100m连续梁悬浇施工挂篮设计与计算

李欢庆

中铁十四局集团有限公司青连铁路项目部

【摘 要】本文主要以青连铁路跨胶州湾特大桥第61～63孔悬浇箱梁为实例，对100m连续梁悬浇施工挂篮设计与计算进行了详细分析。

【关键词】100m连续梁；悬浇施工；挂篮设计；计算

一、工程概况

青连铁路跨胶州湾特大桥位于青岛市城阳区境内，本桥主要为跨越荣海路、规划瑞金路、双埠立交互通、规划主环路、在建滨河路、管线及胶州湾而设。本桥中心里程DK8+961.33，起讫里程DK4+490.69～改 DK13+431.96，桥梁全长 8941.3m，共246跨，247个墩台。其中第61孔至63孔跨越双埠立交桥，采用（60+100+60）m连续梁结构，与公路夹角为72?，该段连续梁100m主跨与双埠立交桥1-96m系杆拱对孔布置。桥下净高大于5.5m，满足公路通行要求。该连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。梁高在中支点处7.60m，边支点和跨中处4.6m，梁底按圆曲线变化，半径R=369.667m。箱梁顶宽11.0m，底宽5.8m，顶板厚度45～55cm，腹板厚度45、70、90cm，底板厚度50～130cm。在端支点、中支点、跨中共设5个横隔板，隔板设有进人孔，供检查人员通过。采用有砟桥面，挡砟墙内侧净宽8.5m。桥上人行道栏杆内侧净宽11.0m。該连续梁设计最高运行速度120km/h，采用桥位悬臂浇筑法施工，正常使用条件下梁体结构设计使用寿命为100年。主梁沿纵向共分为59个梁段。其中各中墩0号梁段长14m，合拢梁段长2.0m，边孔边直段长9.75m，其余梁段长分别为：2.5m、3.0m、3.5m、4.0m。主梁段除0号梁段、边直段在支梁上施工外，其余梁段均采用挂篮悬臂浇筑，悬浇梁段最重1714.7KN。

二、100m连续梁悬浇施工挂篮设计

针对跨胶洲湾特大桥的地理环境和结构特点，研究大跨度连续梁悬浇施工技术，基于有限元计算，设计了一种贝雷桁架式挂篮。

（一）设计参数

1、适用最大梁段重：1800KN。

2、适用最大梁段长度：4.0m。

3、适用梁顶宽度：12m。

4、适用梁底宽度：6.4m。

5、适用梁高为：7.85-4.85m。

6、走行方式：无平衡重走行。

7、每套挂篮自重：800KN。

8、在14m长的起步长度内，可同时安装一对挂篮。

（二）施工荷载分析

荷载传递路径：

1.内顶板荷载→内滑梁→前上横梁→主桁架。

2.翼板荷载→外滑梁→前上横梁→主桁架。

3.腹板荷载→加强型底纵梁→前、后下横梁→前上横梁→主桁架。

4.底板荷载→普通底纵梁→前、后下横梁→主桁架。

挂篮的设计顺序也是根据荷载的传递路径，一级一级地确定各级结构。先根据各自的荷载情况对内滑梁、纵梁、前后下横梁、前后上横梁等杆件进行设计，再设计主桁架并校核其刚度、前端的下挠度，随后再对锚固系统和走行系统进行设计。

（三）挂篮构造

挂篮形式的选择由于该桥箱梁顶面较宽，各梁段体积较大，且整个梁体线形要求较高，故采用贝雷桁架挂篮，其由贝雷片主桁架、提吊系统、模板系统、走行及锚固系统等组成，且保证总重量不大于800KN。

1.贝雷片主桁架

挂篮主体结构采用刚度大的“321”型贝雷梁结构，每幅挂篮由两组主桁组成，每组主桁长12m，截面由4 片贝雷梁通过钢支撑架连接成整体，两组主桁间分别在挂篮前支点和前端处横向用桁架连接，形成一个整体稳定的结构体系，用2I25、2I32a工字钢作后锚梁，φ32精轧螺纹钢作吊、锚杆，挂篮前后支点处设一钢支墩。

2.悬吊系统

前吊带不仅要承受近一半的挂篮荷载，也要为底模平台提供前吊点。由于混凝土重量较大，常采用16m吊带或者选择性能更好的钢板进行销孔布设，大约每3m一段，用销轴连接各段间来调整梁高。

3.模板系统

箱梁外侧模通常采用沿梁高划分成3块左右的钢制大模板，用来调整梁体高度变化。箱梁外侧模采用大块钢模板，长度4.5m，高度7.621m，模板横肋采用槽钢，竖肋采用6mm钢板，外框架由槽钢组焊而成。外侧模支承在4根外模走行梁上，走行梁用两根I32b工字钢组焊而成，后端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板上，后吊杆与走行梁间设有后吊架，后吊架上装有滚动轴承，挂篮行走时，外侧模走行梁与外侧模一起沿后吊架滑行。内模用竹胶板作面板，10*10方木做带木，15*15方木做分配梁，碗扣式脚手架搭设支架。底模由底模架和底模板组成。底模架由底模纵梁和底模横梁组装而成，底模纵梁采用I32a工字钢，腹板下间距30cm，底板下间距50-56.5cm。底模横肋采用槽钢制作，横桥向布置，腹板下间距15cm，底板下间距30cm。底模为钢模板，两外缘贴泡沫胶带，在浇筑混凝土时，外模与底模夹紧，以防漏浆。底模架前端槽钢可组成操作平台。挂篮模型采用侧模夹底模的装配方式，通过侧模顶口、底口对口拉杆固定模型。侧模是由钢桁架片和δ=6mm的钢板组成，用槽钢和部分角钢焊接成桁片，桁片间用角钢焊接成一个整体，δ=6mm的钢板作面板。

4.走行系统

主桁架走行系统是在箱梁顶面布置两根钢板组焊而成的轨道，用竖向预应力筋通过短梁将其固定，在桁架顶面布设前后支座，前支座沿轨道向前滑行，后支座沿轨道下缘向前滚动，不需要加载平衡重。

5.锚固系统

贝雷挂篮的锚固系统是将主桁架前后节点和内外模走行梁穿过预留孔锚固箱梁板上。

三、挂篮计算

利用有限元软件MIDAS对挂篮在各个施工工况下的应力和变形进行计算分析，有限元模型如图1所示。对于双拼工字钢、贝雷桁架加强弦杆采用在单根截面的基础上调整截面特性值的方法进行模拟，将作用在翼板模型上的荷载以线荷载的形式加载到外侧模导梁上进行模拟，将作用在底模面板上的荷载以面荷载的形式直接加载到底模面板上。为尽量摸拟挂篮在施工过程中的整体受力情况，选取2.5m、3m、3.5m、4m四种梁段长度中最重的1#块、3#块、8#块、12#块进行整体受力分析。每个分析梁段重量各取三个截面（两端及中间）的进行荷载计算，各按作用1/3梁段范围加载。

根据受力情况先将模板自重、施工荷载分别以线荷载、面荷载加载到外侧模导梁及底模面板上，作用范围为最大4m梁段范围；混凝土倾倒及振捣荷载、梁段重量按实际浇筑梁段范围进行加载。通过计算，挂篮在五种工况下的最大应力和变形分别为：227MPa和35.6mm，满足施工需求。

三、结语

总而言之，悬臂挂篮技术是目前桥梁工程中使用最为广泛的主要施工方法之一，其不仅技术要求高，而且具有较多自身独特优势，因此备受施工企业青睐。所以，在桥梁工程施工过程中，切实应用悬臂挂篮施工技术具有非常重要的现实意义。这就需要在施工时，严格掌控施工工艺，全面保证施工质量，从而构建出安全的、良好的桥梁，带来更多的经济效益和社会效益。

参考文献

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