跨寨根沪陕特大桥连续梁挂篮设计与探讨

熊高明，肖海涛

(中国水利水电第七工程局有限公司成水公司，四川 成都 610225)

1 引 言

跨寨根沪陕特大桥连续梁上部结构为(48+80+48)m预应力混凝土连续梁，桥面宽12.2 m，连续梁位于i=5.5‰纵坡上，连续梁部分平曲线设计位于缓和曲线上，部分梁段位于直线段上。下部为沪陕高速公路，为确保施工期间省道正常通车，采用悬臂法施工，挂篮是连续梁施工中重要承重构件，结构的安全直接影响下部沪陕高速公路的行车安全。有针对性的进行挂蓝方案的设计、检算，可有效避免挂蓝结构失稳发生安全事故，确保施工期间沪陕高速公路的通车安全具有重要意义。

2 工程概况

寨根沪陕高速特大桥位于河南省南阳市西峡县境内，跨越沪陕高速，桥梁全长1 186.035 m。全桥孔跨布置为：28～32 m简支T梁+1-24 m简支T梁+1-(48+80+48)m连续梁+2-24 m简支T梁。其中(48+80+48)m连续梁全长177.5 m。跨越沪陕高速连续梁采用挂篮悬灌法施工；连续梁采用C50混凝土。

3 挂蓝设计

3.1 挂蓝设计

本连续梁施工用挂篮采用三角挂篮型式，由主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成。

(1)主桁架

主桁架是挂篮的主要受力结构。由2榀三角形主桁架、横向联结系组成。2榀主桁架中心间距为5.5 m，高4.2 m，每榀桁架节点间距为5 m，总长11.6 m。桁架主杆件采用槽钢焊接的格构式，节点采用承压型高强螺栓联结。横向联结系设于两榀主桁架的竖杆上，其作用是保证主桁架的横向稳定。

(2)底模平台

底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。其由底模板、纵梁、横向分配梁和前后托梁组成。底模板采用厚5 mm钢板；其中纵梁采用I32b工字钢，横向分配梁采用槽钢[10间距30 cm。前后托梁中心距为4.5 m，纵梁与托梁采用点焊联接。

(3)模板系统

外侧模的模板采用大块钢模板拼组，内模采用组合钢模板拼组。外模板长度为4.1 m。

(4)悬吊系统

悬吊系统用于悬吊底模平台、外模和内模。并将底模平台、外模、内模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷载传递到主构架和已成梁段上。

(5)锚固系统

锚固采用标准的精扎螺纹钢筋锚具，并根据需要增加一块厚20 mm的垫板。下锚在斜坡上，应加工同坡度的钢楔子垫平。

(6)走行系统

支座与三角支架牢固地焊成整体。行走时，主桁后锚梁锚固筋、底模后吊杆、内外滑梁后吊杆均需拆去。行走时主桁后锚利用竖向预应力钢筋与轨道锚紧，后支座钩板钩住轨道不使倾覆；底模后吊由挂篮顶端中部移篮横梁两端悬吊的钢丝绳及手动葫芦承担；内外滑梁的后吊由吊架承担。顶稿座子与轨道、液压顶稿与支座均采用销子连接。行走轨道配制长度：3+3+3+1+1+0.5+0.5=12 m。

3.2 荷载分布及计算

(1)荷载取值

①混凝土容重:2 600 KN/m3；②混凝土超载系数:1.05；③钢材容重:78.5 KN/m3；④施工人员、材料、机具荷载:1.0 KN/m2，按梁段顶面积计算；⑤梁段长度：3 m；⑥梁段重量：1 147 KN；⑦主构架前节点最大下挠值：<20 mm；⑧前上横梁、走行梁、底模平台横梁和纵梁刚度：支撑计算跨径的1/400；⑨浇注混凝土时的动力冲击系数：1.25；⑩空载走行时的冲击系数：1.3；浇注混凝土和挂篮走行时的抗倾覆稳定系数：1.5；浇注混凝土时的动力冲击系数：1.25。

(2)计算工况

根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下三种工况进行计算。

①荷载组合Ⅰ：混凝土自重+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重(计算强度)。

②荷载组合Ⅱ：混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具重(计算刚度)。

③荷载组合Ⅲ：挂篮自重+冲击附加荷载+风载(计算行走)。

(3)作用于挂篮的荷载

①挂篮载荷(钢结构自重载荷)G1。

②箱梁(A1段)G1：G=1 447 KN，考虑超载和动力冲击，最大计算重量为G1=1 447×1.15=1 664 KN

其中，翼板(g2)=91.35 KN(单边)；顶板(g6)=307.85 KN；腹板(g8)=329.3 KN(单边)；底板(g1)=514.85 KN。

合计：∑Gi=182.7+307.85+658.6+514.85=1 664 KN

③载荷分配。

a挂篮底板载荷：底板重量(g1)

b腹板载荷(加在挂篮底板梁腹板处的载荷)

c外滑梁载荷

翼板重量(g2)+外侧模板重量(g3)

其中，外侧模板重量按14 KN/m2计算，即：w=14 KN/m2×42.4 m2=59.2 KN

(模板面积为A=42.3 m2)，因此，翼板处一边的总重量为：W=g1+g2=91.35+59.2=150.55 KN。

按3∶5的比例分配给内外侧滑梁，内侧外滑梁的线载荷为

顶板重量(g6)+内模板重量(g7)，其中，内模板重w=14×(4.2×4.7)=27.64 KN

所以，内滑梁的线载荷为：

e.附加动力载荷(g4)：

g4=2 KN/m2

f.人员与机具载荷(g5)：

g5=2.5 kn/m2

g.冲击载荷(g9):

冲击载荷取0.3倍挂篮自重并按自重施加。

h.风载荷(g10):

按桥梁所在地区常年风压，取650 Pa，即0.65 KN/m2，加载在底篮上。

3.3 挂篮模型及计算

采用有限元软件MIDAS/CIVIL建立其计算模型，按允许应力法进行检算。计算模型全部采用梁单元，主桁架考虑节点次弯矩。为使模型简洁，便于计算结果分析，混凝土的重量大部份落在挂篮底篮上，并通过吊带传到前上横梁，再通过前横梁传到挂篮的主桁架上。因此，底篮受的主要载荷由腹板重量、底板重量、附加动力载荷和人员与机具载荷组合。翼板与外模板的重量则由外滑梁支承，顶板和内模板的重量由内滑梁来承受。挂篮建模如下图：

(1)挂篮的总体变形

挂篮的最大位移为：最大位移大于20 mm，超过规定要求。但从图中可以看到，最大位移由于内滑梁尾部引起的，对结构影响不大，挂蓝主体结构刚度满足要求。

(2)后托梁的受力分析

①最大位移

②最大抗弯应力

软件计算得后托梁的最大应力为fmax=47.9 MPa<[σ]=135 MPa，后托梁能满足抗弯要求。

③后托梁的最大剪应力

软件计算得后托梁的剪应力为：τmax=15.6 MPa<[τ]=80 MPa后托梁的抗剪强度足够。

(3)前托梁的受力分析

①前托梁的刚度

软件计算得前托梁的最大位移为：fmax=17.6 mm<[f]=30 mm，所以，前托梁能满足刚度要求。

②前托梁的抗弯应力

软件计算得前托梁的最大应力为：σmax=24 MPa<[σ]=135 MPa前托梁满足抗弯要求。

③前托梁的剪应力

软件计算得前托梁的最大剪力为：τmax=9.7 MPa<[τ]=80 MPa前托梁抗剪符合要求。

(4)前上横梁的受力计算

①前上横梁的最大位移

软件计算得前上横梁的最大位移为：fmax=11.3 mm<[f]=30 mm可见前上横梁刚度足够。

②前上横梁的抗弯应力

软件计算得前上横梁的抗弯应力力为：σmax=31.1 MPa<[σ]=135 MPa足见梁的抗弯强度满足要求。

③前上横梁的抗剪应力

软件计算得梁的最大剪应力为：τmax=11.3 MPa<[τ]=80 MPa，梁的抗剪能力足够。

(5)主桁架的受力分析

①主桁架的前端位移

②主桁架的抗弯应力

软件计算得主桁架应力最大发生在后斜拉杆上，数值为σmax=48.5 MPa<[σ]=135 MPa可见，主桁架的抗弯能力足够。

③主桁架的剪应力

软件计算得主桁架的最大剪应力发生在前端，其值为：所以，主桁架的抗剪满足要求。

④主桁架立柱的轴力和稳定性

软件计算分析得，立柱的最大轴力为Nmax=500.6 KN双拼槽钢的截面特性为：

A=68.11×2=136.22 cm2=1.36×104mm2

I=12 700×2=25 400 cm4=2.54×103mm4

由于：

可知，立柱的稳定性足够。

(6)底篮纵梁的受力分析

①纵梁的最大位移

杆件刚度不足，采用I32b工字钢满足要求。

②纵梁的抗弯应力

软件计算得纵梁的最大应力为：σmax=58.1 MPa<[σ]=135 MPa，纵梁抗弯满足要求。

③纵梁的剪应力

软件计算得纵梁的最大剪应力力为：τmax=10.2 MPa<[τ]=80 MPa，可见纵梁的抗剪能力足够。

(7)底篮横向分配梁的受力分析

①分配梁的最大位移

②分配梁的最大抗弯应力

软件计算得，分配梁的最大应力为：σmax=15.8 MPa<[σ]=135 MPa，可见，分配梁的抗弯能力足够。

③分配梁的最大抗剪应力

软件计算得，分配梁的抗剪应力为：τmax=4.4 MPa<[τ]=80 MPa，足见分配梁的抗剪能力很强。

(8)吊带计算

①吊带的位移

软件计算得，吊杆的位移为

fmax=17.2 mm②吊带的应力

软件计算得吊杆的应力为：σmax=411 MPa

4 结 语

跨寨根沪陕特大桥连续梁已施工完成，挂篮预压实测最大沉落量为26 mm，混凝土浇筑完成后实测沉落量为16 mm，与计算值基本相符；施工期间挂篮未发生明显变形、失稳，保证了施工期间的施工安全；通过实际施工应证，挂篮设计方案安全、可靠、合理，可为类似连续梁悬臂施工方法情况下的挂篮方案设计提供借鉴。