变宽桥面挂篮设计研究

2011-04-14赵井卫

山西建筑 2011年17期

翟辉赵井卫

1 工程概况

某桥主桥为矮塔斜拉桥，为跨越黄河而设，结构为一联95 m+ 160 m+95m预应力混凝土双塔单索面部分斜拉桥。桥长350m，采用塔梁固结、梁墩分设的结构形式。箱梁截面为单箱3室，在梁段的中室腹板上设有斜拉索。其施工方法采用先T构，后连续的方法，即先按T构悬臂浇筑施工后体系转换合龙成为部分斜拉桥。根据设计要求，2个T构同时施工，需加工4套宽桥面大挂篮。

2 挂篮选型

目前，挂篮已向轻型且重载方向发展，其中可以用主要控制指标来反映挂篮的设计是否优化，设定挂篮重量/悬浇节段重量。

桥梁施工技术规范规定值分布一般为0.3～0.5，值越低，表示承受节段单位重量使用的挂篮材料越省，整个挂篮(包括模板)设计越合理。值较大的桥梁一般是采用万能杆件桁架式或三角桁架式挂篮加配重。因此，减轻挂篮自重采用的手段除优化结构形式外，最重要的措施是不设平衡重，并改善滑移系统，同时改进力的传递系统。

本桥梁段最大质量200 t，最长节段4 m;梁高变化范围4.5 m～ 2.0 m，梁底宽变化范围14.6 m～16 m。拟采用轻型菱形桁架挂篮，挂篮无平衡重，自行式行走，自重84 t，控制指标，符合桥梁技术规范规定的水平。

3 挂篮构造

该菱形挂篮由主构架、底模架、前上横梁、内外模板、行走及锚固系统等组成。主桁片是挂篮的主要承重部分，由4片桁架及联结系和门架组成。桁片的杆件均采用2Ⅰ32c工字钢焊接而成，为便于安装和运输，节点处均采用栓接。

底模架纵梁采用Ⅰ30和Ⅰ32工字钢组焊而成。模架前后横梁由2Ⅰ40组焊而成，挂篮前后吊点均设在前后横梁上，前横梁设12个吊点，其中6个为外模走行梁前吊点，6个为底模前吊点。后横梁设8个吊点，其中6个固定在底板上，2个固定在箱梁翼缘板上。

底模板12 mm厚的竹胶板模板，下垫10 cm×10 cm方木，竹胶板和方木用铁钉固定，方木下设横向分配梁，横向分配梁分为固定分配梁和活动分配梁，放置在底模纵梁上，其中固定分配梁点焊在底模纵梁上。

每套挂篮的前上横梁由两根Ⅰ56c工字钢焊接而成，每根长11.65 m，每根联结于主构架前端的节点处，将两片桁架连成整体，上布6个吊点，其中3个为底模前吊点，3个吊点为外侧模走行梁前吊点。前上横梁上应加设栏杆，为调整吊带时的防护。

挂篮后吊装置每个吊点采用2根32精轧螺纹钢筋，穿过底板预留孔后，下端与下吊梁1联结，用1个LQ30千斤顶及扁担和垫梁支撑在已浇筑好的梁段底板上。

挂篮走行装置由轨道、钢枕、前后支座、千斤顶等组成。轨道由2Ⅰ25b及12厚钢板组焊成Ⅱ型断面，底板每隔60 cm开椭圆形长孔，以便与竖向预应力钢筋锚定。轨道根据梁段不同分2 m和1 m两种。

前后支座各2个，前支座支撑在轨道顶面，下垫聚四氟乙烯滑块，可沿轨道滑行。后支座以后钩板的形式沿轨道下缘滑动，不需要加设平衡重，千斤顶牵引前支座，使整个挂篮向前移动。

挂篮在灌注混凝土时，每个主桁架后端利用6根32精轧螺纹钢筋锚固在轨道上，轨道锚固在已成梁段的竖向预应力钢筋上，在锚固时，利用千斤顶将后座钩板脱离轨道，然后锚固。示意图如图1所示。

4 挂篮设计计算

4.1 挂篮构件传力机理

作为待浇梁段混凝土的支撑面，内、外顶模支撑翼缘板与顶板的混凝土重量。模板以上的重量则由间隔分布的内、外纵梁滑梁承受。内、外纵滑梁则把力传递到已浇梁段的顶板和前上横梁上安装的吊杆上。待浇腹板和底板混凝土重量则通过底模传递给底篮纵、横梁，通过前、后下横梁上安装的吊带传力给已浇筑梁段的底板和前上横梁。而前上横梁的所有荷载则都传递到菱形主桁架上，桁架前支点和后锚点再将荷载传递给已浇梁段的顶板上。其传力流程如图2所示。

4.2 挂篮系统受力分析

根据上述传力机理，采用大型有限元程序SAP2000计算，挂篮系统采用空间(杆系+板块)有限元进行弹性分析，其中主桁架构件、横联、上下横梁、底篮纵梁、内外纵滑梁用梁单元模拟;吊杆、吊带用只受拉杆单元模拟;地理模板采用具有较大刚度的板单元模拟，相关参数如表1所示。

表1 挂篮构件内力计算参数

4.3 结果分析

针对最不利工况进行挂篮加载分析，对相关杆件进行应力、稳定性验算。计算表明，挂篮走行过程中，底篮最大变形15.8 mm，满足施工规范要求的20 mm限值，出现在浇筑1号梁段之后;整个施工及走行过程中，挂篮各构件应力满足材料允许值的要求，最大应力93 MPa，位于底篮纵梁及内外滑梁。结构整体抗倾覆安全系数3.2，自锚固系统的安全系数4.2，均满足规范要求;整体挂篮刚度较大，施工变形较小，有利于施工线形及标高的控制。