连续梁桥悬臂浇筑挂篮设计与应用
2010-07-06
引言
预应力混凝土连续梁桥属于预应力桥梁中的一种，桥梁结构整体性能好、刚度大、变形小、抗震性能好，特别是主梁变形挠曲线平缓，桥面伸缩缝少，行车舒适等优点。大跨径预应力混凝土连续箱梁广泛采用挂篮进行悬臂浇筑施工。贝雷桁架梁因具有可分解、能快速架设和装配简单等优点，常被用作桥梁悬臂浇筑施工的挂篮承重结构。同时贝雷桁架挂篮具有构造合理、受力明确、自重较轻、利用系数高、使用安全方便等特点，更主要的是其工程费用较低。对此，本文结合常德沅水仓儿总特大型连续梁桥的悬臂浇筑施工用挂篮形式，对贝雷桁架挂篮在施工荷载下的设计进行简单分析，为同类型大跨度预应力连续梁桥的挂篮施工提供一定的参考。
1.工程概况
仓儿总特大桥主桥28号～36号墩间上部构造为悬浇预应力混凝土连续梁，跨径布置为58 m+6×100 m+58 m。上部箱梁为单箱单室三向预应力箱梁。箱梁根部梁高为6.0 m，跨中梁高为2.8 m，箱梁顶板全宽为16 m，厚度为0.28 m。主桥29号～35号墩七个“T”，每个T悬浇施工节段为2×15段。采用七套挂篮对称悬臂现浇施工，0号梁段采用搭设托架浇筑。全桥共八个合龙段，按先边跨，次边跨，后中跨的顺序合龙。
2.挂篮设计
挂篮通常由承重梁、悬吊模板、锚固装置、行走系统和工作台等部分组成。挂篮的设计力求其结构轻巧，挂篮重量及施工荷载控制在梁段重量的0.4左右；同时力求挂篮结构简单，各个部件尽量采用型钢加工而成，使其加工、安装及拆卸方便快捷，减少工作量，加快施工进度；另外要求挂篮刚度大，使其在灌注混凝土的过程中可以迅速调整模板标高；最后设计时应尽量做到挂篮除滑道外可以整体一次移动就位。
2.1 挂篮的设计原则
挂篮的合理设计是保证施工质量、加快工程进度的重要因素。承重梁是挂篮的主要受力构件，承受施工设备和新浇混凝土的全部重量，并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工好的梁段上。承重梁除强度(弯矩和剪力)保证安全可靠外，还要求使用方便、变形小、稳定性好、自重轻、装拆方便、移动灵活，并要有足够的平面尺寸，以满足梁段现场作业的需要。
2.2 贝雷桁架杆件组成及性质
贝雷桁架主要构件由桁架、桁架连接销、反保险销、加强弦杆、弦杆螺栓、桁架螺栓6种构件组成。每片贝雷桁架主要受力构件由上下弦杆、竖杆及斜杆焊接而成，桁架的上、下弦杆由两根组合而成，加强弦杆采用螺栓与桁架连接。桁架斜杆、竖杆均用8号工字钢。整个桁架由贝雷桁架片通过端部连接销拼装而成。
2.3 挂篮结构的组成及性质
挂篮由主桁架、上横梁、底篮和吊杆4个主要部件组成，主桁架和上横梁均采用标准贝雷架拼接。单个挂篮共两组主桁架，根据箱梁段的最大重量，每组主桁架由4组贝雷架拼接，每组贝雷架由4片组成，采用特制花架将4组贝雷架连成整体，主桁架长度12 m，高度1.5 m。单个挂篮有前后两组上横梁，每组横梁由2组贝雷架拼接，每组贝雷架由6片组成，长度18 m，满足桥梁宽度16 m的要求。
上横梁高度1.5 m，采用适当的方法连接固定在主桁架上，避免施工过程中产生滑移，上横梁之间用20号槽钢分左右两道连接，形成整体，同时增强横梁的抗倾覆能力。主桁架是悬浇过程中的主要受力构件，为了增强其刚度以及施工过程的稳定性，需在前后两端和中部加设三道桁架横系梁，横系梁由20号槽钢和1O号槽钢焊接。
底篮由下横梁和底模系统组成。下横梁分前后横梁，根据悬浇箱梁的重量及吊杆的分布，前后横梁均采用2根40号工字钢并排放置，工字钢之间用钢板间断焊接形成整体横梁，前后横梁上纵向铺设25号工字钢和横向12号工字钢，上层铺设6 mm厚钢板组成底模系统。
吊杆采用φ32 mm精轧螺纹钢筋，前后各4根吊杆，前后吊杆的水平距离为4.25 m，吊杆上端配YGM锚具、用型钢枕梁固定在挂篮上横梁顶面，下端采用特制铰结构与底篮横梁连接，铰结构能保证吊杆在任何工况下仅受垂直荷载，确保吊杆的安全。
挂篮的自锚系统采用φ32 mm精轧螺纹钢筋，上端用型钢枕梁固定在主桁架末段的顶面，下端用特制连接器与箱梁竖向预应力钢筋连接锚固。根据施工荷载，每组主桁架的后端需要有2根后锚杆，确保悬浇施工安全。挂篮的外侧模和内顶模均采用大型骨架整体钢模，并采用整体滑移系统，达到整体安装、整体脱模、整体滑移的目的，这样可以加快工序施工进度，降低劳动强度。
3.工程应用
3.1 挂篮拼装
(1)在箱梁0号梁段顶面安装挂篮支座和滑道，支座位于箱梁腹板的正上方，用贝雷架拼装主桁架，贝雷架之间用花架将其连成整体形成主桁架，将主桁架安装在支座上。
(2)在主桁架上安装上横梁，上横梁分为前、后两组横梁，横梁均由两组贝雷架组成。前后横梁高度均为1.5 m，长度均为18 m，前后横梁采用型钢连接成整体，以增强其稳定性。
(3)在桥墩的承台上搭设施工平台，拼装底篮。底篮包括前、后横梁和底模系统。前后横梁均由两根36号工字钢组成，工字钢用810钢板焊接成整体，工字钢顶面按吊杆位置焊设铰结构用的吊耳。前、后横梁上铺设9根36号工字钢作为底模的承重梁，其上铺设9根12号工字钢，再在上面铺设86钢板组成底模系统。
(4)在挂篮上部前后横梁上安装卷扬机，将底篮整体吊至适当位置，然后安装底篮吊杆。底篮的前端吊杆固定在主桁架的前横梁上，后端吊杆固定在已浇箱梁底板和顶板上。
(5)安装外侧模和顶模，外侧模和顶模分别采用36号工字钢和20号槽钢作为承重梁，前端悬挂在前横梁上，后端悬挂在箱梁顶板上，承重梁承受模板及混凝土的重量。
3.2 预压挂篮
一套挂篮包括主桁架、横梁、底篮和内外模，总重约为45 t，悬浇箱梁段的重量从80t-120t不等，每段箱梁悬浇时挂篮主桁架的挠度值均不相同，为了了解挂篮在不同荷载下的施工挠度，更准确地控制箱梁顶面高程，必须对挂篮进行预压。预压的同时消除挂篮的非弹性变形。预压可采用水箱加载或者大吨位千斤顶反力加载，加载时详细记录各级荷载下挂篮主桁架的挠度值，作为悬浇施工时立模标高的参考。
3.3 1号梁段施工
考虑1号梁段较重，挂篮初次受力，因此拟将1号梁段分两次浇筑成型，先浇筑底腹板，再浇筑顶板。1号梁段挂篮为通行挂篮，安装好挂篮中部的反力锚杆，按挂篮的预压挠度值和设计要求的预拱度调整底模的标高和侧模的标高。绑扎1号梁段的底腹板钢筋，安装预应力管道和竖向预应力钢筋，然后安装腹板内侧模，浇筑底腹板混凝土。安装顶模支架，拼装顶板模，绑扎顶板钢筋，安装顶板纵横向预应力，浇筑顶板混凝土。待混凝土强度达到80%设计强度后，按规范张拉箱梁三向预应力并压浆。
3.4 合龙段施工
利用挂篮安装合龙段底模和侧模，绑扎底板，腹板和顶板钢筋，安装三向预应力束或预应力管道。按设计在合龙段两端梁段的顶板和底板靠近腹板的位置焊接4个型钢刚性连接。在顶板和底板分别对称选择4根预应力束，两端同时张拉至50%设计张拉值。在合龙段两端箱粱上分别放置312 m3的水箱，注满水后在合龙段两端形成36t的平衡荷载，水箱设置放水开关。选择当天气温最低，气温变化不大的时段(一般选择晚上)，浇筑合龙段混凝土，连续浇筑，一次成型。根据混凝土的浇筑速度，打开水箱开关卸载，基本保证合龙段在不变荷载下完成混凝土浇筑。
4 结语
汉寿仓儿总沅水大桥挂篮具有结构简便，重量轻，安装、拆卸及使用方便、可靠，施工快速，浇筑施工中变形量小的特点，能很好的满足施工的需要。同时贝雷架的刚度大，抗弯强度高，自重轻，拼接容易，可完全重复使用。贝雷桁架挂篮施工有较好的经济性、安全性，在同类型的大跨径连续梁桥施工中将进一步得到发展和完善。
参考文献：
[1] 吴国铭，基于简化模型的贝雷桁架挂篮分析[J]。桥梁隧道，2007(6)：28—29。
[2] 胡志忠，汉寿沅水大桥悬浇箱梁施工工艺的改进[J]。湖南交通科技，2008(11)：51—52。
[3] 吕洪业，悬臂浇筑挂篮的设计[J]。水运工程，1996(7)：44一 45。
[4] 黄文，毛学舜，王新定，挂篮悬浇连续箱梁桥施工控制技术[J]。山西建筑，2008，34(1)：318-319。
[5] 李志明．挂篮在预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工中的应用[J]。工业建筑，2002(1)：21-23。
[6] 王慧东．挂篮施工技术综述[J]．铁道标准设计，2001(15)：32—33。
