恒太河大桥900t大承载后支点挂篮设计.pdf

施工技术（中英文）年 月上第 卷 第 期：恒太河大桥 大承载后支点挂篮设计罗创民，马存骥，荣劲松，王胤彪（中交四航局第一工程有限公司，广东 广州）摘要 以提升恒太河大桥 大承载后支点挂篮的安全可靠性、技术先进性和自动化程度为目的，通过分析挂篮设计难点，构思挂篮总体设计，采取分体式螺杆主桁支点与孔道式主桁后锚、双向铰接螺杆微调式悬吊系统、抬吊主桁轨行式液压顶推同步前移的行走方式、托架式撑杆系统支承调节的内模、无级调节宽度的底模、可视化智能安全监控系统等设计与创新，有效保证了挂篮结构本质安全与行走安全，提升了桥梁施工质量和工效。关键词 桥梁工程；挂篮；设计；智能监控中图分类号 文献标识码 文章编号（），（，）：，：；作者简介 罗创民，高级工程师，：收稿日期 引言 后支点施工挂篮结构轻巧、可一次移篮到位，形式多以菱形为主。由大量工程实践可知，此类挂篮适用于长度 内、承载力 、挂篮自重荷载比约为 的悬浇梁段。少数梁拱组合桥和矮塔斜拉桥的主梁采用后支点挂篮悬浇施工时，因桥梁结构设计新颖独到，存在桥幅宽、箱梁内室多、悬浇梁段块体质量极大等特点，导致所用的挂篮主桁榀数增多、内模增加、挂篮自重相应加大。从国内外少量施工案例看，这类超大承载力后支点挂篮的结构与连续刚构桥常规所用挂篮基本一致，在技术方面没有较大改进提升，存在操作繁琐、多榀桁架前移不同步、变形难以控制等不足。对于承载力 的后支点挂篮，在国内外尚无实施案例，因此，本文对超大承载力后支点施工挂篮进行研究和创新。工程概况 恒太河大桥位于重庆市万州区，大桥全长，桥型布置为（），属于大跨径钢管混凝土梁拱组合桥，主梁采用连续梁体系。主桥上部设置单面钢管组合型拱肋，采用钢吊杆与混凝土主梁相连，桥梁上部结构总体施工顺序为先梁后拱，大桥立面如图 所示。恒太河大桥主梁为单箱四室预应力变截面箱梁，顶板宽，底板宽 ，两侧悬臂长均为，梁高从墩顶 向跨中 以 次抛物线过渡。箱梁内每隔 罗创民等：恒太河大桥 大承载后支点挂篮设计 个梁段设置 道吊杆横梁，箱梁顶面设 双向横坡。，号主墩两侧主梁采用挂篮悬浇施工，墩顶现浇段长度为，各主墩单侧共悬浇 个梁段，悬浇梁段纵向分段长度为（），悬浇梁段最大质量为。主梁截面如图 所示。图 恒太河大桥立面 图 主梁截面 挂篮设计难点 结构安全保证 悬浇梁段最大质量为，桥梁设计图纸要求挂篮自重（含模板），即挂篮自重荷载比控制在 内。从此项要求看，挂篮应具备超大承载力且结构轻巧。因此，确保挂篮结构本质安全是挂篮设计首要考虑的重难点问题。变形控制 悬浇梁段质量大、桥幅宽、单箱四室的结构决定了挂篮主桁榀数、后锚点数量以及前吊带数量都会相应增加。挂篮在桥梁同一横断面方向受力点变多，受人为操作误差影响更大，易造成某些点未充分受力或完全没受力，再加上各受力点都存在不同的非弹性变形，导致挂篮总体变形增加或同一横断面方向出现较大的不均匀变形。这种偏大的挂篮变形易导致桥梁线形不流畅、桥梁表面出现细微裂缝等质量问题。因此，须对挂篮变形进行重点控制。行走安全保证 挂篮自重，属于超大型后支点施工挂篮，空载移篮时的倾覆力矩远大于连续刚构桥常规所用的挂篮，抗倾覆的主桁行走机构设计最重要，因为此处不仅涉及使用安全，还影响挂篮施工工效。此外，如何确保挂篮多榀桁架行走同步，防止各榀桁架之间出现较大行走偏差而造成挂篮扭曲变形，也是挂篮行走系统设计的重难点。内模支承调节与前移 箱梁每间隔 个悬浇梁段设置 道吊杆横梁贯穿 个内室，导致吊杆横梁位置模板每完成 个节段后必须转换支承设置方式，还造成吊杆横梁后端内模必须下降至横梁底面后方可随挂篮主桁同步前移；又因为受箱梁内室净空高度逐渐变小的影响，吊杆横梁后端内模不能设计成桁架式整体结构，否则，过半的悬浇梁段内室净空无法满足其整体下降后通过横梁。所以，如何妥善设计吊杆横梁处模板以及其前、后端内模，使其支承调节与前移方便高效属于重难点。底模宽度调节 箱梁底板宽由 渐变至 ，每个悬浇梁段底板平面呈大小不一的梯形。挂篮每前移 次，都需要对底模宽度进行调整。如何优化底模设计，快速调节其宽度，直接影响施工工效和质量。挂篮设计及其总体结构 挂篮设计 合理分明的传力体系 后支点施工挂篮承受悬浇梁段荷载、施工荷载、混凝土振捣荷载、风荷载以及挂篮自重荷载，所有荷载经挂篮各构件传至已浇梁段。挂篮设计遵循各系统及机构的荷载传力路径最短的设计原则，避免通过较多的挂篮构件实现荷载传力，形成合理分明的传力体系。前支后锚的菱形桁架式主桁系统 主桁系统是挂篮承重的主体结构，菱形桁架式结构的主桁具备结构轻巧、受力明确、作业空间广等优点。大承载后支点挂篮选用菱形桁架式主桁系统，相应箱梁腹板设置 榀菱形架。单榀菱形架由 根杆件通过销轴连接而成；榀菱形架前端与立柱位置分别设置箱形截面的前横梁和桁架式结构的后横梁，将 榀菱形架连成整体；榀菱形架立柱位置下方设置支点，尾部设置锚固装置，形成主桁前支后锚的传力体系，将挂篮主桁承受的荷载通过前支点和后锚装置有序传至已浇梁段。前吊后锚的底篮 底篮由桁架式结构的前后托梁、工字形纵梁及底模组成。纵梁与前后托梁采用螺栓连接，在箱梁腹板正下方加密布置，其余等间距均匀布置。底模平铺于底篮纵梁之上，采用钢模与木模结合，以适应底模宽度的变化；依靠横向滑移底篮两侧纵梁带动底模实现底模宽度调整。施工技术（中英文）第 卷前托梁通过前吊带悬吊于前横梁，后托梁通过锚杆穿过预留孔锚固于已浇梁段。前吊带与后锚杆设置于靠近箱梁腹板的两侧，中腹板两侧分别加密设置 组，其他 块腹板两侧分别设置 组。因挂篮前移的需要，后托梁桥幅外侧增设 组吊带悬吊于后横梁，专供移篮时使用；考虑到挂篮可退至墩顶现浇段位置拆除，底篮前托梁外侧须预留 组前吊带的安装位置。模板系统设计 模板系统包括侧模系统及内模系统，按全断面一次性浇筑箱梁混凝土设计。侧模与内模均采用钢模，单件侧模翼板下方设置 根滑梁支承，每个箱室的内模由 条滑梁及上方的内模托架与撑杆系统共同支承；箱梁腹板内、外两侧模板设置对拉螺杆，形成混凝土浇筑时的受力体系。侧模与内模的滑梁前端由吊带悬吊于前横梁，后端通过承重吊架或滚轮吊架由锚杆穿越预留孔锚固于已浇梁段，在混凝土浇筑状态下由承重吊架承受荷载，在移篮状态下由滚轮吊架承受荷载。侧模与内模随挂篮主桁同步前移，内模也可单独二次前移，内、外滑梁长度按悬浇梁段最大长度约 倍设计。轨行式液压顶推同步一次性移篮就位 大承载后支点挂篮选用轨行式液压顶推同步一次性移篮就位方式，行走轨道设置于菱形架正下方，锚固于已浇梁段。挂篮前移时，菱形架立柱正下方设置滑船，菱形架尾部节点设置行走小车倒扣悬挂于滑轨上翼缘，液压油缸反力座固定于行走轨道上表面，反复顶推菱形架前支点位置，推动挂篮主桁系统前移，同时带动底篮、侧模及内模前移就位。安全便捷的走道及操作平台 设置安全、方便快捷、美观实用的挂篮走道及操作平台，以桥面为起始点，形成上下贯通的走道及操作平台，大幅度改善施工作业环境。挂篮总体结构 大承载后支点挂篮结构由主桁系统、悬吊系统、锚固系统、行走系统、底篮系统、模板系统、走道及平台系统、预留孔及预埋件八大系统组成（见图）。挂篮设计难点 分体式螺杆主桁支点与孔道式主桁后锚 挂篮主桁架支点与后锚的结构形式选择和设计直接影响挂篮重载工况下的结构安全。主桁架支点的结构形式通常采用整体式钢结构支墩或支承架内设置 根分体式螺杆支承于桥面。主桁后锚结构通常利用箱梁竖向预应力筋由专用连接器接图 挂篮总体结构 长后或由高强精轧螺纹钢穿越箱梁腹板两侧预留孔通过锚梁锚固。考虑到 大承载后支点挂篮主桁架支点与后锚位置承受的荷载极大，为了提升挂篮重载工况下的安全可靠性，主桁架支点结构形式选用支承架内设置 个直径 螺杆支承于桥面，主桁后锚选用 根直径 高强精轧螺纹钢穿越箱梁腹板两侧预留孔锚固的设计形式。主桁架支点结构如图 所示，主桁后锚结构如图 所示。图 主桁架支点结构 图 主桁后锚结构 双向铰接螺杆微调式悬吊系统 挂篮吊带通常采用长、短钢吊带由销轴连接组成，钢吊带下端设置单向铰接与前托梁相连，上端由销轴穿插吊带孔位后坐落于前横梁上平面的支承座；吊带长度调节的动力采用手摇机械千斤顶，通过缩减钢吊带数量或销轴穿插钢吊带不同孔位来实现粗调，通常采取在销轴支承座与前横梁上平 罗创民等：恒太河大桥 大承载后支点挂篮设计 面之间加垫薄钢板来实现微调。这种悬吊系统操作自动化程度不高，调节精度因受加垫的薄钢板厚度制约也明显降低，易导致挂篮某些吊带组未充分参与受力，从而加大了挂篮变形。大承载后支点挂篮前端悬吊组数量多达 组，改进和提升悬吊系统的操作自动化程度以及调节精度成为亟待解决的重要技术工艺。大承载后支点挂篮创新使用的双向铰接螺杆微调式悬吊系统，由常规所用的钢吊带悬吊系统改进设计而成。钢吊带下端改进设置纵、横双向铰接与前托梁相连，此举能更好地保证吊带组完全处于竖直受拉受力状态；吊带组上方选用直径、材质 螺杆，螺杆下端与钢吊带设置专用连接器相连，上端由螺母锁定稳固于前横梁上表面，通过螺牙微调彻底解决了钢吊带调节精度偏大问题；所有吊带组调节的动力改进为液压穿心千斤顶，液压控制操作系统可同时对所有吊带组实施调节，也可单独调节任一吊带组，大大提升了操作的自动化程度。悬吊系统结构如图 所示。图 悬吊系统 抬吊主桁轨行式液压顶推同步前移的行走方式 影响挂篮行走安全的主要因素包括行走轨道结构及固定方式、行走小车结构、各榀桁架前移的同步等。大承载后支点挂篮行走轨道选用箱形截面的单轨设置方式，轨道上表面按 等间距设置 长方孔，以便液压油缸后端反力座依次卡位于轨道内，移篮前依靠液压油缸的伸缩拖行轨道前移，移篮时依靠液压油缸的伸缩顶推挂篮前移。榀菱形桁架下方共设置 条行走轨道，箱梁中腹板处菱形桁架下方不设置行走轨道，由 榀菱形桁架抬吊中腹板处菱形桁架同步前移。在箱梁腹板两侧开设预留孔，由高强精轧螺纹钢通过锚梁锚固行走轨道，纵向锚固点间距按 设计，有利于提升自重超大型挂篮行走时的安全可靠度。行走小车上端通过连杆与菱形桁架尾部节点采用销轴相连，下端设置均匀受力的 个车轮倒扣悬挂于行走轨道上翼缘，行走轨道上翼缘加厚设计，确保局部不发生变形。榀菱形桁架前移的同步主要通过优化液压系统设计、配置智能移篮控制系统解决，个液压顶推油缸由同一个泵站控制，利用超声波传感器测量每榀主桁前行的位移量，再将数据反馈至智能移篮控制系统，系统通过电磁阀实时调节油路，自动调节每个油缸的伸缩量，实现 榀菱形桁架前移的同步精度控制在 内。行走机构如图 所示。图 行走机构 托架式撑杆系统的支承调节装置 单个箱室前、后腔体内顶模由滑梁上方的内模托架通过撑杆系统支承；前腔体内顶模采用整块钢模设计，通过撑杆系统实现模板的拆装作业；后腔体内顶模采用分块钢模设计，由人工进行拆装，置于内模托架上随挂篮主桁同步前移。内侧模与内模托架的伸缩梁连接，通过液压油缸伸缩实现模板的自动开合。吊杆横梁侧模与底模间采用铰接，前腔体处的吊杆横梁侧模通过撑杆实现拆模并放置于前腔体顶模之上，而后腔体处的吊杆横梁侧模需整体下放至内模托架上，以便行走时不与吊杆横梁干涉。通过在前、后吊杆横梁侧模上部加装或拆除盖板模，可妥善解决悬浇梁段间隔出现吊杆横梁的模板设计问题。内模系统结构如图 所示。图 内模系统结构 滑移式无级调节底模宽度 底模中间部分采用固定式钢模，平铺固定于底 施工技术（中英文）第 卷篮纵梁之上。底模两侧采用可随底篮纵梁横向滑移的活动式钢模，活动式钢模与其下方边侧的 根纵梁焊接成整体，由设置于前、后托梁外侧的手拉葫芦横向拖拉纵梁滑移就位，就位后由螺栓固定活动式钢模下方的纵梁实现底模宽度的无级调节。固定式钢模与活动式钢模之间形成的 个梯形面采用 厚胶合板填充，以适用于每个悬浇梁段的不同底板宽度。底模宽度调节如图 所示。图 底模宽度调节 可视化智能安全监控系统 采用数字化手段对挂篮施工全过程进行安全质量监控，对挂篮主要构件的应力和位移、移篮同步性、混凝土温度以及施工环境等方面进行可视化监控。应力、位移和倾斜的数据来源分别通过在挂篮构件上安装振弦式应变计、静力水准仪和倾角计实现，每榀主桁前行的位移量通过在液压顶推油缸上安装超声波传感器收集，混凝土温度和施工环境的数据通过在施工现场安装温湿度传感器和风速仪获取。收集到的各类数据输入主监控平台后，通过在主监控平台建立挂篮 模型，实时显示挂篮的应力、位移及倾斜情况，系统在监测数据超出预警值时会发出警报，并远程传输报警信息。结语 以 大承载后支点挂篮在恒太河大桥的施工情况为例，主要得到以下结论。）设计分体式螺杆主桁支点与孔道式主桁后锚，有利于保证大承载后支点挂篮结构的安全；设计托架式撑杆系统支承调节的内模，提高了吊杆横梁处模板以及其前、后端内模支承调节与前移方便高效的难题；设计滑移式无级调节宽度的底模，实现了挂篮底模宽度的无级调节。）创新设计的双向铰接螺杆微调式悬吊系统，提高了挂篮悬吊系统的调节精度，提升了悬吊系统的安全可靠性和操作自动化程度；创新设计抬吊主桁轨行式液压顶推同步前移的行走方式，拓宽了多榀桁架挂篮前移的行走方式，提升了多榀桁架挂篮前移的同步精度，保证了自重超大型后支点挂篮的行走安全；创新设计的可视化智能安全监控系统，拓宽了挂篮施工安全和质量的管控手段。）在安全与质量方面，挂篮结构本质安全与行走安全得到了可靠保证，挂篮变形得到了有效控制，桥梁线形流畅且质量稳定；在经济效益方面，挂篮操作自动化程度大幅度提高，缩短了全桥施工工期，间接产生了较大经济效益。参考文献：王文明，柴生波，聂宁波，等 基于无应力状态法的预应力混凝土斜拉桥主梁合龙方案 铁道建筑，（）：，（）：幸思佳，沈炫 渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥施工技术 施工技术，（）：，（）：魏星，黄剑飞 空间索面斜拉桥宽幅混凝土主梁施工关键技术 施工技术（中英文），（）：，（）：舒宏生，侯润锋，刘新华，等 波形钢腹板 组合箱梁桥同步异位悬臂施工新型挂篮设计研究 施工技术（中英文），（）：，（）：蒲黔辉，熊赳，王文东 高低塔斜拉桥施工阶段温度效应分析 桥梁建设，（）：，（）：李宁，卢勇，陈成，等 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