风荷载对挂篮的影响研究

赵亚丽

（中铁十四局集团第四工程有限公司，山东 济南 250002）

1 工程概况

长湖特大桥主桥全长321.50m，计算跨度为64m+96m+96m+64m。主梁采用变高度预应力混凝土连续箱梁结构，中支点处截面最低点梁高7.885m，跨中6m直线段及边跨19.75m直线段截面中心线处梁高5.285m，梁底下缘按二次抛物线变化。0#块及边跨直线段采用支架现浇施工，其余节段块采用菱形挂篮施工。

菱形挂篮采用双拼型钢40截面；前后斜拉杆为双槽28b截面；立杆采用双拼型钢40截面；内外滑梁采用双拼35截面；吊杆采用150mm×8mm吊带与直径为32mm的精轧螺纹钢。长湖处于风口区，常年有风，对挂篮走行及线形控制影响较大。

在此背景下，文章采用SAP2000有限元设计软件，主要分析挂篮走行过程中及走行到位调节模板时，风荷载对挂篮的强度、刚度以及稳定性等工作的影响。通过SAP2000模型的结果，对挂篮进行抗风加固，并对加固后的挂篮在风力作用下的工作状况进行分析，为以后类似的工程项目提供理论与实践依据。

2 挂篮走行过程有限元分析

根据菱形挂篮设计的实际情况，挂篮走行到位侧膜后端未施加约束时，风荷载下位移最大。通过释放菱形架杆件梁端约束建立菱形挂篮模型，如图1所示。

图1 菱形挂篮有限元模型

为了得到菱形挂篮所受风荷载值，建立钢板侧面模板的简化模型，钢板长度、高度和宽度分别为7m、4.7m和10mm。

2.1 边界约束

菱形架底端均设置固定约束，顶部杆件进行端部释放，底模横梁约束X、Y、Z位移。挂篮走行过程，侧膜模板后端前后左右无约束，在模型中限制Z方向位移，侧膜槽钢桁架搁置在外滑梁上，采用杆件连接处理。

钢模板体系在风荷载作用下，在下端施加重力方向约束。

2.2 施加荷载

本研究施加的荷载有自重荷载与风荷载两种，长湖风力较大，根据最近100年风速统计，长湖最大风力为9级，风速取24.4m/s，则有：

式中：wp为风压，kN/m2；ro为空气密度，kg/m3；v为风速，m/s。

空气密度ro和重度r的关系为r=ro·g，因此有ro=r/g[1]。在公式（1）中使用这一关系，得到：

式中：空气重度r=0.01225kN/m3，纬度为45°处的重力加速度g=9.8m/s2，得到wp=0.5·r·v2/g=0.5×0.01225×24.42÷9.8=0.3721kN/m2。

荷载组合为1.2倍自重+1.4倍自重。

2.3 计算结果

根据SAP2000建模计算结果，挂篮最大荷载组合应力为205MPa，杆件最大位移为36mm。挂篮走行应力结果图如图2所示，走形Y方向位移图如图3所示。

通过SAP2000的建模分析结果说明，虽然挂篮的杆件最大应力及最大稳定应力均没有超过钢材的屈服强度，挂篮也不会发生构件及整体的稳定破坏，但可能会因位移构件与混凝土发生碰撞，导致混凝土局部发生破坏。因此，挂篮走行时应注意与混凝土和模板的间距并需要对挂篮实施加固措施，保证挂篮在风荷载作用下具有良好的工作状态。

2.4 走行控制措施

挂篮走行前由现场工作人员对挂篮轨道进行详细检查。检查内容包括挂篮两边的走行轨道是否平行、坡度与顶面标高是否一致、挂篮轨道支撑与螺栓锚固情况是否良好、螺栓是否双螺母、挂篮后支座侧向刚度是否保证不会划出轨道。挂篮走行过程中必须有专职安全员与技术人员对挂篮各部件进行随时检查与监控，挂篮移动时后端必须有牢固可靠的防倾覆、防溜走的保护措施。

3 加固前挂篮工作性能有限元分析

图2 挂篮走行应力结果图

图3 走行Y方向位移图

根据菱形挂篮设计的实际情况，挂篮走行到位侧膜后端与混凝土相连接，应对X、Y、Z位移施加约束，其他条件同上。建立加固前挂篮模型如图4所示。

图4 加固前挂篮模型

3.1 计算结果

根据SAP2000建模计算结果，挂篮最大荷载组合应力为64MPa，杆件最大位移为11.7mm。加固前应力结果图如图5所示，加固前Y方向位移图如图6所示。

3.2 测量控制

设计要求中心位置偏差≤10mm，风荷载影响略大于此值，测量时需做如下控制。

采用莱卡全站仪测量，测角精度为2″，测距精度为±（2mm+2ppm×D），精度完全满足施工测量需要[2]。建立测量控制网时，沿桥梁两侧布设的控制点可以直接作为测站点或后视点使用。各基点定期进行复核，确保测量的精度和准确性。

图5 加固前应力结果图

图6 加固前Y方向位移图

调节模板采用全站仪进行坐标放样。在放样前，利用设计图纸提供的平曲线参数，根据桥梁结构图各部位之间的尺寸关系计算出放样点的设计坐标，输入仪器进行精准定位放样，调整模板左右偏位，先测量调整好底板平面位置及高程加固并保证模板稳定不受风荷载影响后，再定位梁体上部两侧的翼板。

3.3 挂篮走行过程及注意事项

挂篮走行时将施工作业人员分成4个小组，每边安排2组。统一由小组的工班长指挥走行，施工作业人员按工班长指挥顺序同时往前拽拉倒链。同一边挂篮两侧必须保持同速走行，以免造成挂篮扭斜无法走行。挂篮走行到位后，先将挂篮后锚用精轧螺纹钢锚固好，然后从底板预留孔穿入锚杆并将其锚固，再安装侧模走行梁后吊杆，最后完成挂篮走行，底模与顶模可通过测量仪器调节模板施工。

4 结束语

文章通过有限元设计软件SAP2000对长湖特大桥混凝土连续梁菱形挂篮的抗风情况进行了分析，发现施工中风荷载对挂篮产生的横向位移以及走行及模板定位的线形控制有一定程度的影响，需进一步加强控制措施。通过走行构件加固及检查提高构件整体稳定性，全站仪测量监控调整模板位置控制线形并做好浇筑前的复测工作，可消除挂篮施工风荷载影响的峰值位移和峰值应力，确保满足规范要求。