论连续刚构桥的挂篮施工技术要点

2015-10-29张茂鹏

建材与装饰 2015年3期

关键词：底模刚构桥纵梁

张茂鹏

（中铁港航局桥梁分公司广东广州　510800）

论连续刚构桥的挂篮施工技术要点

张茂鹏

（中铁港航局桥梁分公司广东广州510800）

桥梁挂篮施工技术是近几年兴起的一种新技术，其主要是从桥墩两侧悬挂施工作业平台，对称均衡地向跨中浇筑混凝土，被广泛用于一些跨线路、航道上部结构为变截面连续梁、T形刚构等结构类型的桥梁建设。本文即结合相关的工程实例具体分析了连续刚构桥的挂篮施工技术要点。

连续刚构桥；挂篮施工技术；要点

引言

挂篮施工技术是桥梁建设的一个主要施工工艺之一，其具凭借着拼接方便简易、结构轻的优势，得到了十分广泛的应用。其中，连续刚构桥随着悬臂挂篮施工技术的不断完善，逐渐成为了大跨桥梁采用的主要结构。

1　工程概况

本文以某大桥为例，具体探讨了挂篮施工技术的应用。该公路大桥为80+3×150+80m预应力混凝土连续刚构。墩顶箱梁高9.3m，跨中梁高3.3m；跨中处顶板厚28cm，至墩顶处加厚至48cm；底板厚度从跨中至墩顶由32cm变化为110m；腹板从跨中至墩顶分三段采用50cm、65cm、85cm三种厚度；箱梁高度和底板厚度均按2次抛物线变化。大桥采用悬臂浇筑法施工，施工过程中左、右幅各4个T构，单个T构对称划分为18个悬臂段（10×3.5m+8×4m），边跨现浇段长4m，边跨、次边跨、中跨合拢段均长2m，最大悬浇段重249t，长3.5m，全桥投入8对挂篮，左右幅同时施工。

2　连续刚构桥的挂篮施工技术要点

2.1挂篮构造与制作

本桥选择了结构简单、操作方便、受力结构合理的菱形挂篮。

2.1.1菱形挂篮构造

本桥施工挂篮主要包括菱形桁架、底模系、行走和锚固系统、外模、内模板系统及吊挂调整系统等，挂篮的构造如图1所示。

图1　挂篮构造图（单位：mm）

（1）菱形桁架。菱形架是挂篮的主要承重结构，由槽钢2[36c和两片328mm×10mm厚钢板焊成方形管，采用销接的方式连接。上横梁与主桁架横向连接构成整体，主桁架片通过活动滑座坐在滑轨上，后端由反扣装置扣在滑轨工字钢上翼，浇筑时用预应力筋和后锚固梁把挂篮后结点和主平杆锚固在桥面上以平衡前部底模的竖向拉力。菱形桁架结构及受力简图如图2所示。

图2　菱形桁架结构及受力简图（单位：cm）

（2）底模系。底模系位于悬浇箱梁底部，承受箱梁浇筑施工荷载，由前下横梁、后下横梁、纵梁和底模板组成，前下横梁和后下横梁均采用H800×300型钢，纵梁采用H600（500）×200型钢。

（3）外模、内模系。外模系主要承受腹板混凝土产生的侧压力及翼缘板混凝土荷载。外模系主要靠外滑梁承吊，侧模开有拉筋孔以连接两片侧模和内模，可抵抗腹板混凝土的侧压力又保证侧模与已成梁段的密合。外模滑梁采用H500×200型钢，两侧翼缘板部位共4根，单侧前后共使用6根φ32mm精轧螺纹钢吊起后分别锚固于箱梁顶板和前上横梁上。内模滑梁也采用H500× 200型钢，共2根，在箱梁内部使用前后6根φ32mm精轧螺纹钢吊起后分别锚固于顶板和前上横梁上。

（4）行走和锚固系统。行走系统由反扣轮、走行油缸和支座等组成，松开后锚固，反扣轮扣在轨道上缘，支座通过销轴固定在轨道上，走行油缸推动挂篮整体移动，挂篮的倾覆力由反扣轮传到轨道来平衡，设计抗倾覆系数≥2，内模落于内行走梁上，用手动葫芦牵引就位。锚固系统由后锚压梁与箱梁翼板及顶板上留孔穿预应力筋连接并锚固，穿锚杆与主桁后结点锚固。

（5）吊带系统。挂篮吊带系统由扁担梁、前后吊带、内外吊杆及千斤顶等组成，吊带采用1φ32mm精轧螺纹钢筋悬吊连接，前吊带上部承吊在前上横梁上，下部铰接在前下横梁上，承受底模前部拉力，后吊带用千斤顶施加一定的预应力，将模板与混凝土压紧，保证块段接头处接缝平整，在施工过程中，随着高度变化用千斤顶提升底模以调整底模高度。

2.1.2挂篮的验算

（1）菱形挂篮的计算参数

①一次性浇筑节段长度3.5～4.0m，宽度14.13m，混凝土重度取26.5kN/m3，最重节块重量为2450kN。②新浇混凝土动力系数取1.2。③风荷载取780Pa。④施工人员及材料等施工荷载，取2.5kN/m2。⑤超载系数取1.05。⑥挂篮行走时的冲击系数取1.1。⑦支架及模板的自重，取2kN/m2。⑧施工行走时的抗倾覆安全系数2.0。⑨施工时挂篮悬臂端允许最大变形不大于L/400。

（2）计算复核的荷载组合

荷载组合工况主要包括以下两种：工况1：混凝土重+挂篮自重+人群机具+动力附加系数；工况2：挂篮自重+冲击附加系数+风荷载。其中，工况1应用于挂篮的强度和刚度验算，工况2应用于挂篮的行走稳定验算。

（3）挂篮结构强度和刚度验算

①底模纵梁验算。底模纵梁验算可分为底板纵梁验算和腹板纵梁验算，腹板纵梁采用H600×200型钢，间距35cm，底板纵梁采用H500×200型钢，间距95cm。经计算，作用于腹板纵梁和底板纵梁的均布荷载分别为q1=109.58kN/m和q2=40.5kN/m，其中未包括纵梁自重。纵梁强度和刚度计算结果见表1，可见其均满足要求。

表1　纵梁计算结果表

②前、后下横梁的验算。由于前后横梁用料一样，后下横梁受力大于前下横梁，故只验算后下横梁，横梁采用H800×300型钢，横梁在纵梁下部，因此考虑横梁上承受纵梁传递的集中荷载P1= 226.3kN，P2=84.8kN，建立MIDAS模型，验算横梁强度及刚度，计算结果见表2，可见其均满足要求。

表2　下横梁计算结果

③外滑梁和内滑梁验算。外滑梁和内滑梁均采用H500×200型钢，由于内滑梁受力远大于外滑梁，因此只分析内滑梁强度及刚度，计算所得，内滑梁承受的均布荷载q=77.08kN/m，计算结果见表3，可见其均满足要求。

表3　滑梁计算结果

④前上横梁验算。在施工过程中，上前横梁主要承受有下横梁、外滑梁和内滑梁通过吊带传递的集中荷载，P1=260.4kN；P2= 640.4kN；P3=159.5kN；P4=68.0kN，通过建立MIDAS模型来模拟前上横梁的受力状态，验算其强度和刚度，计算结果见表4，均满足要求。

表4　上横梁计算结果

⑤主桁架验算。主桁架计算时，根据菱形桁架的受力特点，取单片桁架建立MIDAS模型，对主桁架进行强度和刚度的验算。由于一幅挂篮的上部由左右两片桁架构成，单片桁架承受由前横梁传来的荷载，因此，每片桁架的前端需承受G=1217.7kN，计算结果见表5，强度及刚度均满足要求。

（4）行走时挂篮抗倾覆验算

表5　主桁架计算结果

①挂篮走形时主要受力为挂篮自重以及风荷载，因此G= 860×1.2+780×14.13×3.5=1070.57kN；②单片主桁架承受力：F= 1070.57/4=267.64kN；③所需轨道锚固力：F=267.64×4700/4400= 258.89kN；④行走抗倾覆系数取2，则锚固力应不小于F=258.89× 2=517.78kN；⑤实际的轨道锚固力F=735×252×3.14/4=720kN＞517.78kN，故挂篮行走时抗倾覆稳定性满足要求。

2.2挂篮施工要点

2.2.1挂篮的拼装

主桁架系统在已浇筑0号块上拼装，底梁系统利用大梁顶设置的悬臂型钢进行拼装就位，用塔吊系统配合安装，拼装的程序是：走行系统→桁架→锚固系统→起吊系统→底模板→内外模。拼装过程的注意事项：①挂篮拼装必须在0号块预应力施工后进行；②拼装时必须在0号块两端同时进行，保证受力平衡；③挂篮施工系高空作业，每道工序必须经过安全验收，并配备足够的安全用品。

2.2.2挂篮的预压

本工程预压方式采用在拼装好的挂篮上堆积砂袋的方式对挂篮横梁进行预压，预压超载系数取1.2，按最重荷载的30%→60%→90%→120%的程序进行加载预压。其能够检验挂篮整个系统在各种工况下的结构受力以及机具设备的运行情况，确保系统在施工过程中的安全和正常运行；同时，通过预压掌握挂篮的弹性变形和非弹性变形的程度和大小，更加准确地掌握挂篮的刚度等力学性能指标，借以指导挂篮的立模标高，为施工监控提供可靠的参考数据，确保主梁施工线性、标高满足设计和规范要求，消除挂篮主桁架、吊带及底篮的非弹性变形，测出挂篮前端在各个块段荷载作用下的竖向位移。