矮塔斜拉桥长悬臂箱梁挂篮设计与施工

2014-11-25周伟明中铁二十四局集团安徽工程有限公司安徽合肥230000

安徽建筑 2014年2期

周伟明（中铁二十四局集团安徽工程有限公司，安徽合肥 230000）

1 工程概况

徐明高速公路新汴河大桥主桥B部分为独塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥，跨径组成为60m+60m=120m，全长120m，全桥斜拉索共9对，为空间平行布置，梁上锚固点顺桥向间距为4m，横桥向间距为0.9m。桥梁主塔桥面以上高18.5m，为钢筋混凝土矩形实心结构，顺桥向长3m，横桥向宽2m，布置在中央分隔带上，并与主梁固结。主塔桥墩采用圆端型空心桥墩，高15m，基础采用群桩基础。

主梁为预应力C50混凝土整体式箱梁，预应力体系采用纵横两向预应力体系。箱梁根部中线处高度为3.25m，悬臂端部处高度为2.8m，桥面横坡2%，箱梁宽度为28m，两侧悬臂均为4.5m，箱梁高度按二次抛物线变化。箱梁顶板厚32cm,角隅设二次倒角25cm×40cm 和160cm×20cm,箱梁底板厚度30cm,角隅倒角55cm×30cm。腹板厚度分别为50cm、60cm、70cm。标准横隔板每4m布置一道(仅在拉索区布置),并与斜拉索索距对应。标准横隔板中室处厚度为50cm,边室处厚度为30cm。边墩处横梁宽度180cm,桥塔处设两道横梁,宽度1m。全桥一个T构，共14个节段，每个节段长4m，节段重量为211t～291t，现浇合拢段长4m，重量为361t。全桥混凝土总量为3191.43m3。新汴河大桥主桥B部分桥型布置图见图1。

2 挂篮结构组成及各部分简介

图1 新汴河大桥主桥B部分桥型布置图（单位：mm）

2.1 挂篮结构组成

挂篮结构主要由挂篮杆件、模板系统及其他辅件三部分组成。

①挂篮杆件：挂篮杆件主要由主桁系统、走行锚固系统、导向系统、底篮系统、平台防护系统、前上横梁、吊挂系统、辅助部件等组成。

②模板系统：本悬浇箱梁翼板及底板及端头采用大块组合钢模板，箱室内模采用桥梁专用竹胶板。

③其他辅件：其他附件主要有精轧螺纹钢及其配件、连接螺栓、螺旋千斤顶、手拉葫芦等施工辅助材料及用具。

2.2 挂篮各部分结构简介

2.2.1 主桁系统

主桁系统是整个挂篮中主要的受力部分，由联结杆件将各承重桁架联结成整体；承重桁架由前后弦杆、竖直杆、下水平弦杆和各节点组成，采用销轴连接成整体。新汴河大桥挂篮采用四榀桁架组成，中间两榀间距3.1m，两侧两榀间距7.4m。每榀桁架高4.09m，桁架水平节点间距6.11m，总长11.14m。

2.2.2 走行锚固系统

走行锚固系统由后吊挂滚轮组件、前滑座、走行轨道及后部锚固组件组成，走行及锚固组件分别在挂篮空载前移和梁体浇筑时起着非常重要的作用。锚固系统设在四榀主桁架的后节点上，每榀主桁架设2组，每组锚固系统包括2根扁担梁和4根后锚杆，其作用是平衡浇筑混凝土时产生倾覆力矩，确保挂篮施工安全。走行轨道采用I36工字钢焊接组合而成，轨道连接采用M10.9S级高强螺栓连接，由于桥面宽，为保证四榀桁架走行协调一致，主桁架走行采用全自动液压走行系统。

2.2.3 导向系统

导向系统包含导梁、导梁滑架、导梁吊架等。导梁由双拼[40槽钢工制作，在挂篮施工过程中主要承受模板及模板上部混凝土载荷，在挂篮前移过程中起着承托模板随主桁架一同前移的作用。

2.2.4 底篮系统

底篮系统主要起着将梁体底板及腹板位置混凝土载荷传递到挂篮前端承重横梁上的作用，主要由底篮前横梁、底篮后横梁、底篮纵梁及底篮吊架等组成。底篮横梁采用H型钢H390×300栓接而成，底板及腹板下纵梁采用H型钢H400×200，纵梁与横梁采用螺栓连接。

2.2.5 平台防护系统

平台防护系统为挂篮施工过程中工人操作提供平台及安全保障，主要包括挂篮前上横梁平台、横向张拉平台、底篮前后横梁平台及底篮侧向平台。各平台主要包括步行板及防护栏杆两部分，防护栏杆在工地现场组装到步行板上。

2.2.6 前上横梁

图2 挂篮效果图及总体构造图（单位：mm）

图3 箱梁截面划分图

挂篮前上横梁架设在承重桁架的前端，并与承重桁架连接成整体。前上横梁由2根H450×200型钢与缀板拼焊成形，主要承受施工过程中底篮系统及导向系统传递的混凝土荷载，并将荷载传递到挂篮承重主桁架上。

2.2.7 吊挂系统

图4 连体挂篮构造图

图5 挂篮解体后构造图

挂篮施工过程中，吊杆采用8根φ32mm PSB830精轧螺纹钢和4根Q345材质钢带，方便安装与调节，与之配套使用的有螺母、垫板、连接器、千斤顶及扁担梁等。

2.2.8 辅助部件

辅助部件主要包括调节吊杆用的扁担梁及锚固吊杆用的吊杆垫板等辅助挂篮施工的独个零件。挂篮效果图及总体构造图（如图2）。

3 挂篮结构计算

3.1 设计参数

各牌号钢材设计应力值表（见表1）。

3.2 .主要材料型号

挂篮的前上横梁由2H450×200普通热轧H型钢组焊组成，底篮前横梁采用H390×300普通热轧H型钢加工，底篮后横梁采用H390×300普通热轧H型钢组焊桁架加工，腹板下纵梁采用H400×200普通热轧H型钢，底板下纵梁采用H400×200普通热轧H型钢，外导梁采用双拼[40a槽钢加工。

3.3 设计计算荷载及组合

3.3.1 荷载系数

①考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；

②挂篮空载行走时的冲击系数1.3；

③浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0；

④活载分项系数1.4；

⑤恒载分项系数1.2。

3.3.2 作用于挂篮的荷载

因1#块为连体挂篮浇筑，3#块为最重梁段，因此取1#块、3#块分别计算箱梁荷载。

根据箱梁截面受力特点，划分箱梁各节段断面（见图3）。

计算箱梁断面内各段重量表（见表2）。

恒载分项系数K1=1.2；活载分项系数K2=1.4；

混凝土自重G=26kN/m3，钢材弹性模量E=206GPa

材料强度设计值表表1

箱梁各段重量表表2

作用于主桁上箱梁最大荷载按291t计算；

施工机具及人群荷载为2.5kPa；

倾倒混凝土产生的荷载为2kPa；

振捣混凝土产生的荷载为2kPa。

3.3.3 荷载组合

荷载组合I：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重人群和机具荷载；

荷载组合II：挂篮自重+冲击附加荷载；

荷载组合I用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载组合II用于挂篮走行系统计算。

3.4 结构验算

采用SolidWorks2011结构计算软件对挂篮底篮系统、导向系统、主吊杆系统、前上横梁、主桁架、轨道、销轴及后锚扁担梁进行验算，按照容许应力法对其进行整体空间内力分析，计算模型全部采用梁单元。主桁架按铰接方式计算，铰接时，释放梁端转角约束。对于主桁架的压杆，采用刚接的计算内力，考虑杆端次弯矩，按压弯杆件计算稳定。对于拉杆则采用铰接计算内力。主构架梁节点的高强螺栓组采用刚接计算内力设计。前上横梁腹杆的线刚度远小于上下弦杆的线钢度，因此腹杆均释放杆端弯矩。为使模型简洁、便于计算结果分析，外侧模自重、箱梁翼缘板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具荷载等均转换为集中荷载施加于主梁架构上，内模自重、箱梁顶板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具等荷载均转换为均布荷载施加在底模板。

3.5 计算结果

经验算，除连体挂篮特殊连体杆件的强度和刚度满足1#号块施工各项荷载要求外，挂篮其它构件的强度和刚度均满足最重梁段3#块施工的各项荷载要求。因此可以得出结论：该挂篮强度、刚度、稳定及抗倾覆系数均满足相关规范及设计要求。

4 挂篮悬臂浇筑施工工艺

新汴河大桥主梁共13个挂篮悬浇节段，每个节段长度均为4m，最重梁段为3#块，重量291t，最轻梁段为13#块，重量为211t。1#块采用连体挂篮悬浇施工，待1#块施工完成后，将挂篮解体成两个独立挂篮，完成剩余其他梁段施工。

4.1 连体挂篮悬臂浇筑1#块

由于0#段长度不能满足两个独立挂篮的起步长度要求，因此，在1#块施工时，将两台挂篮的主桁架连体拼装。悬臂浇筑1#块时，即将两只挂篮的主桁架用水平杆件连接成整体。1#块浇筑完成后，将连体挂篮分解前移形成两台独立挂篮，浇筑剩余其他梁段。连体挂篮构造如图4所示。

4.2 挂篮解体前移

1#块浇筑完成后即可进行挂篮解体前移，为防止挂篮解体过程中产生倾覆，挂篮解体前需安装临时支撑杆件和支撑座。安装好以后，拆除临时水平杆及斜拉杆，松除轨道锚固压梁，将标准挂篮前移至梁端位置，然后正常安装非标准挂篮的水平杆、斜拉杆及后吊挂滚轮及后锚装置、超出临时支撑杆件及支撑座，接长轨道，挂篮前移至梁端位置，挂篮解体完成。解体后挂篮构造如图5所示。