多工作面施工方案在某波形钢腹板 箱梁桥中的应用
刘芳，艾军'，张建东”，姬同庚”，王小萌（1.南京航空航天大学土水工程系，江苏南京210016；2.江苏省交通科学研究院服份有服公司，江苏南京21112；3.河南省施花峪黄河大桥投资有限公司，河南郑州450001）
【摘要】结合实际工程，通过对多工作面施工方案与普通施工方案相比较，总结出了多工作面施工方案的请多优进一步验证了多工作面施工方案结构的安全性.由于这种多工作面施工方案可以减轻挂篮自重、大幅度溶短工期 点.具体从挂篮的结构形式、安装移动施工流程，以及数值分析探讨了波形钢腹板箱梁桥的多工作面链工方案，并等，因此可降低总体造价，达到一定的经济效果.
[关键词】桥梁：箱梁桥：波形材料：波形钢腹板：多工作面；施工方案：挂体
[中图分类号]U448.216
[文献标识码]A[文章编号】1002-8498（2011）23-0046-04
Application ofMultiWorkingFace ConstructionScheme in Box Girder Bridge with Corrugated Steel Webs
(1. Ciil Enginering Dearmet Nanjing Uniseriy of Arnics nd Astrtis Nanjig Jng210016 Chin; Liu Fang' Ai Jun' Zhang Jiandong” Ji Tonggeng² Wang Xiaomeng’2. Jiangu Tranuportatin Reearech Instiae Co. Ld. Nanjng Jiangu 211112 Chins;3. He' nan Taohayu Yellow Riser Insentment Co. Lad. Zhengzhou He' nan 450001 China)
AbstractCobined with tul projee by cmparing contutin scheme betwee mlti working facand the original one a lot of merits of multi working face construetion scheme can be concluded. Fromstructure form of hanging basket installation of moving construction process to numerical analysis multiworking face construction scheme of box girder bridge with corrugated steel webs is discussed. Furthermore struetural safety of multi working face construction scheme is verified. Project total cost issaved economic effet is gained due to reducing hanging basket deadweight and greatly shorteningconstruction period.
Key words; bridges; box girder bridges; corrugated materils; corrugated stee webs; multi workingface; construction scheme; hanging baskets
可以减轻挂篮自重、大幅度缩短工期，并可期待达352.5cm；根据受力要求，支点处梁高取7.5m，高跨到一定的经济效果.同时可以创新性地推进波形比为1/18，边跨端支点处和跨中梁高根据本桥结构 钢腹板组合桥梁施工技术的进步，有效地拓展组合特点取3.5m，高跨比为1/38.6.综合考虑受力和结构桥梁工程在我国的应用和推广.
采用波形钢腹板箱梁桥的多工作面施工方案形截面，顶板全宽为1605cm，两侧的悬臂长美观因素，从支点到跨中箱梁下缘按1.8次抛物线变化.波形钢腹板与混凝土顶板的连接采用双开孔钢板连接件，底板采用理人式连接件.
1工程概况
桥梁上部结构设计为波形钢腹板预应力混摄75）m；上、下行2幅.箱梁采用单箱单室直腹板箱 土箱梁.主桥全长285m，其跨径布置为（75135
2施工方案比较
2.1多工作面施工方案
该桥原设计采用主梁顶、底板同时浇筑的普通悬臂施工方法，为了缩短工期、降低成本、力争创新，同时，探求波形钢腹板组合桥梁的合理施工技术，本桥施工探讨采用多工作面施工方法.并且此种多工作面施工方案曾应用于多座波形钢腹板
箱梁桥中.
波形钢腹板PC组合箱梁桥可采用类似PC桥的各种方法施工，如支架现浇、移动模架施工、悬臂浇筑、顶推施工等，由于本桥跨度较大，且大堤范围内不允许开挖，因此设计采用挂篮悬臂浇筑法施工 上部箱梁.由于挂篮悬臂浇筑施工，上、下底板同在一个垂直面上，因此只能先施工底板后施工顶板.根据山东郵城黄河大桥采用的此种施工方法，每节段施工时间为10d左右.由于跨大堤桥受常规的挂篮悬臂浇筑法施工，势必延长竣工时间. 黄河汛期影响，工期已推迟6个月之久，如果还按照因此，可采用错位浇筑法进行施工.错位法施工简化了传统的菱形挂篮，采取顶、底板浇筑和波形钢即在不改变原设计结构的情况下，将菱形挂篮改为 腹板拼接3个工作面施工，从面可以显著缩短工期.刚架吊篮形式，即由常规挂篮施工的一个工作面，增加到刚架吊篮多个施工工作面，如图1所示.
图1多工作面施工概念Fig.1Multi working face construction concept
2.2施工方案比较（见表1）
表1施工方案比较
Table 1Comparison of construction scheme
项目 普通施工方案 多工作面施工方案挂篮结构形式 挂篮同时承受顶、底波形钢股板承受部分施 板自重 工荷载挂篮自重' 自重较大 可减少约30% 节段周期可缩短2d，尤现场工期 工期较长 顶，底板同时施工，互 其缩短理发土养护期施工操作性 相干扰较大操作受 顶，底板错开施工，现场 操作性好上部结构影响 限制 对上部结构整体影响较小波形钢腹板构造 桥向不需连接 顶、底板钢翼缘板顺顶、底板钢翼缘板需连 接承受施工荷载施工期监控 经济性' 与类似桥聚相同 与类似桥聚相同 需考虑端部局部应力等 可降低总体造价综合比较 不推荐 推荐
注：1表示参考日本同类工程经验
3多工作面施工方案的工艺研究
3.1挂篮结构形式
采用多工作面施工方法的挂篮（移动装置）方
案如图2所示.与普通设计相比，悬臂节段的挂篮质量和作用位置发生变化，但总体挂篮自重有所减小.挂篮支撑分为前方推进支撑、中间支撑、后方移动支撑3部分.前方推进支撑主要用于推进移顶推进挂篮，同时推进过程中考虑防止面外倾覆和 动，以顶板双PBL件贯穿孔为反力点采用小型千斤顺桥向坡度滑移措施：中间支撑点为顶、底板施工时固定支撑（推进时该支点悬空），后方移动支撑在挂篮推进时可向前滑移，同时顶、底板施工时与顶确保施工安全性. 板混凝土用锚栓固定，防止挂篮前倾和纵坡滑移，
图2多工作面施工方案Fig.2Multi working face construetion scheme
3.2挂篮安装和移动施工流程
波形钢腹板箱梁桥节段悬臂浇筑施工步骤为：前移挂篮一底板钢筋安装、焊接波形钢腹板一淡筑底板混凝土一顶板钢筋安装→浇筑顶板混凝土→养护→预应力张拉一前移挂篮，进行下一循环.
支撑以及纵向小梁，然后吊装至波形钢腹板上翼缘 挂篮安装顺序：首先组装前方移动支撑和中间板；安装2根横向导梁；组装后方移动支撑；安装上部2根纵向型钢主梁；配置脚手架和模板等.
挂篮移动顺序：吊装波形钢腹板就位一波形钢腹板和翼缘板连接一移动装置的中间支撑悬空开 放→后方移动装置固定解除→采用反力固定于PBL件的水平千斤顶向前移动一移动至所定位置后中间支撑固定、后方移动支撑固定、侧向防倾覆装置固定→移动完后可进行节段施工.
工步骤可略作调整，多工作面悬臂节段施工的流水 若利用波形钢腹板做挂篮承重结构，则节段施作业面可在3个相邻节段n-1，a，n1展开，其施工流程如下：n-2节段体外束张拉，作业车移动一n-1节段预制件安装；n节段作业车移动到位，底板模板安装→n-1节段顶板PC板设置，安装横向连 接筋、顶板钢筋、安装模板；a节段底板钢筋、模板安装；n1节段波形钢腹板安装、连接-n-1节段顶板混凝土浇筑、养护、脱模；n节段底板混凝土浇筑、养护、脱模、连接面处理，安装.
如此往复进行下一个悬臂节段施工，面借助波
形钢腹板上翼缘板与下缘混凝土突缘，波形钢腹板也可作为节段悬浇的工作平车承重结构.
在施工过程中，为防止扭转及发生较大变形，采用临时支撑构造方案对悬臂施工线形进行控制，多次使用.由于考虑本桥桥幅较宽，所以采用上、 在前段2个节段设置斜撑，随着悬臂施工的推移可下水平支撑加八字形斜撑.
4有限元模型分析
图4有限元模型Fig.4 Finite element model
臂节段的波形钢腹板剪力分布和混凝土顶、底板的 通过有限元分析，验证多工作面施工过程中悬局部应力等力学性能，进一步验证结构安全性.
土和预应力筋的几何模型，不考虑二者之间的关系，然后分别进行独立的单元划分，单元划分后采用循环的方法将预应力筋节点与最近的混凝土单元节点自由度耦合，达到预应力筋单元和混凝 土单元协同工作的目的.用Shell63单元模拟波形钢腹板时，先建立一个波长为1.6m的波形钢腹板，然后循环复制，即可得到整个波形钢腹板.
4.1模型概要
1）模型尺寸选取长度为19.2m的悬臂波形4.8m.箱梁采用单箱单室直腹板箱形截面，顶板全 钢腹板箱梁有限元模型，分为4个节段，每个节段长宽为1605cm，两侧悬臂长352.5cm；箱内顶板厚为28cm，悬臂板端部厚为20cm，悬臂板根部厚为80cm；箱梁底板宽为900cm、底板厚为53.6cm，如图3所示.
限元模型建立后，在箱梁一端用约束相应节点在x， 4）边界条件采用一端固定、一端自由，在有y，方向的平移自由度来模拟固定端.
4.2计算荷载
移动挂篮质量和作用位置的变更如图5所示.挂篮结构采用的是横梁在下、纵梁在上，通过受力 分析及计算可得.
Fig.3 Cross seetion of box girder bridge 图3波形钢腹板箱梁横断面（单位：cm）with corrugated steel webs( unit;cm)
2）材料特性顶、底板混凝土的弹性模量E.=3.45x10*MPa，泊松比v，=0.167，容重y.=26.0kN/m²；钢腹板弹性模量E.=2.06x10MPa，泊松比v，=0.3，容重y，=78.5kN/m²；预应力筋弹y =78.5kN/m²；斜撑弹性模量E =2.06×10MPa， 性模量E =1.95x10MPa，泊松比v，=0.3，容重泊松比v，=0.3，容重y，=78.5kN/m².
图6挂篮纵梁受力示意Fig.6 Longitudinal beam force of hanging basket
3）单元类型采用Solid45单元来模拟混凝土顶、底板，因波形钢腹板厚22mm，采用Shell63单元来模拟，采用Link8单元来模拟钢绞线，面斜撑也用Link8单元来模拟，其空间有限元模型如图4所示.
如图5，6所示，F为第1根横梁作用到纵梁的力，F，=390.4kN；F 为第2根横梁作用到纵梁的力，F，=382.4kN；F 为波形板的重力，F= 力，F，=743.6kN；F，为第3根横梁作用到纵梁的8.857t/2×1.1=48.7kN（取中跨6'波形板的质量为最重）.其中挂篮横梁验算如下：
为保证计算结果的精度，单元大小取0.1m，实体模型的建立过程中全部采用六面体单元，且保证波形钢腹板与顶、底板之间均有公共节点，单元网格划分时采用映射网格划分的方法.其中，混凝土和预应力筋采用节点耦合法连接，即分别建立混凝
满足要求.f=7.6mm<[]=21mm，刚度满足要 8=151.01MPa<[8]=8，/2=172.5MPa，强度 挂篮纵梁验算如下： 4.3有限元计算结果 求.=13.76MPa<[]=0.88/2=138MPa，剪 应力满足要求. 8=54.314MPa<[8]=8/2=117.5MPa强度求.=51.3MPa<[]=0.88/2=94MPa，剪应 满足要求.f=1.5mm<[f]=8mm，刚度满足要力满足要求. 1）顶、底板局部应力该悬臂施工阶段混凝土顶、底板的局部应力分布如图7所示，根据《公路钢 筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTGD62-2004中的7.2.8，该桥施工段中顶板最大压应力为7.15MPa<20.4MPa，满足要求；顶板最大拉应力为2.67MPa<2.7MPa（根据规范直线内插求 得预拉区纵向配筋率为0.39%，面设计配筋率计算得出为0.39%），满足要求；该桥施工段中底板最大压应力为11.9MPa<20.4MPa，满足要求；底板最大拉应力为2.59MPa0.38%），满足要求. 得预拉区纵向配筋率为0.38%，而设计配筋率计算
图7纵桥向正应力的分布Fig. 7Normal stress distributionin vertical direction of bridge
2）波形钢腹板剪应力在波形钢腹板组合箱梁的受力行为中，考虑剪力由腹板承担，故可提取 波形钢腹板中具有代表性的等效应力，这里提取ANSYS中的Vonmises应力，它由主应力组合得到，现提取波形腹板中上部（y=-1.8m）和中部（y=-3.0m）位置处的Vonmises应力沿纵向的分布图. 由图8，9可见，箱梁波形钢腹板上第1节段和第2节段的Vonmises应力在与顶、底板交接处端部应力比较集中，后2个节段的应力比较小，但沿波形钢腹板竖向应力分布比较接近，近似于均匀分布.
波形钢腹板的最大Vonmises应力约为27MPa，
5结语
参考文献：
图8波形钢腹板Vonmises应力纵向分布 Fig.8 Longitedinal Von mises stressdistribution of corrugated steel webs
图9波形钢腹板Vonmises应力云图 Fig.9Von mises stress nephogramof corrugated steel webs
位于底板与腹板交接处的端部，小于容许应力200MPa，满足规范要求.而且波形钢腹板在整个施工过程中都不会发生局部屈曲.
3）斜撑应力由ANSYS得斜撑轴向最大拉应力为10.1MPa，最大压应力为2.87MPa，均满足要求.
程中悬臂节段的混凝土顶、底板的局部应力以及波 1）通过以上有限元分析可得，多工作面施工过形钢腹板剪力均满足要求，因此该施工方案的结构是安全可靠的.
自重、大幅度缩短工期等，因此可降低总体造价，并 2）由于这种多工作面施工方案可以减轻挂篮达到一定的经济效果.
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