用，不考慮焊縫處材料特性的變化，認為焊縫處材料與相鄰結(jié)構(gòu)的材料性能形同，桿件間銷軸連接采用釋放梁端約束模擬，桿件采用梁單元模擬。有限元分析模型如下：3.1.2 結(jié)構(gòu)受力結(jié)果分析。結(jié)構(gòu)最大橫向位移18.9mm，結(jié)構(gòu)最大拉應(yīng)力140.3mPa，最大壓應(yīng)力176.6mPa。計算得到板單元最大壓應(yīng)力70.9mPa，結(jié)構(gòu)最大彎矩310.5kN*m，最大軸力1481.9kN，結(jié)構(gòu)最大反力1481.9k。結(jié)構(gòu)一階穩(wěn)定系數(shù)23.9，二階穩(wěn)定系數(shù)26.2，

5、三階穩(wěn)定系數(shù)26.6。故結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載、雪荷載、防護棚等附加荷載作用下，穩(wěn)定性滿足要求。然后采用非線性接觸分析方式對銷軸及節(jié)點板局部接觸應(yīng)力計算分析，模擬結(jié)構(gòu)圖如下所示：節(jié)點板及桿件局部接觸銳角邊處極值達到250mPa，大于Q235鋼材質(zhì)屈服點235mPa，實際應(yīng)用中可能有輕微塑性變形。根據(jù)以上驗算結(jié)果，在大風(fēng)、低溫條件下掛籃設(shè)計采取的結(jié)構(gòu)加強措施可行，掛籃各桿件及防護棚受力數(shù)值均在容許范圍內(nèi)，滿足使用要求。3.2 掛籃應(yīng)力監(jiān)控通過對受力最大節(jié)段的實際監(jiān)控，得出掛籃主要部位結(jié)構(gòu)受力的實際受力值，通過與理論計算結(jié)果進行對比，繪制曲線結(jié)果如下圖：根據(jù)監(jiān)控數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)對比分析，可知在腹板澆筑完成后，

6、結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力增加不大，在澆筑完成15小時后，結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力略有減小，說明鋼筋砼參與共同受力，在理論計算時，沒有考慮鋼筋砼共同作用。掛籃主桁架型鋼、掛籃吊帶、防護棚等構(gòu)件所受力均低于型鋼抗拉強度，滿足使用要求。4.移動式保溫棚的設(shè)計節(jié)段外側(cè)采用移動式保溫棚，保溫棚采用型鋼焊接，通過橋面翼緣板上的鋼軌可整體移動。橋面上為方便人員及小型運輸設(shè)備通行，設(shè)置門形框架，橋面下為U型骨架。根據(jù)保溫棚的耗熱量計算公式：，當(dāng)保溫棚內(nèi)溫度10，大氣溫度為-10、-15、-20、-25、-30時，保溫棚的耗熱量Q分別為：102363w、127953w、153544w、179135w、204726w。根據(jù)計算結(jié)果，當(dāng)環(huán)

7、境溫度為-30時，每個掛籃可選用5臺D20工業(yè)暖風(fēng)機結(jié)合無煙煤火爐供暖。5.重載鐵路施工線形監(jiān)控為了確保成橋線形及內(nèi)力符合設(shè)計及規(guī)范要求，必須進行橋梁施工過程的監(jiān)控。在施工過程中根據(jù)施工監(jiān)測的成果對誤差進行分析、預(yù)測及調(diào)整后續(xù)梁段的立模標(biāo)高，以確保施工過程中結(jié)構(gòu)的可靠度和安全，確保合攏精度和體系轉(zhuǎn)換的順利進行，最終使成橋后的橋面線形、內(nèi)力符合設(shè)計要求、滿足設(shè)計理念。5.1 主梁的線性檢測主梁線形控制主要依靠施工控制計算和箱梁各節(jié)段撓度及標(biāo)高控制來完成，箱梁撓度及標(biāo)高控制則通過對梁頂、梁底標(biāo)高進行觀測，再結(jié)合理論控制計算結(jié)果達到控制目的。建立相應(yīng)的施工控制測量網(wǎng)，通過對施工過程中每一梁段標(biāo)高實施

8、監(jiān)測，監(jiān)測施工過程中箱梁軸線位置的變化情況，以保證懸臂施工的懸臂合龍平面誤差控制在設(shè)計要求和規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。5.2 主梁應(yīng)力監(jiān)控大沙溝特大橋應(yīng)力測試斷面的選擇考慮以下因素：結(jié)構(gòu)受力的關(guān)鍵截面；施工流程；本橋自身特點；結(jié)構(gòu)的對稱性。5.3溫度應(yīng)力場監(jiān)測環(huán)境溫度的測量采用電子溫度計，每一聯(lián)設(shè)置3個截面：中跨1/4截面、1/2截面，邊跨1/2截，溫度場的測量采用JTM-T4000型溫度計進行測試。由于混凝土結(jié)構(gòu)的熱傳導(dǎo)性能較差，周圍環(huán)境溫度的變化和陽光照射不同等原因使其表面溫度和內(nèi)部溫度形成較大的溫度梯度。溫度測點的布置將要反映這種梯度的變化。主梁溫度場設(shè)選擇氣溫變化較大的一天進行全天測試。每隔

9、2個小時測試一次，分析溫度場隨氣溫變化的規(guī)律；在合攏時，對溫度場進行一次全天測試。6.結(jié)論（1）針對低溫、大風(fēng)、高墩、大節(jié)段預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋帶防護棚掛籃的抗風(fēng)分析，通過改進掛籃設(shè)計，減小了掛籃的振動響對剛澆注完成的混凝土的初凝的影響，自動前置裝置方便了施工，增加了掛籃上機具與工作人員的安全性。（2）對于低溫大風(fēng)區(qū)高墩大節(jié)段、大噸位掛籃展開抗風(fēng)性能及保溫措施的研究，對于提高我國高墩大跨度橋梁的發(fā)展有著十分重要的意義。本研究成果可應(yīng)用于高墩大跨連續(xù)剛構(gòu)橋梁施工中，將對減少高墩大跨剛構(gòu)橋懸臂施工風(fēng)險以及提供保障冬季施工溫度的合理建議，其應(yīng)用領(lǐng)域可推廣其它同類型的橋梁。（3）通過對大節(jié)段、大噸位掛籃實施施工監(jiān)控，對結(jié)構(gòu)在施工過程中的受力和位移狀態(tài)進行了有效的控制，使橋梁結(jié)構(gòu)始終處于安全的可控狀態(tài)。Reference：1