乐宜高速新民岷江特大桥菱形挂篮施工技术

文 斌

乐宜高速新民岷江特大桥菱形挂篮施工技术

文 斌

结合新民岷江特大桥工程特点及施工难点,介绍了该桥菱形挂篮施工技术,从挂篮构造、设计计算及反压试验三方面具体阐述了菱形挂篮结构设计特点,对同类桥梁悬臂施工具有一定指导意义。

菱形挂篮,悬臂浇筑,构造,反压试验

1 工程概况

新民岷江特大桥主桥采用115m+200m+115m预应力混凝土连续刚构。16号,17号主墩为双薄壁柔性墩,15号,18号交界墩墩身采用空心墩。

箱梁 0号段长 14m(包括墩两侧各外伸 1.5m),每个主墩“T”构纵桥向划分为 26个对称梁段,边跨主梁现浇段长 13.82m。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为 14m(0号段),12×3.0m,14×4.0m,2.0m(合龙段),累计悬臂总长 99m。1号 ～26号梁段采用挂篮悬臂浇筑施工,悬臂浇筑梁段最大控制重量2 450 kN,挂篮设计自重 1 300 kN。全桥共有 3个合龙段,边跨及中跨合龙段长度为 2.0m(采用型钢桁架作合龙段劲性骨架)。

主桥桥面宽度：2×1.5m(人行道)+2×0.5m(防撞护栏)+2×10.75m(行车道)+2m(中央分隔带)=27.5m。

2 工程特点和施工技术难点分析

箱梁节段体积大;工期紧;工程规模大,施工设施投入多;挂篮悬浇过程中的不平衡力矩与线型控制;边跨高墩长大直线段现浇施工;箱梁合龙段施工;主桥箱梁悬浇节段长。特别是主桥为双幅箱梁结构,箱梁整体浇筑混凝土节段重量大,挂篮的设计与施工难度较大。

3 挂篮设计

3.1 挂篮构造

本桥采用菱形挂篮进行施工,包括机具在内重量为 130 t,有以下几个部分：

1)主桁系统。

每只挂篮有两片主桁架,每片桁架都采用型钢制成,外形轮廓线高 4.66m,悬臂长 6.2m。整个主桁架加工成上下游两榀,两榀之间采用横向连接系销接成为整体。

2)前上横梁。

前上横梁设置于主桁架上,用 2Ⅰ56a型钢加焊加劲板构成,长度为 9 080mm,放置在主桁架前支点上,安装到位后与主桁节点角钢焊接。由于采用原有挂篮前上横梁接长,两工字钢横向间距每根都不同,现场使用中注意对吊带孔、垫梁等作相应调整。

3)后上横梁。

挂篮后上横梁设置于主桁架的尾部,采用 2Ⅰ36b型钢加焊加劲板构成,长度为 8 500mm,底部放置在主桁架后支点上,后上横梁采用角钢限位,并用螺栓与之栓接。

4)底模平台。

挂篮底模平台由前、后下横梁,垫梁,底模纵梁1、底模纵梁 2,横联槽钢,支座,加强支座,吊耳,加强销座等构成。前下横梁原设计采用 2[40b×9 200mm型钢加焊加劲板构成,后下横梁设计采用 2Ⅰ45b×9 700mm型钢加焊加劲板构成,前后下横梁与吊带间采用加强销座以及吊耳进行连接。加强销座以及吊耳由钢板焊接组成,同时采用 4Φ32精轧螺纹钢连接。纵梁 1、纵梁 2均采用型钢与节点板组成桁架构成,上弦杆采用 2[20,下弦杆采用2[16,竖杆和斜杆均采用 2[12.6,纵梁长度为 7 200mm,高度为1 500mm。底模纵梁与底模前后横梁之间采用支座,进行销接。底模平台上铺Ⅰ16作为底模横梁,横梁上布置木方与双覆面竹胶模板作为底模。

5)吊挂起顶系统。

吊挂系统分以下几个部分：底模平台、内外导梁的前后吊挂系统。底模平台共 4根前吊带、4根后吊带。前吊带采用□150mm×36mm×21 000mm的钢板,其材质为 16Mn钢板,底端与前下横梁上的加强销座销接。吊带顶端采用千斤顶与紧缩装置构造进行底模平台标高调整。内外滑梁吊挂系统均分为前后吊带,其前边吊带采用 Φ32精轧螺纹钢,前中吊带采用□150 mm×36mm×1 000mm钢板制成,后吊带均采用 Φ32精轧螺纹钢。

6)走行系统。

每只挂篮采用两条滑道,对称于箱梁中心布置,主梁两滑道中心距为 6 460mm。滑道梁采用 2Ⅰ25b型钢加焊底座板而成,滑道梁分2m和1m两种规格,对于单只挂篮1m滑道加工 8根,2m滑道加工 6根。挂篮滑道分节制造,节与节间采用连接板在侧面连接。连接板之间采用螺栓连接。

7)锚固系统。

挂篮在走行过程中,通过桁架下的前支座及后支座锚固于走道梁上。挂篮走行到位后则锚固于后锚,后锚设在每片主桁架尾端,在两片桁架尾端设后上横梁,在后上横梁与每片桁架相交交点两侧分别设后锚分配梁,用Φ32mm精轧螺纹钢筋锚固于已浇筑的箱梁节段。

3.2 挂篮设计主要计算结果

3.2.1 菱形桁架计算

菱形构架承受前上横梁传来的挂篮荷载,构架由型钢组焊而成,节点处采用节点板螺栓连接。每片构架自重 6.1 t,按刚架计算。

计算模型见图 1。

菱形主构架的杆件最大拉力发生在 AC杆,为 141.7 t,型钢截面：2[32b+2□350×10,按拉杆检算,最大应力：σ拉=N/Aj=88.23MPa。节点处采用 24颗 φ32的精致螺栓的容许承载力：24×7.069=169.6 t,满足要求。

菱形主构架的杆件最大压力发生在 BD杆,为 133.3 t;型钢截面：2[32b+2□350×10,按压杆检算,L=756.8 cm,R1=14 cm,R2=14.36 cm,λ1=54.06,λ2=52.7,φ1=0.837,φ2=0.843,按弱轴检算,σ压=N/(A×φ1)=99.17MPa。节点处采用 24颗 φ32的精致螺栓的容许承载力：24×7.069=169.6 t,满足要求。

各杆件受力满足规范要求。

3.2.2 底模平台前、后下横梁计算

底模平台前下横梁采用 2[40,后下横梁采用 2Ⅰ45b+2□300×12。在挂篮混凝土浇筑时,底模平台前、后下横梁承受底模平台纵梁传来的混凝土重量、底模平台自重及其他重量。

前下横梁计算结果：

弯曲应力 σ=M/W=60.09MPa;

剪应力 τ=QS/Id=26.02MPa。

后下横梁计算结果：

弯曲应力σ=M/W=102.68MPa;

剪应力 τ=QS/Id=66.86MPa。

杆件受力满足规范要求。

3.2.3 底模平台前、后吊挂计算

前吊带采用 B=150mm,δ=36mm;后吊带采用 B=280mm,δ=2×20mm;材质均为 16Mn,前吊带采用 φ51销孔;销轴 φ50,材质为 40Cr,后吊带采用 φ81销孔;销轴 φ80,材质为 40Cr。

前吊带受力最大为F=25.4 t,后吊带受力最大为F=66.5 t,考虑后吊带另加 5 t预拉力。

前吊带承受的拉应力：σmax=71.3MPa;后吊带承受的拉应力：σmax=63.83MPa。

φ50销轴承受的剪应力：τ=49.1 MPa;φ80销轴承受的剪应力：τ=68.7MPa。

杆件受力满足规范要求。

3.2.4 挂篮施工状态倾覆稳定验算

根据前面的计算结果挂篮在施工 13节段状态后锚固点反力最大,为 R锚=90 t,采用 4根 Φ32精轧螺纹钢筋锚固挂篮后锚固点,可以提供的锚固力为：193 t,倾覆稳定系数为 2.1＞2;挂篮在浇筑混凝土时满足倾覆稳定的要求。

3.2.5 挂篮走行稳定性计算

挂篮移动时,通过后吊点反钩在组焊的轨道上走行,计算模型见图 2(空载走行时)。

挂篮主桁走行时,引起主桁倾覆的力P前包括：主桁上弦操作平台、前上横梁、前上横梁吊带系统、外导梁、底篮等部分荷载。根据计算结果：后支点反力为 R后=20.7 t。

挂篮走行的稳定性满足要求。

3.3 挂篮模拟静载反压试验

每只挂篮都要进行静载试验,为缩短挂篮试验时间,同时又能确实获取挂篮变形等第一手资料,挂篮在厂内进行陆上模拟反压试验基础上,选取一个墩位的一对挂篮进行反压试验,其目的在于模拟挂篮真实受力状况进行荷载试验,获取挂篮荷载模拟最不利工况下的变形参数,一方面对挂篮总体结构及主体结构受力情况进行观察和验证,另一方面用于指导施工。

4 结语

预应力混凝土连续刚构桥采用挂篮悬臂施工已经成为一种成熟的施工工艺,其挂篮的选型既要考虑它是一种施工设备,通用性要好,又要考虑每一个桥的特点。

菱形挂篮具有刚度大,重量轻等特点。

此菱形挂篮通过在新民岷江特大桥上的应用,证明是非常有效的施工方法。

[1]庞家权,王治均.新型斜拉组合式菱形轻型挂篮构思与分析[J].山西建筑,2009,35(13)：310-311.

On diamond hanging basket constructing technique for Xinm in M injiang super-large Bridge along Leshan-Yibin exp ressway

WEN Bin

Combining with the engineering featuresand constructing difficu lties of Xinmin Minjiang super-large Bridge,the paper introduces the diamond hanging basketconstructing techniqueof the bridge,and illustrates the features for the diamond hanging basketstructure design from the hanging components,the design calculation,and theback pressureexperiments,soas tohave the direction for the cantilever construction of similar bridges.

diamond hanging basket,cantilever grouting,component,back pressure experiment

U 445.466

B

1009-6825(2011)03-0170-03

2010-10-15

文 斌(1977-),男,工程师,中铁大桥局集团第五工程有限公司,江西九江 332001