跨京杭运河90+180+90连续梁施工菱形挂蓝设计

吕改贤

(中铁三集团第七工程有限公司，陕西 西安 710100)

概述

京沪高速铁路跨京杭运河特大桥主跨为90m+180m+90m预应力连续梁拱桥，其主梁为单箱双室变高度箱形截面，中支点处梁高10.0m，跨中及边支点处梁高4.5m，梁底按二次曲线变化；箱梁顶宽14.2m，底宽10.8m；箱梁腹板厚0.4-0.7m，底板厚0.4-1.049m。主梁共分79个梁段，除0号梁段及K21*梁段在支架上施工外，其余梁段均采用挂篮分段对称悬臂浇筑施工，挂蓝悬臂浇注梁段长分3.0m、3.5m、4.0m、4.5m四种，悬浇梁最重段为3430kN。

一、挂蓝结构形式选择。由于该桥为单箱双室变高度箱形截面，节段重量较大，在满足设计、施工使用要求的前提下，同时必须考虑结构成本问题，结合设计院对挂篮自重必须控制在1350kN以内的要求，本桥悬灌施工用挂蓝结构形式采用简易菱形结构。简易菱形结构挂蓝具有自重轻，受力明晰、合理；结构简单、精度高，砼施工时挂蓝累积挠度及变形量小等优点。同时为方便大型挂蓝行走、立模及脱模操作，本挂蓝采用全液压操作，安全方便，很大程度减少挂蓝走行操作时间。

二、挂蓝结构简介。本桥所用菱形挂蓝由主桁系、底模系、外模内模系、前吊系、底锚系、走行系和施工平台组成。

1、主桁系。主桁结构共有3组，分别为中桁一组和边桁两组。中桁片由2{40b槽钢和上、下各14mm钢板构成结构杆件截面；边桁片由2[36b槽钢和上、下各10mm钢板构成结构杆件截面。主桁系是挂蓝结构中的主要受力结构件，在挂蓝悬灌施工作业中主要承受底模系传来的竖向拉力。主桁系每组主桁结构由五组杆件铰接构成，外型呈菱形机构。各杆件由型钢和钢板焊接成型，通过主销轴铰接在各节点结构上，叁片主桁结构通过前横梁和主桁横联连接构成整体稳定结构。前横梁由20mm钢板和10mm钢板焊接成型为箱形截面。主桁系每组主桁滑动铰座处均设有液压缸，保证挂篮能平衡同步行走。

2、底模系。挂蓝底模系位于悬灌箱梁底部，是挂篮主要受力机构，承受着箱梁悬灌施工荷载。底模系主要由前托梁、后托梁、纵梁和工作梁组成，与砼接触处配有上模板，上模板为10mm面板。为控制底模系后托梁在挂蓝空载走形时挠度过大，在后托梁下部加设一片桁片，既可以控制挂蓝空载走行时底模系的挠度又可以作为施工工作平台用。同时底模系辅助设有前、后工作台和侧工作台，进一步方便挂蓝操作，又为挂蓝做好安全防护。

3、外模、内模系。外模系主要承受施工梁段腹板砼产生的侧压力和翼板砼的荷载。考虑到施工安全和空间，外侧模分为三部分。

内模系为两套，主要承受顶板砼荷载，内模系分别通过两根内滑梁悬吊在前横梁和已成梁段上。内模由桁片及55mm厚组合钢模板构成，为满足桥梁箱内加肋混凝土的灌注，内模分三段，前后段为液压缸控制脱模，中间加肋段可用支撑形式浇注成型。

4、前主吊系。前主吊系采用8根φ32mm精轧螺纹钢进行受力，承受底模前部拉力。

5、底锚系。底锚系是底模系中后托梁和已成梁段底板之间锚固用系统，主要承受底模系后部拉力。

6、走行系。走行系桥面部分主要由滑轨、滑动铰座、反扣装置、主桁横联、分配梁、油缸顶座、液压油缸构成。。在滑轨上固定有油缸顶座，通过液压缸顶推活动滑动铰座使整个挂篮沿着滑轨走行；走行系桥面以下部分为四根内滑梁和滑梁后吊架。

7、施工平台。为方便施工人员对挂蓝操作，确保挂蓝施工时人员的安全，挂蓝施工平台主要由底模系工作平台、侧模系工作平台和主桁系工作平台组成。

8、挂蓝结构附图：

三、挂蓝设计

1、挂篮设计参数

梁段最大重量为3430KN，梁段最大长度为4.5m，梁段最大高度为10m。挂篮前移方式为液压动力推动滑移，挂篮总重小于135吨。混凝土比重取2.65吨/M3，动力系数取1.2，混凝土超载系数取1.05，挂蓝前移走行时的倾覆安全系数大于2.0；挂篮工作时的锚固倾覆安全系数不小于2.2。

2、设计依据。A、悬灌几何特征:主要参照北京至上海高速铁路镇江京杭运河特大桥（90+180+90）连续梁拱桥《京杭高徐沪施图V（桥）-110-2》。B、施工荷载：采用《京杭高徐沪施图V（桥）-110-2》K7段 节段荷载。C、设计规范：①《高速铁路桥涵设计和施工规范》，②《钢结构设计规范》，③《机械设计手册》，④《路桥施工计算手册》

3、设计计算。在挂蓝初步计算确定杆件及其他结构后，运用有限元结构分析软件对挂蓝进行整体结构计算复核 ，按施工实际受力情况进行了结构模拟加载，对挂蓝各机构受力情况进行进一步分析。

4、计算结果分析

1）、挂蓝各构件在全载条件下刚度、强度和稳定性均满足施工要求。

2）、荷载下主梁前点最大位移分别为7.89mm(边桁)、8.75mm（中桁）；底模吊点处组合位移11.5mm。

3）、计算详细结果

A、10根前吊杆受力（边起往中排）分别为:188KN,235KN,223KN,186 KN,

194KN,194KN,186KN,223 KN,235KN,188KN;6个底锚点受力（边起向中排）分别为：192KN,553KN,454KN,454 KN,553KN,192KN。

B、主要受弯构件弯距:托梁147KN/M2,纵梁201KN/M2,内滑梁180KN/M2,前横梁408KN/M2

C、主桁各杆受力及支点反力

结论京杭运河菱形挂篮投入使用后，施工质量好，操作简单、方便，工作效率高，已顺利完成了所有梁段砼的施工，且实际工期比计划有所提前，现场反映良好。

根据现场工作情况总结，该简易菱形挂蓝拼装简单，受力明确，操作方便。尤其对主桁系的简化和铰接设计，进一步减小了挂蓝的累积变形，大大地增强了挂蓝的技术性能和安全性能。同时对于外侧模和底模系，由于系统整体性好，刚度大，从而使砼的灌注质量提高，外形美观。该挂篮在实际应用中体现出了易于组装移动和模板调整简单的特点，挂篮的前移仅需3个小时，模板调整3个小时。 为争取京杭运河连续梁桥梁的总体工期创造了有利条件。