四线曲线桥悬浇挂篮的检算与施工技术

颜炳仁，刘 猛，刘荣桂，滕 斌，姚 彬

(1.中国路桥 宁安铁路工程指挥部，安徽芜湖 241000;2.江苏大学 土木工程与力学学院，江苏镇江 212013;3.江苏金土木建设集团有限公司，江苏 常熟 215500)

挂篮悬臂浇筑施工自20世纪60年代由前联邦德国首先使用以来，发展至今已成为修建大、中跨径桥梁的一种有效施工手段。我国20世纪60年代开始使用这种技术，已取得了巨大成就［1］。在国内已有不少学者对不同跨径和宽度桥的三角挂篮设计和施工做了探讨，挂篮设计正向轻型重载方向发展［2-5］。青弋江大桥挂篮由同类桥梁的挂篮改进组装而成，提高了挂篮的利用率，节约了挂篮制作费用，但需要对挂篮的整体结构和局部构件进行检算，对整体结构和局部构件薄弱部位进行相应加强。我国桥梁的施工规范对挂篮的作业规定不够充分和完善，结合青弋江大桥挂篮施工，对挂篮的设计和施工进行探讨。针对挂篮结构设计简单、操作程序相对复杂问题［6］，青弋江挂篮采用模块化设计，整体移动挂篮，操作方便快捷，节省工期;施工中严格监控挂篮的变形和挂篮行走轴线，保证曲线桥梁线形符合设计要求。青弋江大桥挂篮的检算和施工可以为国内同类型高速铁路四线客运专线桥提供参考。

1 工程概况

宁安铁路青弋江特大四线桥位于芜湖市内，跨越青弋江。青弋江特大桥采用(72+136+72)m四线预应力混凝土连续梁跨越青弋江，结构类型为无砟轨道预应力连续刚构，其中136 m跨度四线铁路预应力混凝土连续梁为已建或在建四线铁路预应力混凝土连续梁全国之最。

梁高按照圆曲线变化，圆曲线半径R=386.8 m。边跨段平面线形按照曲线变化，小里程圆曲线R=800 m，大里程圆曲线R=1 200 m，中跨段平面线形为直线。全桥箱梁顶板宽22.8 m，底宽16.5 m。箱梁横截面为单箱三室直腹板。全桥共分59个节段，0号段长28 m，具备挂篮拼装起始长度;边跨现浇15号段长3.7 m;边跨合龙段和中跨合龙段长2 m。挂篮对称悬臂浇筑计13段，长度为(3.0+4×3.5+4×4.0+4×5.0)m。

2 挂篮的检算

2.1 荷载组合

挂篮设计荷载包括箱梁荷载、挂篮自重、施工荷载。荷载组合如下:①荷载组合Ⅰ，混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+人群、机具荷载等;②荷载组合Ⅱ，混凝土重量+超载+混凝土偏载+挂篮自重+人群、机具荷载等;③荷载组合Ⅲ，混凝土荷载+超载+挂篮自重+人群、机具荷载等;④荷载组合Ⅳ，挂篮自重+冲击附加荷载。其中荷载组合Ⅰ，Ⅱ用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载组合Ⅲ用于刚度计算;荷载组合Ⅳ用于挂篮行走计算［3］。

2.2 挂篮的受力分析

预应力箱梁悬浇挂篮采用三角挂篮形式，挂篮由主桁、底篮、悬吊系统、后锚及行走系统、模板系统等部分组成［7-8］。

结合该挂篮设计的需要，计算时采用ANSYS 10.0版软件建立挂篮系统整体模型，其中上部主桁架的主梁和立柱以及前上横梁、内外滑梁，前下、前后横梁以及底篮纵梁，采用梁单元模拟;吊索及其他连接杆件采用杆单元模拟。荷载以线荷载的形式施加于底篮纵梁以及内外滑梁上。挂篮整体模型见图1，挂篮整体构造见图2。

图1 挂篮整体有限元模型

图2 挂篮整体构造

根据挂篮有限元模型分析，在荷载组合Ⅰ下，主桁杆件最大应力值均未超过容许应力，满足材料承载能力极限。

在荷载组合Ⅱ下，挂篮主桁架的前吊点位置最大挠度15 mm，挂篮前吊点承受拉力P=427 kN，前吊杆的精轧螺纹钢筋最大长度约为10 m，精轧螺纹伸长量为4.803 mm，挂篮变形f=15+4.803=19.803 mm，小于规范限值20 mm。

在荷载组合Ⅲ下，挂篮前移时，主桁靠反压轮扣在轨道上行走，荷载组合Ⅳ中挂篮单侧前吊点的荷载为224.48 kN，后支点的拉力为270.43 kN。这2种工况下各构件均安全。

2.3 挂篮预压

在挂篮正式使用前，通过对挂篮加载消除挂篮的非弹性变形，验证挂篮的承载力，实测挂篮的弹性变形，与理论值进行比较，为计算立模标高提供依据。

挂篮安装就位后，按最重块2号段荷载的1.2倍进行极限加载(采用砂袋分级分层加载)，加载的位置基本上与箱梁的实际重力作用相吻合。挂篮监测点布置:上前横梁与主梁8个交点处各布置8个监测点，对应前下横梁处亦布置8个监测点，底篮底板距外侧拉杆2.5 m处于4个腹板中心位置布设4个监测点。用水准仪监测各测点在每级荷载加载过程中的变化，记录数据。挂篮监测结果见表1。由于预压过程中条件复杂，且测量存在一定的测量误差［7-9］，可以认为挂篮现场预压结果与理论计算值基本一致。

表1 挂篮预压变形监测结果对比 mm

3 挂篮变形监测及分析

根据资料计算出箱梁竖曲线高程值，采用MIDAS有限元分析软件计算箱梁的预拱度值，为施工单位提供立模标高通知单，立模标高=箱梁竖曲线高程值+预拱度值+挂篮变形值+调整值，得到挂篮施工监测的理论值。挂篮行走到位后，调整立模标高。挂篮变形测量点见图3。监测每节段浇筑前、后各测点挂篮实际标高值，并分析挂篮沉降值，为下节段挂篮变形值提供依据。以75墩8号段为例阐述整个现场各节段测量情况，该段挂篮变形现场测试情况见表2。

图3 挂篮变形监控点布置(单位:cm)

由表2可知本节段挂篮变形平均值为16 mm，预压弹性变形21 mm，均与理论计算值19.8 mm基本一致，在控制范围内。桥梁各节段监测与75墩8号段类同。由于现场测量情况的复杂性以及测量中存在一定的误差，挂篮变形实测值在理论值上下波动，但均在规范允许范围内，全桥挂篮变形值与理论设计值基本一致。随着桥梁节段号增加混凝土体量减少，挂篮变形值也呈现递减趋势，符合实际变化规律。

表275 墩8号段小里程(安庆方向)挂篮变形测量数据 mm

4 挂篮的行走

待1号段张拉锚固后，挂篮前移施工2号段。边跨线形为曲线，要放线定出轨道梁行走在桥面的坐标点，中跨轨道梁行走路线的中心线与箱梁腹板中线一致。放松前、后支点滑船上部的锚固螺杆，用油压顶顶起前、后支点的滑船后锚固螺杆;解除滑动轨道梁上锚固螺杆，在2号段梁端放置轨道梁的支点，用手拉葫芦拉轨道梁按照放线坐标行走，发现偏差采用葫芦牵拉予以纠正。轨道梁到2号块梁端支点，轨道梁两端用φ32精轧螺纹钢筋锚固，此时1号块轨道梁前支点变2号块轨道梁后支点。

放松底篮、吊杆和倒链，解除底篮后横梁锚固在0号块底板的精轧螺纹钢筋上，底篮后横梁由倒链和保险钢丝绳悬挂在两侧的外滑梁上;用方木支撑内膜架，解除内膜板与外模板、内膜板与内膜板锚固;用液压千斤顶推主桁架立柱下滑船处，两端挂篮同时移动，见图4。且每端截面四片三角组合梁同时移动，挂篮、底模架、外侧模整体移动运行速度不能过快，避免因速度等原因给相关结构或构件带来不良扭曲变形。挂篮移动到底模预留孔位置后，安装后吊装置，将底模架吊起。调整底模立模标高，安装绑扎底板、腹板钢筋，移动内膜板到预留孔位置锚固，调整内膜板的立模标高，锚固内、外侧模板［10］。

图4 挂篮行走部分结构

5 结论

1)青弋江大桥挂篮的总质量与最大节段质量比为0.341，挂篮结构具有轻型、简单、模块化设计特点，提高了挂篮利用率和行走效率，且施工快捷方便。

2)根据挂篮结构形式及受力特点，建立空间杆系有限元模型分析挂篮整体和局部受力，青弋江大桥三角挂篮整体结构设计可行，局部构件得到加强，目前大桥即将合龙，挂篮施工一切顺利。

3)理论和实测数据均表明青弋江四线客运专线特大桥三角挂篮变形各监测点实测值与理论值基本上一致，挂篮的结构检算确保了挂篮的安全。针对宽桥、节段体量较大的悬臂浇筑曲线桥梁挂篮的设计检算，以及挂篮作业中注意事项的阐述，可为同类型悬臂浇筑用三角挂篮的设计、施工提供依据和参考。

［1］田武平，周思锋，詹应超.大跨度连续梁悬臂浇筑挂篮的设计及施工［J］.公路，2010(8):37-43.

［2］林玉森，张云波，强士中.宽面桥挂篮设计与悬灌施工技术［J］.铁道工程学报，2006(4):39-51.

［3］唐志军，桂荣水.某高速铁路大跨度连续梁桥三角挂篮的整体及局部受力状态分析［J］.铁道建筑，2012(4):18-22.

［4］廖莹莹，王道斌.连续梁轻型三角挂篮设计与应用［J］.铁道建筑，2008(3):1-3.

［5］邱训兵，周栩.轻型大悬臂菱形挂篮设计［J］.施工技术，2004，33(9):6-7，12.

［6］刘皖怀，周伟.老庄河大桥挂篮设计与施工［J］.公路，2008(8):41-44.

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［8］高勇明，刘震洋.东江大桥主桥箱梁挂篮悬浇施工工艺［J］.重庆交通学院学报，2004(12):4-6，20.

［9］李静.挂篮悬臂浇筑连续箱梁施工工法的应用［J］.世界桥梁，2010(2):33-35.

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