大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑设计及施工技术研究.pdf

0引言大跨度连续梁桥在现代交通基础设施中承担着重要的交通荷载承载职责，其建设和维护面临着多种挑战，其中之一是悬臂浇筑过程的设计与施工。为解决大跨度连续梁桥建设中挂篮施工过程中的技术难题，杨晓强1依据现场实际情况，提出挂篮悬臂浇筑施工中的关键技术；黄俊2采用新型连体挂篮设计，实现大跨度连续梁悬臂浇筑的高效施工，极大地提高了工程施工效率；王二朋3以铁路桥梁为例，采用先进的浇筑方法和施工工艺，一次性成功浇筑完成大跨度悬臂段，为类似工程提供了成功的施工经验和技术指导。尽管这些技术在大跨度连续梁桥建设中已经取得了一些成效，但仍然存在安全性、效率和质量控制等方面的问题，需要开展系统的研究和提出创新性的解决方案。本研究的创新点在于提出一种综合性的挂篮悬臂浇筑设计与施工方案，能优化施工过程并提高工程质量。本文旨在深入研究大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑技术，解决该领域的关键问题，填补现有研究的不足。1工程概况某座桥梁的总长度为1 538 m，其结构由以下一系列跨度组成：13个40 m长的跨度+1个65 m长的跨度+3 个 120 m 长的跨度+1 个 65 m 长的跨度+13 个40 m长的跨度。这座桥梁采用“预应力混凝土刚构+连续梁”的组合体系，大桥部分长65 m，其后是3个120 m长的跨度，接着是65 m长的预应力混凝土连续刚构段落。在连续刚构段落中，梁的截面呈现单箱形状，箱梁的根部高度为7.2 m，梁在中间跨的高度为3 m。2设计考虑因素2.1跨度和几何形状对挂篮悬臂浇筑的影响在挂篮悬臂浇筑中，跨度是一个决定性的参数，会对悬臂的长度和支撑结构的设计产生直接影响。较大的跨度通常需要更长的悬臂，这会增加悬臂的重量，对整个悬臂支撑结构的稳定性和负荷带来挑战。此外，较大的跨度可能会增加浇筑时的荷载和变形，需要采取更严格的控制措施，以避免结构变形过大而影响施工和最终的结构性能。因此，在设计阶段，应充分考虑跨度与结构的相互影响，确保挂篮悬臂浇筑过程的安全性和施工效率。连续梁桥的几何形状，特别是纵横截面的复杂性，对挂篮悬臂浇筑的影响非常显著。复杂的截面几何形状会导致挂篮的安装和调整变得更复杂，需要设计适应性更强的悬挂装置。此外，悬挂装置必须适应不同部位的截面变化，以保持浇筑过程中的一致性。在悬臂截面几何变化明显的情况下，需要加强对混凝土浇筑的控制，确保整个悬臂段的一致性和结构的均匀性。因此，在几何形状设计中，需要充分考虑悬臂浇筑过程中的工艺要求，避免后续施工出现大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑设计及施工技术研究韦苏斌（广西路桥工程集团有限公司，广西 南宁 530200）摘要：文章探讨大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑的设计与施工技术，提出设计中需要考虑悬挂装置的选择、悬臂长度和支撑设计、预应力钢束布设与张拉、混凝土浇筑与振捣等关键环节。结合实际工程案例，分析不同悬臂长度和结构形式对施工的影响，并提出相应的监测与质量控制措施。研究旨在为大跨度连续梁桥的挂篮悬臂浇筑提供技术指导，确保工程安全、高效、优质地完成。关键词：大跨度连续梁桥；挂篮；悬臂浇筑；桥梁施工技术中图分类号：U445.466文献标识码：A文章编号：1674-0688（2023）10-0062-04【作者简介】韦苏斌，男，广西都安人，任职于广西路桥工程集团有限公司，工程师，研究方向：公路桥梁。【引用本文】韦苏斌.大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑设计及施工技术研究 J.企业科技与发展，2023（10）：62-65.企业技术实践韦苏斌.大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑设计及施工技术研究62问题。综上所述，在大跨度连续梁桥的挂篮悬臂浇筑施工中，跨度和几何形状相互交织，共同影响施工的难度和进度。设计时应综合考虑桥梁的整体跨度布局、悬臂段的长度及纵横截面的变化。在实际施工中，可能需要采取一系列措施应对跨度和几何形状带来的挑战，如调整悬挂装置、优化混凝土浇筑过程、加强变形监测等。开展充分的规划和前期分析可以确保挂篮悬臂浇筑顺利进行。2.2荷载分析和结构稳定性荷载分析首先需要考虑自重荷载、混凝土浇筑荷载及其他施工荷载。自重荷载是结构本身的重量，在混凝土浇筑过程中，悬挂的悬臂除了承受自重荷载，还会承受混凝土浇筑的动态荷载。以一座具体跨度为120 m的桥梁区间为例，混凝土浇筑荷载可能为每米1520 t。此外，需要考虑悬挂装置的预应力荷载。通过结构分析软件，可以模拟不同施工阶段的荷载分布情况，指导施工计划和支撑设计4。在悬篮悬臂浇筑过程中，结构的稳定性至关重要。在本案例中，结构的跨度和几何形状复杂，特别是在3个跨度每跨120 m的区段，悬挂的悬臂长度较大，可能会导致悬挂装置的支撑结构承受较大的荷载。开展分析结构的稳定性，可以确保在不同施工阶段中结构不会发生屈曲或摆动等失稳现象。结构稳定性分析还可以确定支撑的位置和数量，以及可能需要的加固措施。在本案例工程中，桥梁全长 1 538m，采用的是“预应力混凝土刚构+连续梁”组合体系，包含不同跨度的区段，因此进行荷载和结构稳定性分析后，还需要分析每个跨度和区段的具体情况。例如，在3个跨度每跨120 m的区段，混凝土浇筑过程中的荷载将会显著增加，需要采取更多的支撑措施确保结构的稳定性。同时，需要通过振动传感器密切监测悬挂部分的变形情况，确保在施工过程中结构的整体稳定性。振动传感器的数据变化如图1所示。2.3悬臂长度和支撑设计悬臂长度是指悬挂装置与支撑点之间的水平距离，其对挂篮悬臂浇筑的安全性和施工效率具有重要影响。较大的悬臂长度可能会增加悬挂的自重和荷载，从而对支撑结构的设计和悬挂装置的选择提出更高的要求。此外，长悬臂容易引发结构振动和不稳定，需要通过控制施工过程避免。从支撑的角度看，悬臂长度也直接影响支撑点的位置和数量。较长的悬臂需要更多的支撑点保证结构的平衡，而支撑点的强度和刚度也需要详细考虑，确保它们能承受一定的荷载并保持稳定。支撑的设计对挂篮悬臂浇筑过程的成功与否起着至关重要的作用，支撑结构不仅需要能够承受悬挂的悬臂和荷载，还必须满足结构稳定性的要求。在设计支撑时，除了考虑支撑的类型、布置、材料和连接方式能满足整个悬臂结构安全性的要求，还需考虑支撑点的位置和数量，确保悬挂装置和支撑结构之间的力学平衡。此外，支撑设计应预留足够的空间，便于混凝土浇筑和悬臂浇筑过程中的操作和监测。以本桥梁工程为例，桥梁的结构形式为（1340+65+3120+65+1340）m，具有不同跨度和悬臂段。在设计悬臂长度时，需要考虑不同跨度和悬臂的荷载情况及支撑点的位置。对于较长的悬臂段，需要增加支撑点确保结构的稳定性。支撑设计需要根据实际的跨度、荷载和结构特点，选择适当的支撑类型和材料，并进行强度和稳定性的分析。在悬挂装置安装过程中，需要严格控制悬臂的变形，保证支撑结构的稳定性和整个施工过程的安全。综合考虑悬臂长度和支撑的设计，可以优化挂篮悬臂浇筑过程，确保结构施工的成功和安全。2.4挂篮系统设计和材料选择挂篮系统设计需要综合考虑悬挂装置的类型、形状、稳定性和可调节性。常见的一种挂篮系统是钢丝绳挂篮，通常由主梁和横向悬臂杆构成。挂篮的设计应考虑支撑点的位置、悬挂的角度、悬挂点的数量及悬挂装置的强度。根据桥梁的几何形状和荷载情况，可以通过有限元分析优化挂篮系统的设计。表1为挂篮系统设计的数据。0246810时间-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81振幅图1振动传感器的数据变化时间（h）振幅（Hz）企业科技与发展，2023年，第10期，总第504期63表1挂篮系统设计数据悬挂装置参数主梁长度横向悬臂杆长度悬挂点数量悬挂角度材料强度安全系数参数值120 m10 m4个45250 MPa1.5挂篮的材料选择需要考虑强度、耐腐蚀性和可调节性。主要材料包括钢和铝合金。钢具有较高的强度，适合承受重荷载，但需要进行防腐蚀处理；铝合金轻巧且具有较好的耐腐蚀性，但强度相对较低。根据挂篮的负荷和使用情况，可以选择合适的材料平衡结构的强度和重量。表 2是不同材料的挂篮性能对比。表2不同材料的挂篮性能对比对比项强度耐腐蚀性重量钢高需要处理重铝合金中良好轻3施工准备阶段3.1施工计划的制订与优化在挂篮悬臂浇筑工程中，施工计划的制订和优化是关键的第一步。工程师需要根据桥梁的几何特点、悬臂长度、荷载情况及现有资源制订合理的施工计划，计划的制订需要考虑混凝土浇筑的时机、悬挂装置的安装时间、支撑结构以及其他关键活动的协调。通过使用项目管理工具，工程团队可以对施工进程进行优化和可视化，确保项目按计划进行。3.2悬臂支撑结构的建立在挂篮悬臂浇筑过程中，支撑结构的建立至关重要。这些支撑结构需要根据实际情况设计和搭建，需考虑支撑的位置、数量和强度可承受悬臂的自重和混凝土浇筑的荷载。在建立悬臂支撑结构之前，需要进行临时地基加固、基础施工等工作，确保支撑的稳定性和可靠性5。3.3材料采购与准备在施工准备阶段，需进行材料采购与准备工作，包括挂篮系统的材料、支撑结构的材料、混凝土材料等。工程团队需确保所选材料符合规范要求，并提前准备好，避免延误施工进程。此外，材料的质量和数量应满足整个施工过程的需求。3.4施工人员培训和安全措施挂篮悬臂浇筑工程涉及高度的风险，因此培训和安全措施至关重要。施工人员需要接受相关培训，了解悬挂装置的安装、支撑结构的建立及施工过程中的安全操作规范。安全措施包括使用个人防护装备、设置安全警示标志、建立临时封闭区域等，最大限度地降低事故发生概率。4悬臂浇筑过程4.1悬臂模板安装和调整悬臂模板是用来支撑和限定混凝土浇筑的模板系统。在悬臂浇筑过程中，首先需要安装悬臂模板。这个步骤是将模板逐段地悬挂在悬臂结构上，使其紧密贴合结构，防止混凝土外流和变形。模板的安装通常需要使用吊车或其他起重设备，模板的位置和水平度要准确无误。在模板安装过程中，需要特别注意连接和固定装置的强度和可靠性。模板系统的稳固性直接影响混凝土浇筑的质量和结构的稳定性，在安装过程中，工程师和施工人员需要密切合作，严格遵循操作规范。悬臂模板的准确调整可保证混凝土浇筑的均匀和结构的稳定。一旦模板安装完毕，需要进行细致的调整，包括调整模板的水平度、垂直度和位置，保证混凝土能均匀地流入模板内，获得所需的几何尺寸。调整模板时，需要使用液压千斤顶、水平仪、测量仪器等工具使模板达到准确的位置并调整到合适的形态。4.2预应力钢束布设与张拉预应力钢束的布设旨在施加预先定义的张力，使桥梁在荷载作用下产生压应力，从而增强其承载能力。布设预应力钢束需要考虑梁段的几何形状、荷载情况及预应力的分配。在布设过程中，首先需要根据桥梁的设计和荷载分析确定每个梁段所需的预应力大小；其次根据预应力钢束的特性（例如直径、强度等），计算所需的钢束数量和布设方式。布设预应力钢束时，钢束位置、间距和张力的分布需均匀，以获得平衡的预应力效果。表3为分析预应力钢束布设情况。韦苏斌.大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑设计及施工技术研究64表3预应力钢束布设梁段ABC预应力钢束数量（束）464钢束直径（mm）151215张力大小（kN）150100140预应力钢束张拉是通过施加外力产生预应力的过程。在张拉过程中，需要使用专门的张拉设备，逐步施加预应力，使每根钢束达到预定的张力大小，这需要监测张拉力的实时数据，确保每个梁段的预应力均在设计范围内。此外，需要注意以下几点：根据设计要求施加正确的张拉力，过度或不足的张拉力都可能影响梁段的性能；控制张拉速度，避免钢束的瞬时变形；对张拉后的钢束进行锚固，确保预应力可以有效地传递到梁体中。4.3混凝土浇筑与振捣混凝土浇筑是将预先准备好的混凝土均匀地倒入梁体模板中的过程，在此过程中，需要注意以下几个关键点：混凝土的配合比需要严格遵循设计要求，以确保混凝土的强度和耐久性；控制混凝土浇筑的流动性，避免混凝土分层或产生气孔；使用振动棒等工具排除混凝土中的气泡和空隙。混凝土浇筑过程要有连续性，避免冷缝的产生。在相邻的浇筑段之间，需要采取适当的措施保持混凝土的黏结性和一致性。此外，温度和湿度对混凝土的凝固和强度也有影响，因此在不同气候条件下需要采取措施控制温度和湿度。混凝土振捣是为了排除混凝土中的空气，使其变得更加致密和均匀，从而提高混凝土的强度和耐久性。在振捣过程中，通常使用振动器将混凝土中的气泡和空隙驱逐出来，应根据混凝土的类型和浇筑厚度选择和配置适当的振动器。振捣的时间和方式也需要谨慎控制，过早或过晚的振捣都可能导致混凝土分层或不均匀，影响结构的质量。振捣过程需要注意避免混凝土的表面受到损伤，避免出现黏结性差或气孔过多的情况。4.4监测与质量控制措施（1）在悬挂装置悬臂浇筑过程中，需要进行实时结构监测与测量，可以通过传感器、仪器和测量设备追踪悬挂系统、支撑结构及整个梁体的变形和变化情况。结构监测可以帮助工程团队了解施工过程中的变形情况，预测可能出现的问题，以便及时采取措施进行调整。（2）监测数据可以用于分析结构的变形、位移、倾斜等，便于及早发现异常情况。通过实时监测，工程师可以判断是否需要进行支撑结构的调整，是否需要在特定位置增加支撑点，确保悬挂装置和混凝土浇筑过程安全和稳定。（3）混凝土的质量直接影响连续梁桥的承载能力和耐久性。在悬挂装置悬臂浇筑过程中，混凝土的质量控制措施包括对混凝土材料的配合比控制、搅拌均匀性、流动性等方面的监测。（4）挂篮悬臂浇筑过程存在一定的风险，因此安全监控和操作规范不可或缺。工程团队需要制定详细的安全计划和操作规范，施工人员应遵循正确的操作流程，佩戴适当的个人防护装备，遵循安全操作规定。（5）安全监控包括实施临时封闭区域、设置安全标志、定期进行安全检查等。在悬挂装置和混凝土浇筑过程中，安全人员应进行现场监控，确保施工人员行为和操作的安全性。5结语在实际工程实践中，通过科学合理地设计和实施悬臂浇筑技术，可以显著提高施工效率、降低工程风险，同时确保桥梁结构的稳定性和安全性。对预应力钢束的布设与张拉及混凝土的浇筑与振捣等工艺的控制，保证了连续梁桥在运用中能具备良好的结构性能和耐久性。本文通过对大跨度连续梁桥挂篮悬臂浇筑技术进行深入研究，为工程实践提供了有益的指导。6参考文献1 杨晓强.大跨度连续梁桥挂篮施工关键技术 J.石家庄铁路职业技术学院学报，2022，21（3）：6-9，17.2 黄俊.大跨度连续梁悬臂浇筑连体挂篮设计及应用 J.工程机械与维修，2021（5）：114-115.3 王二朋.铁路大跨度预应力混凝土连续梁桥悬臂浇筑施工技术 J.居舍，2021（14）：57-58.4 陈彦彬.大跨度连续梁桥支架现浇设计 J.四川建筑，2014，34（5）：165-167，170.5 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.企业科技与发展，2023年，第10期，总第504期65