大跨度连续梁铁路桥三角挂篮施工设计及运用

2023-02-18曹元鑫

城市建设理论研究（电子版） 2023年4期

关键词：内模吊带挂篮

曹元鑫

武汉市汉阳市政建设集团有限公司湖北武汉 430050

在规划悬臂挂篮技术的过程中，相关部门应合理使用该类桥梁施工手段，将该技术运用到对应的连续刚构桥或连续梁中[1]。随着桥梁施工质量的逐步改进下，需对悬臂挂篮技术进行针对性研究。

以北方某铁路桥为工程背景，对三角挂篮结构系统进行阐述，并对所在项目进行实际应用；介绍了三角挂篮的结构选型；提出了具体施工步骤并对结构进行了设计计算以期对此类项目能起到借鉴意义。

1 工程简介

本工程建设中的桥梁属哈大客运专线中的连续箱梁，该类桥梁的主桥跨度在40+80+40m下的变截面单箱连续梁，该桥梁主要使用垂直型腹板，其底部宽度与顶部宽度分别为6.7m、13.4m，翼缘板长3.35m，0#块中心梁高6.65m，跨中梁高3.85m。该项目中的腹板支点厚度多为90cm-48cm之间，顶板厚度与底板厚度分别为65cm-40cm、100cm-40cm。12cm为箱梁0#块梁段的具体长度，且设计出2m长的合拢段，边墩的长度为7.75m；还存有重量为139.123t的1#块箱梁，该项桥梁的浇筑段多采用悬臂挂篮技术进行合理施工。

2 三角挂篮设计

图1 挂篮构造示意图

挂篮的内部构成主要有模板体系、底平台体系、吊带体系、锚固体系与主桁架等。挂篮构造示意图如下。在进行挂篮规划时，需适当明确其外部形态为三角形，且三角形的桁片多为普通热轧槽钢，其对应型号为2[32a，加强梁、底篮后横梁、底篮前横梁、前横梁的应用型号分别为2[28a、2I32b、2I32b、2I40a，吊杆采用φ32精轧螺纹钢，吊带采用-25×150Q345钢板底篮腹板下横肋为[12普通热轧槽钢。主桁系统重10.365t、行走提吊系统（包括内外滑梁）重8.76t、底篮14.557t、侧模重15.78t，经过详细估算后，可发现张拉操作系统、端模、内模系统的重量分别为0.5t、0.5t、3t，吊杆及其他吊具重1.616t，挂篮系统与其他操作系统的重量分别为62.42t、1.2t，自重与载荷比为（以1#为例）0.45∶1。

2.1 主桁架系统

在规范主桁架的过程中，要明确其内部的桁片构成，即2个三角形的桁片，在完成空间桁架的合理设置后，要在立柱内借用杆件的适宜控制来加强桁架内部的刚度、稳定度。当前主桁架多使用焊钢板，杆件间采用销接，并利用横梁中的对应桁片来规范角钢的焊接工作。相关部门还需在前后横梁中设计分配梁，可适时完成对应模板的安装使用工作[2]。为加强施工安全，底模周围设置护栏及镀锌铁皮。

2.2 锚固体系设计

在进行锚固体系设计应用时，要对钢箱梁的挂篮悬浇进行合理控制，50MPa为对应的混凝土强度标准，在完成预应力的筋张拉后，要借助适宜器械来完成主桁架的移动，并利用吊杆来来开展内外模、底平台的移动。在完成主桁架的锚固工作后，要对内外模与底平台的标高进行合理设计，及时安装滑行吊带与锚吊杆，并利用钢绳的撤除来强化其运行状态。

2.3 吊带系统

相关部门可将吊带系统使用在底模平台与挂篮主桁架之间，吊带用φ32精轧螺纹钢和-25×150Q345钢板，其下侧需与侧模、底平台连接；而上侧则要与横梁桁片相结合，并借助丝扣或千斤顶来完成底模系统标高的调节。

2.4 底平台系统

底平台体系多为纵梁、前后横梁组合而成，其应用的模板可铺设到底平台内，并在主桁架中悬挂前后横粱，浇筑混凝土时，应将后横粱的锚固工作投放到箱粱底板中[3]。

2.5 模板系统

模板系统中的外模模板包含滑梁、骨架与分模板，其内部材料为8mm的钢板加型钢；内模模板支撑于内滑梁上。滑架与支承模板为主的滑梁应放置在主桁架的前面。滑梁后端要投放在内侧的箱梁顶板中，外侧滑梁后端锚固于已交混凝土翼板上，在进行混凝土的浇筑时要恰当完善箱梁翼板的锚固工作，并在拆模期间合理完善锚固端，使其依照平台的下沉而出现位置移动。

2.6 挂篮加载试验

在开展挂篮制作的过程中，需对该项过程实行合理检测，测试挂篮结构中的各项构件与设计图纸规范的相符性，对可能出现的制作、加工与选材问题进行合理控制，及时纠正其形成的各项问题。在完成挂篮内部构件的质量检测后，要在施工现场进行科学拼装，并在荷载试验的影响下，有效检测出挂篮内部各项构件的实际承载水平。

在实行荷载试验的过程中，需及时控制加载时挂篮受力状态不佳的梁段。试验过程中加载分级进行，对不同级别荷载影响下的杆件内力与挠度进行精准控制。依照挂篮挠度生出的各项荷载，科学设置出对应的挠度曲线，再将该曲线中的数值变化进行合理规范，确认不同梁段生生成的挠度，在该项数据的影响下，为此后的桥梁悬臂施工设置合适的数据支撑。在最大荷载值的有效应用下，挂篮杆件内力的数据获取变得更为精准，切实掌握对应挂篮的承载水平，利用对该项安全系数的规范性使用，增强项目施工的可靠性、安全性。

挂篮在 0#段上拼装完毕以后，要对挂篮中形成的弹性变形进行及时消除，并在悬臂浇注建设中，让挂篮弹性变形生成在粱段预拱度的施工计算中。

3 挂篮安装

挂篮结构构件运达施工现场后，安排在已浇好的0#段顶面拼装，挂篮构件利用塔吊吊至已浇梁段顶面，再进行组装[4]。

3.1 拼装主桁结构

在当前的箱粱0#段轨道位置需实行不同程度的砂浆找平工作，要利用对测量放样的适宜控制来找出主桁架的轴线拼装位置。在使用吊装设备开展轨道起吊的过程中，要利用恰当安防来完成锚固梁的连接，切实完善轨道锚固筋的安装工作，科学连接预应力筋与锚梁，并在对应轨道中设置支点滑船，完成支承垫块的设计。在运用箱梁0#顶面下的工作系统时，要对其内部的水平组进行合理拼装，其主桁片的安装工作要实行恰当举措，增强桁片应用的稳定度。相关人员还需适时开展后锚杆、千斤顶与分配梁的连接工作，切实完善顶板预留孔、锚固筋的锚固工作。在箱粱0#段顶面组拼主构架的三个单元。按先两侧片后中片的顺序，合理设置横粱桁片的不同段落，安装前后横梁。技术人员还要科学规划液压提升装置、吊杆、分配梁与吊带，再根据对应的施工图纸来完成临时支承垫块的拆除工作。

3.2 拼装模板结构或底平台

(1)底平台的拼装[5]：相关部门需将将0#段大粱进行合理连接，将底篮中后横梁与前横梁投放到悬臂端中，并将主桁架与横粱吊杆进行科学连接，恰当固定吊杆与底篮横梁的位置，再完成分配梁、底篮纵梁的安装工作。在完成0#段大粱的施工安装后，要在底板预留孔的附近实行砂浆找平，科学卸载底模、分配梁与千斤顶。

(2)拼装外侧模：相关人员合理吊起外模滑梁，利用侧模骨架的合理规划来完成外侧模的连接，借助塔吊来完成骨架吊装，将其置放到外模滑梁中，还应在侧模骨架中及时检测各项面板位置，增加工作平台的设计安装效果。

(3)拼装内模：还应及时连接桥下的斜撑、横梁与内模滑粱等，利用对内模前吊点的适宜控制来完成锚杆悬吊工作，再将塔吊吊装放置在内模滑粱内。及时调整在滑粱骨架中的模板与内模顶板垫木，调整模板。

3.3 拼装张拉工作系统

相关部门应将桥下工作平台当成一个整体，使其投放到对应的主桁系统中，在该项系统的使用下完成施工升降。

3.4 控制模板体系中浇注粱的尺寸变化

在开展模板骨架安装的过程中，不仅要拼装腹板与顶板，还要将腹板部份的竖肋按箱粱块件长度拼装到施工前的位置，并利用对该项数值的适宜控制来强化箱梁腹板数值变化。

4 挂篮系统验算

4.1 主要技术参数

砼自重 GC＝26kN/m3；Es＝2.1×105MPa为对应的刚性弹性模量；材料强度设计值：Q235钢厚度或直径≤16mm，fV=125N/mm2，f=215N/mm2；其内部的直径或厚度分别为f=205N/mm2，>16～40mm，fV=120N/mm2。Q345钢的直径或厚度分别为f=310N/mm2，fV=180N/mm2，≤16mm；厚度或直径>16～40mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2。

4.2 荷载及组合

（1）荷载值

在考量混凝土浇筑过程中胀模系数中的超载情况时，要恰当明确其内部系数，即在1.05左右；混凝土浇筑时挂篮行走、空载行走与动力系数分别为1.5、1.3、1.2。

（2）挂篮主桁架中的荷载值

人群荷载与施工机具的荷载值为2.5kN/m2左右，箱梁荷载值的取值标准为1#块，其重量与长度分别为139.123t、2.7m。

（3）荷载数值组合

在关注荷载数值组合Ⅰ时，可看出其组合形态为机具荷载、人群荷载、挂篮自重、附加荷载、超载与混凝土重量相结合；而荷载数值组合Ⅱ则为冲击附加荷载与挂篮自重的融合值；荷载数值组合Ⅱ与Ⅰ分别应用在挂篮体系行走计算、主桁架稳定度测算中。

4.3 挂篮底篮及吊杆计算

图2 主桁架计算模型及结果图

当前1#块段的具体长度在2.7m左右，其重量在139.123t之间，人群荷载与施工机具的荷载值在2.5kPa上下，活载分项系数（K2）与恒载分项系数（K1）分别为1.4、1.2。5.590m与5.958m为箱梁 1#梁段中各项侧面的对应高度，纵梁间中的腹板宽度在0.9m左右，纵梁间距为腹板宽度的一半，即0.45m。混凝土厚度0.897m，普通纵梁间距为1.0m。计算荷载时，前托梁承担底部荷载的43%，后托梁承担底部荷载57%，同时为简化计算，将外侧模及底模吊带按集中荷载考虑计算。在实行挂篮空载的前移期间，要适时借助配重平衡与反扣轮的倾覆力，对反扣轮对应的承载力进行适当控制，使其保持在50KN左右，而操作平台、吊带体系、内模端模、底模系与侧模的总量之和为48.586t。

表1 各部位计算结果表

4.4 挂篮主桁架计算

若选取1号块开展对应的计算工作时，要切实明确1#块梁段的具体长度，即2.7m，重量为139.123t，其采用的人群荷载、施工机具荷载值为2.5kN/㎡,活载分项系数（K2）与恒载分项系数（K1）分别为1.4、1.2。在移动挂篮空载时，要恰当明确反扣轮的承载力，使其承载力维持在50KN左右，并精准控制操作平台、吊带体系、内模端模、底模系与侧模的总体总量，使其保持在48.586t上下。压杆稳定性与截面面积有关。现将受力最大的AC与BD杆的盖板通长，厚度为-8mm 钢板。2[32a 槽钢为主桁架中的各项杆件，其槽钢构成图3所示的截面形状。