三角形挂篮结构改造及应用技术

刘含涛

中铁十四局集团第二工程有限公司 山东 泰安 271000

1 工程概况

南通市沪通铁路九圩港(40+97+56.92)m单线悬灌梁大桥位于江苏省南通市境内,全长226.72m,其中现浇连续梁32.8m,悬灌连续梁193.92m,桥跨布置为连续梁组合桥,跨越九圩港运河。梁体为分离式单箱单室变高度变截面箱梁结构,箱顶板宽7m,梁高3.8～6.6m。本桥每跨梁段采用三角形挂篮悬灌法施工,改造曾在江苏省宁启浮现电化工程跨京沪铁路特大桥(48+80+48)m连续梁为本桥使用。

2 三角形挂篮结构及使用特点

每个三角形挂篮由主纵三角形桁梁、行走系统、底模装置、后锚系统共4部分组成(图1),自重包括底模和侧模),适应外形尺寸为7m宽×6.6m高,设计悬浇荷载为1100KN,一次浇筑长度为4.5m的箱梁桥。

图1 三角挂篮结构(单位:mm)

2.1 主纵桁架 主纵三角形桁梁是挂篮的主要承重结构,三角形桁架分2片立于腹板位置,其间用12双槽钢组焊成的门联接系。每片主桁架均用2片30b槽钢补强δ10mm钢板组焊的矩形管而成,节点处用20mm钢板和圆销材质40Cr销轴连接,每个杆件均用δ12mm钢板作为两个槽钢链接缀板,增强承载力。

2.2 行走系统

2.2.1 行走系统为无平衡重导链牵引走行系统,行走轨道为I45工字钢,每组置于腹板位置。挂篮后车以反扣支座装置形式沿轨道顶板下缘滑行,三角形挂篮行走复杂,由于轨道为整体轨道,无法节段轨道拼装,所以轨道需单独行走,行走前需将三角形挂篮撑起,前支点脱离轨道,后支座反扣装置锚固到位,使后支座反扣轮不与轨道下沿接触,方可走行轨道。

2.2.2三角形挂篮行走前支点支撑及后支座锚固如图2:

图2 三角挂篮前支点支撑及后支座锚固示意图

2.2.3 如上所述,可以看出三角挂篮行走复杂,需使用前支、后锚的方法使三角挂篮脱离轨道,使轨道无阻碍前行,这种情况下,三角形挂篮仅靠前4个支点支撑、后4个点锚固是非常不稳定的,这就需要在门联位置增加支撑点,轨道行走时密切注意三角形挂篮前支点的稳定性,发现异常,需要停止走行,确保三角形挂篮的整体支撑的稳定。

2.2.4 由于三角挂篮后支座反扣装置为走行轮结构,走行轮装置与轨道顶面高度有限,走行时锚轨精扎螺纹钢形成障碍,这就需要走行轮前面的锚轨精轧螺纹装置在三角形挂篮前行时一个一个的予以拆除,为确保轨道的锚固性能,走行轮装置后面的锚轨精轧螺纹装置在三角形挂篮前行时一个一个的予以锚固轨道,这样无形中大大的增加了现场施工人员的劳动强度,严重拖延施工时效,以及轨道的整体稳定性,目前有些菱形挂篮的后支座反扣装置也设置为走行轮装置,目的为行走便捷,但同时增加劳动强度和轨道的不稳定因素,在这里作者个人认为后支座反扣装置设置为走行轮装置行走弊大于利。

2.3 底模装置 三角形挂篮底模装置同菱形挂篮底模装置相同,都是直接承受悬浇梁段的施工重量,由下横梁和底模纵梁及吊带组成。前吊带的作用是为底模平台提供前吊点,承受约50%的挂篮及混凝土荷载。后吊带从箱梁的底板预留孔中穿过,下端与底模后底横梁相连,上端2台千金顶和扁担梁支撑在箱梁底板顶面上。后吊带承受约50%挂篮及混凝土荷载并将其传给箱梁底板。吊带采用Q345B钢板及销轴联接。底模纵梁采用I32工字钢,横梁采用I40工字钢。

2.4 后锚系统 三角形挂篮后锚系统同样和菱形挂篮后锚系统相同,由后锚扁担梁、反扣后支座组成,锚固方式分两种:一种是通过梁体腹板内的竖向预应力钢筋与走形轨道相连,同时通过下拉装置将挂篮与走形轨道相连,此锚固方法安全性能不高,现大部分施工现场已不采用;另一种是直接利用梁体腹板内的精扎螺纹直接与挂篮相连,此锚固方法借用梁体竖向预应力精扎螺纹进行锚固,安全性能高,目前为广泛采用的挂篮后锚方法,然而部分桥梁设计无竖向预应力,此时多为施工现场自行设置竖向预应力进行后锚。

3 三角挂篮改造设计

沪通铁路九圩港(40+97+56.92)m单线悬灌梁大桥长度、高度及荷载相对比宁启浮现电化工程跨京沪铁路特大桥(48+80+48)m连续梁基本一致,最大梁段重量仅100.54t,大大的低于150t的梁重,由此得出结论,本三角形挂篮只需进行除锈、补焊、补充零件等改造工作,由于(48+80+48)m连续梁最长节段为4m,然而本桥最大节段长度为4.5m,只需调整施工方案即可。

4 三角挂篮施工方案

4.1 三角形挂篮行走施工方法 三角形挂篮行走复杂,需单独走行轨道,这就增加了施工难度,具体方案已在本文2.2条三角挂篮走行系统中详细叙述,在这里就不再重复论述。

4.2 九圩港单线悬灌梁大桥4.5m节段施工方法 本桥施工重点在于4.5m节段施工,目前悬灌梁施工节段一般为4m,4.5m梁段比较少见,本桥三角形挂篮悬臂长度为5680mm,由于前支点中心线需离梁段500mm,前吊带中心线据三角挂篮前端478.7mm,这样施工4m梁段时实际有效悬臂仅为4701.3mm。

如果三角挂篮仍按此位置设置,将无法满足4.5m梁段施工,这种情况下需将三角形挂篮前支座支点位置前移100mm,使前支点中心位置距梁端400mm,即可解决,支座中心位置前移100mm不影响三角形挂篮后底锚固效果,施工4.5m梁段时实际有效悬臂仅为4798mm,梁端距前吊带中心为307mm,满足施工4.5m梁段要求。

5 挂篮整体结构的检算

5.1 三角形主桁架检算 根据挂篮结构,采用结构有限元计算软件,建立结构计算整体模型,用以分析挂篮结构在受力情况下,整体结构受力情况及位移变形,菱形架采用双[32b槽钢组焊。

工况I为承重主桁最不利工况:F=347.31k N

计算结果:最大应力:69.6MPa。

承重主桁前吊点处挠度值为5.7mm。

5.2 现场试验验证 为确保悬臂浇筑施工安全,检验挂篮受力状况,必须测定挂篮弹性及非弹性变形。在挂篮使用前荷载试验,挂篮荷载试验分为检验菱形架受力状况的三角形架预拉试验,挂篮荷载试验和检验挂篮整体受力状况的登载试验两部分。根据登载试验结果,三角形架的塑性变形为5.2,满足施工安全要求。

6 结语

由于三角形挂篮未进行改动,只进行除锈、补焊、补充零件等改造工作,整体结构及使用方法未发生变化,通过检验计算与现场试验验证,完全满足施工要求。