预应力混凝土槽型连续梁挂篮设计与施工

徐士锋

摘要：随着我国交通事业的建设、交通技术的发展，具有较好隔噪效果、建筑高度低的槽型连续梁引起了工程人员们的关注。在本文中，将以我国某城市线槽型连续梁施工实例，对预应力混凝土槽型连续梁挂篮设计与施工进行一定的研究与分析。

Abstract： With the transportation construction and the development of transportation technology in China， the trough type continuous beam aroused the concern of the engineering researchers because of the good noise insulation effect， low building height of it. This paper takes the construction of trough type continuous beam in a city as the example to research and analyze the hanging basket design and construction of the prestressed concrete trough type continuous beam.

關键词：预应力混凝土；槽型连续梁；挂篮设计；施工

Key words： prestressed concrete；trough type continuous beam；hanging basket design；construction

中图分类号：U445.466 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）07-0135-03

0 引言

三角挂篮、平行桁架式挂篮、弓弦式挂篮、槽型连续梁挂篮是目前桥梁工程中普遍应用的挂篮系统。我国南部某城市桥梁主梁主梁靠近箱梁顶面，挂篮横梁位置较低，因而要求作业面要宽。而三角挂篮、平行桁架式挂篮、弓弦式挂篮自重较重，施工时会对作业面产生影响。槽型连续梁挂篮自重较轻，不会过多干扰作业面的施工活动，而且工期较短，故本工程采用槽型连续梁挂篮结构开展桥梁施工，本文就结合工程实例对这种挂篮结构的结构形式、施工流程以及需要注意的问题进行具体探析。

1 工程概况

我国南部某城市，其桥梁主梁为（50+105+50）m预应力变截面槽型连续梁，其主梁截面为槽型，由底箱以及两个边箱组成。其中为单箱单室，支点位置量高度为8.2m，跨中梁位置为2.9m。底箱方面，其为单箱三室，整个梁分为49个梁段，0号段为2m。根据工程需求以及桥梁实际，确定以支架现浇的方式对0号段进行施工，1号以连体挂篮悬臂方式进行施工，其余段以菱形挂篮悬臂方式进行施工。

2 槽型连续梁挂篮总体结构

在挂篮系统中，其由底模平台、悬吊系统、走行系统、菱形主桁架以及锚固系统等部分组成。

2.1 菱型主桁架

在挂篮系统中，主桁架是非常重要的受力结构，其由横向水平衔接以及两榀菱型主桁架组成。在该结构中，两榀菱型主桁架高4.5m，间距为8.3m，每榀桁架水平节点间的距离为6m，长度为12.8m。主杆件方面，其使用格构式，在节点方面，则通过高强、承压型螺栓进行联接。在两榀主桁架上，对横向联接进行了固定，对于该结构的设置，不仅能够使主桁架具有较好的稳定性，且能够对两榀菱型主桁架的同步行走进行实现。

2.2 底模平台

对于该结构来说，其在应用中将直接对来自梁段的混凝土重量进行承受，且能够对钢筋板扎、混凝土浇筑以及立模等工作的开展提供操作空间，由纵梁、前后横梁以及底模板等组成。在本工程中，平台底模板由4块2*7m的模板进行组拼形成，而纵梁方面，则是以组焊的方式形成。在横梁同纵梁间，使用了螺栓进行联接，且前后衡量中心间距为5.2m。

2.3 模板系统

在模板系统方面，该桥梁外侧模使用了大体积模板，而底箱以及腹箱则使用了抽屉式作为内模。

2.4 悬吊系统

悬吊系统主要在底模平台上进行应用，其能够将内外模的自重、底模平台以及其他类型的荷载传递到已经施工完成的梁段以及主构架位置。在该系统中，其主要包括有中横梁、扁担梁、上横梁、螺旋千斤顶以及平台前后吊杆等。在横梁位置，在底模前后各对6个吊点进行设置，其中，中横梁腹板位置处的吊点以及上横梁的边侧吊点使用的是吊带，并以钢板对其进行制作。而对于其余吊点，则使用了精轧螺纹钢筋进行施工。同时，在挂篮前横梁位置，对底模平台进行了悬吊，而在前上横梁位置，则对由扁担梁、螺旋千斤顶以及垫量组成的调节装置进行了设置，能够根据施工需求对底模标高进行随意的调整。而在实际操作过程中，平台后端则会在已经施工完毕梁段的顶板以及腹板位置进行悬吊，并在中横梁位置对走行底模平台进行悬吊，以此使挂篮能够更为便利的实现移动。

2.5 锚固系统

对于该系统而言，其在两榀主桁架后节点位置进行设置，一共具有两组，在每组系统中，共具有后锚杆6根，扁担梁3根，通过对上述设施的设置，能够保证在开展混凝土浇筑工作时，能够对产生的倾覆力矩进行平衡，在保证施工稳定性的同时使挂篮施工具有着更为安全的特征。在该系统，其传力途径从后节点开始，在经由扁担梁以及后锚杆后最终传递到前端混凝土位置。

2.6 走行系统

在该系统中，其主要包括有轨道、反扣轮、牵引设备以及垫枕等。在实际挂篮进行走行时，其会在前支座的顶面位置滑行，在同构架后节点实现联接的基础上顺着轨道下缘进行行走。按照图1所示的走行流程进行走行操作时，其需要对2台千斤顶设备进行设置，通过其力的施加对主桁架在牵引的基础上带动整个平台一起向前移动、最终来到预定位置。同时，梁体、千斤顶以及油泵在竖向预应力方面具有着通用的特征，在走行过程中，倾覆力途径则为后节点-后支座-轨道-垫枕，最终传递到预应力钢筋位置。

3 槽型挂篮设计方案

3.1 设计荷载

在设计荷载方面，主要包括有以下方面的内容：第一，混凝土重度，该工程取值为25.4kN/m3；第二，混凝土超载系数，该工程取值为1.05；第三，施工机具、人员以及施工材料的荷载，该工程取值为1kN/m2，具体大小联系顶段的整体面积进行计算；第四，钢材的重度，该工程取值为77.4kN/m3；第五，风荷载，该工程取值为0.35kN/m2；第六，挂篮走行动力，该工程取值为1.1；第七，混凝土材料灌注系数，该工程取值为1。

3.2 设计工况

在该环节中，通过对本工程实际情况的联系，并根据梁段的重量、高度以及长度的参数，对以下挂篮工况设计：

3.2.1 工况一，在1号梁段，按照连体挂篮悬臂灌注方式进行施工。在该施工段，其所具有的混凝土具有较大的重量，整体长度较小，两个挂篮处于联体状态，并做好主构架杆件刚度以及强度的控制：第一，对强度荷载组合进行计算，其具体方式为动力系数同该梁段混凝土重量以及超载系数的乘积，加上动力系数同联体挂篮重量间的乘积，并加上风、人员、施工材料以及施工设备的荷载；第二，对刚度荷载组合进行计算，即对挂篮重量、施工材料、施工人员、混凝土重量以及施工机具荷载的求和。

3.2.2 工况二，在2号梁段，以混凝土材料對其进行灌注施工。在该梁段，其混凝土材料所具有的重量最大、其梁段整体长度也最长，需要在对挂篮不同杆件刚度以及强度进行控制的基础上对挂篮的稳定性进行验算：第一，对强度荷载组合进行计算，其具体方式为动力系数同该梁段混凝土重量以及超载系数的乘积，加上动力系数同联体挂篮重量间的乘积，并加上风、人员、施工材料以及施工设备的荷载；第二，对刚度荷载组合进行计算，即对挂篮重量、施工材料、施工人员、混凝土重量以及施工机具荷载的求和。

3.2.3 工况三，在2号梁段施工完成之后，挂篮从2号逐渐向着三号梁段进行行走。对于该工况而言，其具有着较长的走行距离，需要做好挂篮走行状态的控制，保证其在整个过程中具有稳定、抗倾覆的特点。其荷载组合计算方式为挂篮自重同动力系数的乘积，并加上风荷载。

3.3 结构计算

在该环节中，在对大型结构计算软件进行应用的基础上按照容许应力方式对空间的内力情况进行分析，并以梁单元作为计算模型。在主构架方面，按照刚接以及铰接这两种方式进行计算，并在实施铰接时对梁端的转角约束进行释放。在主构架的压杆方面，则需要以刚接方式对内力进行计算，在对杆端次弯矩进行充分考虑的基础上，利用Madis计算软件进行结构计算，计算参数如下：

钢材弹性模量：E=2.06e5MPa；密度：γ=7850kg/m3；

泊松比：μ=0.3；线膨胀系数：α=0.000012；

钢材按容许应力取值，临时结构提高30%；

悬臂浇注箱梁梁段最大重量：98t（1#节段）；

悬臂浇注箱梁梁段最大分段长度：4.0m；

悬臂浇注梁段高度：5.346m。

挂篮计算取箱梁不同节段长最重块段验算，分别取（1#、6#、8#块段进行验算）：

梁段混凝土重量：2.65t/m3；人群及机具荷载取2.5kPa；

超载系数取1.05；新浇砼动力系数取1.2；

挂篮行走时的冲击系数取1.3；抗倾覆稳定系数2.0。

荷载组合：①砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数（强度计算）；②砼重+挂篮自重（刚度计算）；③挂篮自重+冲击附加系数（行走稳定性）。

主构架节点方面，其按照刚接方式对内力进行计算以及设计。同时，由于前上腹杆衡量位置所具有的刚度同弦杆位置的刚度相比较小，对此，则需要腹杆能够对杆端弯矩进行释放。为了能够使模型计算具有更好简洁性、更有利于对于计算结果的分析，对于箱梁翼缘板、外侧模自重以及其上方的施工材料、施工机具以及施工人员则需要在转换成集中荷载之后将其施加在主构架位置上，并将箱梁顶板位置的混凝土重量、内模自重以及其上方的材料、机械设备以及施工人员等在转换为均匀荷载之后施加在底模板之上。

3.4 计算结果

经过对上述计算方式的应用，得到图1～图2所示的结构参数计算结果。除了联体挂篮专用杆件的刚度以及强度由工况一实施控制之外，由工况二对挂篮其他位置构件所具有的刚度以及强度进行控制。在此基础上，经过对相关参数的细致计算，发现本工程挂篮结构所具有的刚度、强度、抗倾覆系数以及稳定性都能够对规范要求进行满足。

3.5 加载试验

在对挂篮实际进行拼装之前，需要先对主构架开展加载试验，以此对整个结构的稳定性以及可靠性进行验证，在此基础上为线性控制对非弹性以及弹性变形值进行提供。在具体试验中，需要对两榀主构架对拉的加载方式进行应用。在荷载方面，则需要按照5个级别进行分别施加，其数值分别为设计最大荷载值的120%、100%、80%、60%以及20%。经过相关试验，可以了解到，在我们对100%荷载进行施加时，结构构架前节点所具有的弹性变形情况为21mm，同我们之前计算的理论值相比具有着较好的吻合特征。而在主构架非弹性变形方面，其变形情况为1.4mm，由于该结构使用的主构架以具有高强度的螺栓实施连接，对于这部分较小的变形情况则可以忽略不计。

4 施工流程

槽型连续梁挂篮施工与其它挂篮结构的施工流程基本类似，即“挂篮拼装→挂篮前移→挂篮走行→挂篮拆除”。

4.1 挂篮安装

在0号梁段施工完成后，即可按照下面的流程，从梁段中心向两侧对称安装两套施工挂篮，挂篮安装按设计图进行。

测量定位→安装滑道→吊装型钢立柱、后锚梁、中横梁→安装后吊杆、前吊杆→整体吊装底模系统→安装内、外模及模板支架→吊装张拉平台→用经纬仪调校挂篮位置由于0号段长度较短，不能够对两个挂篮起步需求进行满足，且该桥段同已经存在的铁路线间具有着跨越情况，则不能够以支架现浇方式进行施工。对此，在对该梁段进行施工时，则仅能够将挂篮的主构架进行拼装，以连体悬臂灌注的方式对该梁段进行灌注。即在将两个挂篮结构以重叠、交叉方式进行拼装之后，通过上下联体水平杆的应用对连体主构架进行连接。同时，这两个主构架在独立挂篮以及后锚方面具有着相同的特征，而为了避免混凝土材料在灌注的过程中由于荷载不平均出现不稳定情况，则可以在不同挂篮的前节点位置对前锚杆进行设置，以此使其具有更好的稳定性。

4.2 挂篮前移

①连续梁节段预应力束张拉完成后，先放松前、后长吊杆，再稍将中间的两根后短吊杆放松（不要密贴），拆除其余短吊杆；同时在已浇箱梁顶的固定支点位置，起顶前端桁梁，安装下一节段施工前支点，在清除支点表面杂物后，涂抹黄油，以减小挂篮前移时的阻力。②拆除挂篮后锚吊杆系统，通过2台YC75-100张拉长行程千斤顶顶进前支点使挂篮在滑道上滑行，后支点用钢筋与前支点连接。为保证挂篮纵横向位置，滑道位置应测量准确放线，挂篮走行前，滑道应与竖向32钢筋锚固，以抵抗后支点上拔力。③挂篮前移速度不宜过快，两边前移应同步，防止支点与滑道卡住导致走行困难，影响结构安全。可用油漆标出刻度线，前移时设专人观察，发现不一致时及时调整。④挂篮走行到位后，安装底模平台后短吊杆，收紧前吊杆及后短吊杆，调整后锚吊杆系统，使前吊杆、后吊杆及后锚吊杆均处于施工前受力状态。⑤挂篮在前移和浇筑混凝土时，若遇6级以上大风，应停止施工，挂篮在停止施工时后锚吊杆应处于工作状态。⑥挂篮施工属高空作业，现场应做好栏杆、扶梯、并悬挂安全网，施工人员要按技术要求和安全操作规程作业，以确保施工质量和施工安全。

4.3 挂篮走行

按照上述工况和结构参数拼好挂篮结构后，再按照走行流程逐步开展挂篮系统的施工作业。

4.4 挂篮拆除

最后一节悬臂梁段完成张拉工序后，便可拆卸挂篮，拆卸时，先将工作平台拆除，然后按以下顺序拆卸：底模→外模及支架→吊杆→连接系→立柱→滑道。

5 槽型连续梁挂篮结构与普通挂篮结构施工效果对比

本文之所以采用槽型連续梁挂篮结构开展施工作业，是因为工前已对目前广泛采用的几种挂篮结构都进行了工况分析，发现槽型挂篮在本工程中更有应用优势（分析结果见表1）。本工程主梁靠近箱梁顶面，挂篮横梁位置较低，因而要求作业面要宽，槽型连续梁挂篮结构都充分满足了本工程的施工要求。而且通过实践验证，槽型连续梁挂篮结构从拼装到灌注结束工期仅为5天，其它几种挂篮结构至少要7天，这是槽型连续梁挂篮结构最明显的一个优势。

6 结论

槽型连续梁挂篮结构自重轻，施工时不会过多干扰作业面，因此采用该结构施作桥梁结构，解决了其他挂篮结构自重大、占用作业面的问题，同时也大大缩短了施工周期，加快了工件成型进度，获得了良好的施工效果。

随着我国交通事业的发展，槽型连续梁还会应用到更多工程领域，它的功能也将进一步拓展，但是这都有赖于挂篮设计的不断改进。应该在挂篮设计与应用方面多家研究，坚持调整和改进挂篮设计，以期不断提高其应用效果。

在上文中，我们以实例的方式对预应力混凝土槽型连续梁挂篮设计与施工进行了一定的研究，施工完成后，获得了较好的施工效果，为后续类似工程的施工提供了指导。

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