悬浇箱梁三角形轻型挂篮的设计与施工_钟艳萍.pdf

运输经理世界隧道与桥梁工程0引言当桥梁采用悬臂法进行施工时，挂篮为重点施工设备。不同的桥梁其结构设计不尽相同，需要根据不同的工程需求进行桥梁跨度和宽度所需的挂篮结构设计，从而满足施工期受力与变形。挂篮在桥梁施工过程中，其设计常常是影响桥梁整体施工的一个重要因素。文章通过实际案例，全方位地解析了悬浇箱梁三角形轻型挂篮的设计与施工的流程，以期促进该项技术在未来的应用与进步。1工程概况该跨河桥梁主桥长 210.56m，主桥采用（60+90+60）m 三跨一联的变截面预应力连续箱梁结构设计。主桥上部构造为变截面预应力混凝土箱形梁，梁底 呈 二 次 抛 物 线，主 跨 支 点 90m 处 的 梁 高 控 制 在5.0m（为 跨 径 距 离 的 1/18），跨 中 梁 高 控 制 在 2.2m（为跨径距离的 1/40.9）；单箱，单室断面，直腹板的形式，箱 梁 横 断 面 的 箱 底 宽 度 为 8m，箱 顶 宽 度 为15.4m，箱 梁 挑 臂 长 度 为 3.7m、箱 梁 顶 板 厚 度 为0.3m。箱梁采用挂篮悬臂浇筑，其节段划分需要参考工程施工设备的作业条件，不同的负荷能力和挂篮安装长度存在差异，且为了保证模板能够尽可能的简洁和通用，箱梁设计主要以三角形轻型挂篮为此次工程的主要施工工艺。按 90m 长的 1/2 命名 0 号现浇块，10个挂篮悬浇节段，1 个合龙段；采用分片分块预制构件法拼装成预制箱型梁。其中，0 号块长 10m，14 号节 段 长 3.5m，58 号 节 段 长 4.0m，910 号 节 段 长4.5m，中孔合龙段长度为 2m。边孔布置为 14m 支架，通 过 现 浇 段 的 方 式 完 成，边 孔 合 龙 段 长 度 控 制 在2.0m。箱梁断面形式详见图 1。图 1 箱梁断面图（单位：cm）2悬浇箱梁三角形轻型挂篮的结构设计2.1 挂篮结构的选择所述挂篮包括承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走移动系统、模板系统构成，在桥梁施工中主要是以悬挂钢筋混凝土梁板或其他构件为目的的一种特殊的吊装设备，具有自重轻、操作方便、安全性能好、经济适用和便于维护保养等优点。根据不同的承重系统结构进行划分，包括无弦和无平衡重挂篮、弓弦式和斜拉式挂篮、三角形和菱形挂篮。针对该桥悬浇梁结构形式和特点，选择三角形挂篮。由于三角挂篮采用斜拉杆作为传力构件，受力明确合理，故在设计中对梁体进行强度校核计算后，即可确定是否需要增设辅助支撑装置。与其他结构设计相比，三角形挂篮优势明显：一是对比菱形挂篮，前横梁的高度有着明显的下降趋势，也就降低了挂篮的重心，为保持施工作业的稳定性提供重要保障。由于前轴杆可以自由伸缩，使挂梁段在悬臂施工阶段不需要进行调整便能满足桥梁线形要求，同时又保证了桥面板标高精度。二是结构简单、拆卸容易、重量轻。三是三角形挂篮具有良好的平衡能力，锚点设置在成形梁段的竖向预应力钢筋上，改变了平衡重产生的重压问题1。2.2 挂篮的结构设计方案由于悬浇箱梁采用单箱单室截面形式，三角形挂篮承重系统包括两片三角形桁架，各桁架间通过横向杆件相连。悬浇箱梁三角形轻型挂篮的设计与施工钟艳萍1、卿健2（1.桃江县公路建设养护中心，湖南 益阳 413400；2.益阳市赫山区公路建设养护中心，湖南 益阳 413000）摘 要：为了促进悬浇箱梁三角形轻型挂篮技术的应用与进步，着重对挂篮结构，包括承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走移动系统、模板系统进行研究，对结构的设计和结构受力验算，以及挂篮施工工艺等方面加以阐述，以供参考。关键词：三角形挂篮；结构设计；受力计算中图分类号：U445.466文献标识码：A99运输经理世界隧道与桥梁工程三角形挂篮分为行走系统、主桁骨架、前下横梁、后下横梁、后上横梁、后锚系统、三角架平联及底平台等 部 分，挂 篮 设 计 重 约 65t，适 用 梁 段 长 度 3.54.5m，适 应 最 大 底 板 宽 度 8m，适 应 最 大 顶 板 宽 度16m，适应最大节段重量 160t。走道梁用 2I40b 及加劲肋板焊接而成，肋板间距与竖向筋吻合，并设置顶座及前钢支点。三角架包含大梁、立柱及拉板，大梁主要采用 I40 焊接成三角骨架，立柱采用40b 与大梁固结在一起，拉板采用为 30mm 厚 16mMn 钢板。每个挂篮有 4 道走道梁，两个三角主桁架，三角架间用型钢拼装连接成整体，大梁后安装型钢组焊件作为后锚杆支点以使受力均匀，吊杆采用 JL32 精轧螺纹钢。后下横梁为 2I40b，作用为箱梁后支承。前上横梁为 2I45，作用为顶模及侧模前吊点，将前下横梁受力传至大梁；前下横梁为 2I40，主要作为底板支承；底平台用20将前下横梁及后下横梁连接成整体。其余还包括内顶托、外侧模滑梁、10t 葫芦、32t 机械千斤顶等2。3挂篮的结构计算在整个结构设计过程中，需要根据具体工程条件确定相应的结构数据，包括构件的强度、刚度和稳定性以及整体抗倾覆校核。在挂篮系统中，承重系统计算是重中之重。由于各种荷载工况不同，其受力状态也各不相同，所以对整个体系的力学特性必须做全面而详细的研究。挂篮结构的计算可使用整体模型，建立三维有限元模型，并对其进行分析。通过对各个子系统分别施加不同荷载工况下受力状态模拟，得到整个体系在任意位置时应力分布规律并与理论计算结果对比，验证其合理性。此法不需要对系统间内力传递关系进行分析，只需要计算结构空间效用，与实际工程建设需求相匹配。采 用 迈 达 斯 有 限 元 分 析 软 件 整 体 建 模 分 析，见图 2。图 2 建模荷载作用图根据软件分析，桁架最大应力为 75.1MPa，吊杆最大应力为 326.1MPa，均符合规范容许要求。最大变形位置在前下横梁上，最大变形为 19.8mm，满足规范要求。4悬浇箱梁三角形轻型挂篮的施工技术4.1 挂篮的安装于 0 号块完成施工后，张拉完成纵、横、竖向预应力索，压浆施工结束，进行挂篮拼装。挂篮单个块件如主桁架、前后横梁、底栏、侧模等在加工车间焊接拼装，然后运至 0 号梁段进行组拼焊接，在施工中需要保持耐心和细心，对焊接工作进行严格管理，挑选专业的焊工完成作业。挂篮安装具体施工如下：4.1.1此桥为直腹板箱梁，可直接利用竖向预应力钢筋作为后锚固点。4.1.2采用箱梁中心线作为主标杆，参照挂篮施工图，确定轨道位置，钢枕铺好后用高等级砂浆将钢枕的底面找平整，然后将轨道梁铺放在上面。4.1.3安装滑船及前支座，落于轨道梁上。安装前需要对前支点进行临时固定，防止出现滑动导致稳定性问题，避免埋下安全隐患。4.1.4主桁架承重系统的安装（包括主桁件、4个节点板和销轴、螺栓），将前上横梁吊装于桥下组装承重系统（千斤顶及吊杆）之后。4.1.5安装后反压扣装置，在初装位置垫型钢，与前支座同高，保持主桁架纵梁水平，再在主桁架纵梁后端上安装反压扣装置，在反压扣装置两端穿入锚杆，锚杆下端锚固在箱梁顶板混凝土下，反压扣在主桁架纵梁上反压受力。在反压扣装置安装完成后，挂篮可前移就位。4.1.6设置后锚系统和联系桁架，当挂篮向前移动到使用位置时，后锚系统马上安装，固定主桁架的纵梁，通过千斤顶来完成高度的调整。后锚装设完成时，联系桁架与主桁架的竖向受力杆装设到位。4.1.7装设外模及外滑梁、外导梁，首先把外导梁和外滑梁进行精确定位，确保外导梁、外滑梁的前端在外模端面之外，固定导梁、滑梁，悬吊轮及悬吊架需要在翼板的预留孔中进行安装，前端下去吊杆悬吊的方式进行安装，在前上横梁上进行固定，后端需要利用悬吊架与箱梁翼板相连。4.1.8置底模系统和前后下横梁，组装拼接底模、底模纵梁、前后下横梁，通过悬吊的方式，将前下横梁与前上横梁上下保持在一条直线上，将吊杆在穿过前上横梁后，再穿过前下横梁，二者连接后，后下横梁采取同样的方式进行悬吊操作，再将二者固定在箱梁底板及联系桁架之上。4.1.9内模系统的安装，一是进行内滑梁安装，安装方式与外模滑梁方法相同；二是内模和骨架的安装；三是装上内模侧板。4.2 挂篮预压4.2.1挂篮预压的主要作用是：确保挂篮结构可靠，处理非弹性变形，测量弹性变形量，保证箱梁的施100运输经理世界隧道与桥梁工程工安全与质量，为悬浇箱梁底模预抬值的设定奠定了基础。图 3 挂篮预压图4.2.2挂篮预压前需要对观测位置进行确认，保证施工期间的沉降数据有专人记录。挂篮前上横梁上共设 5 个观测点，其中跨中设一个，在前上横梁的两个支点分别设一个，在两个悬臂端分别设一个，观测点应对称布置。4.2.3预压面积 28m2，压重荷载总重为设计荷载的 120%，共 186t。试压时，采用人工放混凝土预制块堆 载 法，采 用 分 级 加 载 法，按 荷 载 总 重 的 060%80%100%120%。预压卸载可一次性进行卸载，但应对称、均衡、同步卸载。4.2.4每级装载完毕，对每根杆件是否连接，是否正常工作，一定要及时进行检验，在适当时候作出继续装载与否的决定，直至完全消除非弹性变形。预压监测要推算沉降量、弹性、非弹性变形量，整理报告，利用实测结果进行施工指导。4.3 挂篮移机施工技术挂篮每做完一个标准节段，必须对称移机并在移机过程中保持对称和平衡施工，其基本程序如下：4.3.1移机前的准备工作（1）对纵向预应力钢绞线施工环节进行检查，确保无误后，进行移篮施工；（2）张拉完成纵向预应力钢绞线移篮操作；事先挂底篮前后的保险手拉葫芦；（3）松 开 前 横 梁 吊 杆 2cm 左 右，同 时 拉 紧 保 险葫芦；（4）松开使下横梁箱梁吊杆向下滑动 5cm，收紧保险，对箱梁和轨道的中线进行测量，在梁顶位置进行找平梁和垫梁的铺设；（5）先放开外侧模，松动锚固点，确保底篮后横梁与箱梁底板有 20cm 松动空间；通过两根32 精轧螺纹钢筋和 20t 的手拉葫芦，把后下横梁悬挂于翅膀梁之上，将底篮后面的锚吊杆拆下，以备移篮之用。4.3.2轨道前移把轮换备用轨道梁与现有轨道梁连接安装到垫梁上，并对滑行处涂抹黄油。4.3.3挂篮前移（1）固定挂篮向前移动采用压主桁架纵梁后锚装置；将两个 26t 千斤顶吊起，并检查后下梁吊点在翅膀梁处吊起是否全部到位；（2）施工人员对各个部位进行检查，剔除妨碍挂篮向前移动的物品，尤其是模板与拉杆的对应关系，并在拆卸后横梁吊杆时进行检查；（3）检查反压扣是否与之相连，松开后锚系统，移除所述后锚体系中的锚杆，这时挂篮向前倾，直到使反压扣贴在主纵梁的顶端，形成反压作用；（4）利用两个 26t 千斤顶牵引前支座，以此达到挂篮、底模架、侧模一起向前运动，在进行外导梁滑行期间，需要安排专人监测底篮后锚吊带孔和预留孔；（5）挂篮完成前移后，进行锚定，保证底篮的后部下横梁采用竖直吊杆进行稳固，挂篮进行后锚固定，底篮和后下横梁需要保持 2cm 距离到底部标高；（6）每一阶段完成挂篮前移安装后，应对挂篮进行一次全面检查，绘制相应的表格，明确责任人。检查全部合格后，方可进行下道工序的生产。4.3.4施工注意事项（1）空载移篮过程中，应仔细检查反压扣组件的变形及两侧反压装置的外张情况，当出现异常时，及时予以加强，以避免发生挂篮倾覆事故。（2）移篮到位后，解除外导梁吊框时，不得一次同时解除单侧两条外滑梁上的两个吊框前移，要求只能一个导梁吊框到位顶升后，才能解除前移另一个吊框，要以另一条导梁互为保险。（3）所有吊带及吊杆的调节采用千斤顶预先在梁上配合扁担梁托住，千斤顶及扁担须梁先行安装。5结语在悬浇箱梁施工中，挂篮的设计是关键工作，此桥挂篮采用的是轻型的三角形挂篮，通过实践表明，该挂篮在施工中得到了很好的应用，既经济又方便施工，其计算挠度与实际挠度也基本吻合，保证了结构标高的准确性。因此，在悬浇箱梁施工中，采用三角形挂篮具有一定的优势。参考文献：1中华人民共和国交通运输部.公路桥涵施工技术规范：JTG/T 36502020S.北京：人民交通出版社，2020.2何沁，黎训国.大跨度连续刚构轻型三角形挂篮的设计J.华中科技大学学报，2004（4）：61-64.作者简介：钟艳萍（1978-），女，汉族，湖南益阳人，本科，工程师，研究方向：路桥工程卿健（1974-），男，汉族，湖南益阳人，本科，工程师，研究方向：路桥工程101