預(yù)應(yīng)力混凝土槽型連續(xù)梁掛籃設(shè)計與施工

徐士鋒

摘要：隨著我國交通事業(yè)的建設(shè)、交通技術(shù)的發(fā)展，具有較好隔噪效果、建筑高度低的槽型連續(xù)梁引起了工程人員們的關(guān)注。在本文中，將以我國某城市線槽型連續(xù)梁施工實例，對預(yù)應(yīng)力混凝土槽型連續(xù)梁掛籃設(shè)計與施工進(jìn)行一定的研究與分析。

Abstract： With the transportation construction and the development of transportation technology in China， the trough type continuous beam aroused the concern of the engineering researchers because of the good noise insulation effect， low building height of it. This paper takes the construction of trough type continuous beam in a city as the example to research and analyze the hanging basket design and construction of the prestressed concrete trough type continuous beam.

關(guān)鍵詞：預(yù)應(yīng)力混凝土；槽型連續(xù)梁；掛籃設(shè)計；施工

Key words： prestressed concrete；trough type continuous beam；hanging basket design；construction

中圖分類號：U445.466 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0135-03

0 引言

三角掛籃、平行桁架式掛籃、弓弦式掛籃、槽型連續(xù)梁掛籃是目前橋梁工程中普遍應(yīng)用的掛籃系統(tǒng)。我國南部某城市橋梁主梁主梁靠近箱梁頂面，掛籃橫梁位置較低，因而要求作業(yè)面要寬。而三角掛籃、平行桁架式掛籃、弓弦式掛籃自重較重，施工時會對作業(yè)面產(chǎn)生影響。槽型連續(xù)梁掛籃自重較輕，不會過多干擾作業(yè)面的施工活動，而且工期較短，故本工程采用槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)開展橋梁施工，本文就結(jié)合工程實例對這種掛籃結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、施工流程以及需要注意的問題進(jìn)行具體探析。

1 工程概況

我國南部某城市，其橋梁主梁為（50+105+50）m預(yù)應(yīng)力變截面槽型連續(xù)梁，其主梁截面為槽型，由底箱以及兩個邊箱組成。其中為單箱單室，支點位置量高度為8.2m，跨中梁位置為2.9m。底箱方面，其為單箱三室，整個梁分為49個梁段，0號段為2m。根據(jù)工程需求以及橋梁實際，確定以支架現(xiàn)澆的方式對0號段進(jìn)行施工，1號以連體掛籃懸臂方式進(jìn)行施工，其余段以菱形掛籃懸臂方式進(jìn)行施工。

2 槽型連續(xù)梁掛籃總體結(jié)構(gòu)

在掛籃系統(tǒng)中，其由底模平臺、懸吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、菱形主桁架以及錨固系統(tǒng)等部分組成。

2.1 菱型主桁架

在掛籃系統(tǒng)中，主桁架是非常重要的受力結(jié)構(gòu)，其由橫向水平銜接以及兩榀菱型主桁架組成。在該結(jié)構(gòu)中，兩榀菱型主桁架高4.5m，間距為8.3m，每榀桁架水平節(jié)點間的距離為6m，長度為12.8m。主桿件方面，其使用格構(gòu)式，在節(jié)點方面，則通過高強、承壓型螺栓進(jìn)行聯(lián)接。在兩榀主桁架上，對橫向聯(lián)接進(jìn)行了固定，對于該結(jié)構(gòu)的設(shè)置，不僅能夠使主桁架具有較好的穩(wěn)定性，且能夠?qū)砷庑椭麒旒艿耐叫凶哌M(jìn)行實現(xiàn)。

2.2 底模平臺

對于該結(jié)構(gòu)來說，其在應(yīng)用中將直接對來自梁段的混凝土重量進(jìn)行承受，且能夠?qū)︿摻畎逶⒒炷翝仓约傲⒛５裙ぷ鞯拈_展提供操作空間，由縱梁、前后橫梁以及底模板等組成。在本工程中，平臺底模板由4塊2*7m的模板進(jìn)行組拼形成，而縱梁方面，則是以組焊的方式形成。在橫梁同縱梁間，使用了螺栓進(jìn)行聯(lián)接，且前后衡量中心間距為5.2m。

2.3 模板系統(tǒng)

在模板系統(tǒng)方面，該橋梁外側(cè)模使用了大體積模板，而底箱以及腹箱則使用了抽屜式作為內(nèi)模。

2.4 懸吊系統(tǒng)

懸吊系統(tǒng)主要在底模平臺上進(jìn)行應(yīng)用，其能夠?qū)?nèi)外模的自重、底模平臺以及其他類型的荷載傳遞到已經(jīng)施工完成的梁段以及主構(gòu)架位置。在該系統(tǒng)中，其主要包括有中橫梁、扁擔(dān)梁、上橫梁、螺旋千斤頂以及平臺前后吊桿等。在橫梁位置，在底模前后各對6個吊點進(jìn)行設(shè)置，其中，中橫梁腹板位置處的吊點以及上橫梁的邊側(cè)吊點使用的是吊帶，并以鋼板對其進(jìn)行制作。而對于其余吊點，則使用了精軋螺紋鋼筋進(jìn)行施工。同時，在掛籃前橫梁位置，對底模平臺進(jìn)行了懸吊，而在前上橫梁位置，則對由扁擔(dān)梁、螺旋千斤頂以及墊量組成的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行了設(shè)置，能夠根據(jù)施工需求對底模標(biāo)高進(jìn)行隨意的調(diào)整。而在實際操作過程中，平臺后端則會在已經(jīng)施工完畢梁段的頂板以及腹板位置進(jìn)行懸吊，并在中橫梁位置對走行底模平臺進(jìn)行懸吊，以此使掛籃能夠更為便利的實現(xiàn)移動。

2.5 錨固系統(tǒng)

對于該系統(tǒng)而言，其在兩榀主桁架后節(jié)點位置進(jìn)行設(shè)置，一共具有兩組，在每組系統(tǒng)中，共具有后錨桿6根，扁擔(dān)梁3根，通過對上述設(shè)施的設(shè)置，能夠保證在開展混凝土澆筑工作時，能夠?qū)Ξa(chǎn)生的傾覆力矩進(jìn)行平衡，在保證施工穩(wěn)定性的同時使掛籃施工具有著更為安全的特征。在該系統(tǒng)，其傳力途徑從后節(jié)點開始，在經(jīng)由扁擔(dān)梁以及后錨桿后最終傳遞到前端混凝土位置。

2.6 走行系統(tǒng)

在該系統(tǒng)中，其主要包括有軌道、反扣輪、牽引設(shè)備以及墊枕等。在實際掛籃進(jìn)行走行時，其會在前支座的頂面位置滑行，在同構(gòu)架后節(jié)點實現(xiàn)聯(lián)接的基礎(chǔ)上順著軌道下緣進(jìn)行行走。按照圖1所示的走行流程進(jìn)行走行操作時，其需要對2臺千斤頂設(shè)備進(jìn)行設(shè)置，通過其力的施加對主桁架在牽引的基礎(chǔ)上帶動整個平臺一起向前移動、最終來到預(yù)定位置。同時，梁體、千斤頂以及油泵在豎向預(yù)應(yīng)力方面具有著通用的特征，在走行過程中，傾覆力途徑則為后節(jié)點-后支座-軌道-墊枕，最終傳遞到預(yù)應(yīng)力鋼筋位置。

3 槽型掛籃設(shè)計方案

3.1 設(shè)計荷載

在設(shè)計荷載方面，主要包括有以下方面的內(nèi)容：第一，混凝土重度，該工程取值為25.4kN/m3；第二，混凝土超載系數(shù)，該工程取值為1.05；第三，施工機(jī)具、人員以及施工材料的荷載，該工程取值為1kN/m2，具體大小聯(lián)系頂段的整體面積進(jìn)行計算；第四，鋼材的重度，該工程取值為77.4kN/m3；第五，風(fēng)荷載，該工程取值為0.35kN/m2；第六，掛籃走行動力，該工程取值為1.1；第七，混凝土材料灌注系數(shù)，該工程取值為1。

3.2 設(shè)計工況

在該環(huán)節(jié)中，通過對本工程實際情況的聯(lián)系，并根據(jù)梁段的重量、高度以及長度的參數(shù)，對以下掛籃工況設(shè)計：

3.2.1 工況一，在1號梁段，按照連體掛籃懸臂灌注方式進(jìn)行施工。在該施工段，其所具有的混凝土具有較大的重量，整體長度較小，兩個掛籃處于聯(lián)體狀態(tài)，并做好主構(gòu)架桿件剛度以及強度的控制：第一，對強度荷載組合進(jìn)行計算，其具體方式為動力系數(shù)同該梁段混凝土重量以及超載系數(shù)的乘積，加上動力系數(shù)同聯(lián)體掛籃重量間的乘積，并加上風(fēng)、人員、施工材料以及施工設(shè)備的荷載；第二，對剛度荷載組合進(jìn)行計算，即對掛籃重量、施工材料、施工人員、混凝土重量以及施工機(jī)具荷載的求和。

3.2.2 工況二，在2號梁段，以混凝土材料對其進(jìn)行灌注施工。在該梁段，其混凝土材料所具有的重量最大、其梁段整體長度也最長，需要在對掛籃不同桿件剛度以及強度進(jìn)行控制的基礎(chǔ)上對掛籃的穩(wěn)定性進(jìn)行驗算：第一，對強度荷載組合進(jìn)行計算，其具體方式為動力系數(shù)同該梁段混凝土重量以及超載系數(shù)的乘積，加上動力系數(shù)同聯(lián)體掛籃重量間的乘積，并加上風(fēng)、人員、施工材料以及施工設(shè)備的荷載；第二，對剛度荷載組合進(jìn)行計算，即對掛籃重量、施工材料、施工人員、混凝土重量以及施工機(jī)具荷載的求和。

3.2.3 工況三，在2號梁段施工完成之后，掛籃從2號逐漸向著三號梁段進(jìn)行行走。對于該工況而言，其具有著較長的走行距離，需要做好掛籃走行狀態(tài)的控制，保證其在整個過程中具有穩(wěn)定、抗傾覆的特點。其荷載組合計算方式為掛籃自重同動力系數(shù)的乘積，并加上風(fēng)荷載。

3.3 結(jié)構(gòu)計算

在該環(huán)節(jié)中，在對大型結(jié)構(gòu)計算軟件進(jìn)行應(yīng)用的基礎(chǔ)上按照容許應(yīng)力方式對空間的內(nèi)力情況進(jìn)行分析，并以梁單元作為計算模型。在主構(gòu)架方面，按照剛接以及鉸接這兩種方式進(jìn)行計算，并在實施鉸接時對梁端的轉(zhuǎn)角約束進(jìn)行釋放。在主構(gòu)架的壓桿方面，則需要以剛接方式對內(nèi)力進(jìn)行計算，在對桿端次彎矩進(jìn)行充分考慮的基礎(chǔ)上，利用Madis計算軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，計算參數(shù)如下：

鋼材彈性模量：E=2.06e5MPa；密度：γ=7850kg/m3；

泊松比：μ=0.3；線膨脹系數(shù)：α=0.000012；

鋼材按容許應(yīng)力取值，臨時結(jié)構(gòu)提高30%；

懸臂澆注箱梁梁段最大重量：98t（1#節(jié)段）；

懸臂澆注箱梁梁段最大分段長度：4.0m；

懸臂澆注梁段高度：5.346m。

掛籃計算取箱梁不同節(jié)段長最重塊段驗算，分別?。?#、6#、8#塊段進(jìn)行驗算）：

梁段混凝土重量：2.65t/m3；人群及機(jī)具荷載取2.5kPa；

超載系數(shù)取1.05；新澆砼動力系數(shù)取1.2；

掛籃行走時的沖擊系數(shù)取1.3；抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)2.0。

荷載組合：①砼重+掛籃自重+施工、人群機(jī)具+動力附加系數(shù)（強度計算）；②砼重+掛籃自重（剛度計算）；③掛籃自重+沖擊附加系數(shù)（行走穩(wěn)定性）。

主構(gòu)架節(jié)點方面，其按照剛接方式對內(nèi)力進(jìn)行計算以及設(shè)計。同時，由于前上腹桿衡量位置所具有的剛度同弦桿位置的剛度相比較小，對此，則需要腹桿能夠?qū)U端彎矩進(jìn)行釋放。為了能夠使模型計算具有更好簡潔性、更有利于對于計算結(jié)果的分析，對于箱梁翼緣板、外側(cè)模自重以及其上方的施工材料、施工機(jī)具以及施工人員則需要在轉(zhuǎn)換成集中荷載之后將其施加在主構(gòu)架位置上，并將箱梁頂板位置的混凝土重量、內(nèi)模自重以及其上方的材料、機(jī)械設(shè)備以及施工人員等在轉(zhuǎn)換為均勻荷載之后施加在底模板之上。

3.4 計算結(jié)果

經(jīng)過對上述計算方式的應(yīng)用，得到圖1～圖2所示的結(jié)構(gòu)參數(shù)計算結(jié)果。除了聯(lián)體掛籃專用桿件的剛度以及強度由工況一實施控制之外，由工況二對掛籃其他位置構(gòu)件所具有的剛度以及強度進(jìn)行控制。在此基礎(chǔ)上，經(jīng)過對相關(guān)參數(shù)的細(xì)致計算，發(fā)現(xiàn)本工程掛籃結(jié)構(gòu)所具有的剛度、強度、抗傾覆系數(shù)以及穩(wěn)定性都能夠?qū)σ?guī)范要求進(jìn)行滿足。

3.5 加載試驗

在對掛籃實際進(jìn)行拼裝之前，需要先對主構(gòu)架開展加載試驗，以此對整個結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性以及可靠性進(jìn)行驗證，在此基礎(chǔ)上為線性控制對非彈性以及彈性變形值進(jìn)行提供。在具體試驗中，需要對兩榀主構(gòu)架對拉的加載方式進(jìn)行應(yīng)用。在荷載方面，則需要按照5個級別進(jìn)行分別施加，其數(shù)值分別為設(shè)計最大荷載值的120%、100%、80%、60%以及20%。經(jīng)過相關(guān)試驗，可以了解到，在我們對100%荷載進(jìn)行施加時，結(jié)構(gòu)構(gòu)架前節(jié)點所具有的彈性變形情況為21mm，同我們之前計算的理論值相比具有著較好的吻合特征。而在主構(gòu)架非彈性變形方面，其變形情況為1.4mm，由于該結(jié)構(gòu)使用的主構(gòu)架以具有高強度的螺栓實施連接，對于這部分較小的變形情況則可以忽略不計。

4 施工流程

槽型連續(xù)梁掛籃施工與其它掛籃結(jié)構(gòu)的施工流程基本類似，即“掛籃拼裝→掛籃前移→掛籃走行→掛籃拆除”。

4.1 掛籃安裝

在0號梁段施工完成后，即可按照下面的流程，從梁段中心向兩側(cè)對稱安裝兩套施工掛籃，掛籃安裝按設(shè)計圖進(jìn)行。

測量定位→安裝滑道→吊裝型鋼立柱、后錨梁、中橫梁→安裝后吊桿、前吊桿→整體吊裝底模系統(tǒng)→安裝內(nèi)、外模及模板支架→吊裝張拉平臺→用經(jīng)緯儀調(diào)校掛籃位置由于0號段長度較短，不能夠?qū)蓚€掛籃起步需求進(jìn)行滿足，且該橋段同已經(jīng)存在的鐵路線間具有著跨越情況，則不能夠以支架現(xiàn)澆方式進(jìn)行施工。對此，在對該梁段進(jìn)行施工時，則僅能夠?qū)旎@的主構(gòu)架進(jìn)行拼裝，以連體懸臂灌注的方式對該梁段進(jìn)行灌注。即在將兩個掛籃結(jié)構(gòu)以重疊、交叉方式進(jìn)行拼裝之后，通過上下聯(lián)體水平桿的應(yīng)用對連體主構(gòu)架進(jìn)行連接。同時，這兩個主構(gòu)架在獨立掛籃以及后錨方面具有著相同的特征，而為了避免混凝土材料在灌注的過程中由于荷載不平均出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，則可以在不同掛籃的前節(jié)點位置對前錨桿進(jìn)行設(shè)置，以此使其具有更好的穩(wěn)定性。

4.2 掛籃前移

①連續(xù)梁節(jié)段預(yù)應(yīng)力束張拉完成后，先放松前、后長吊桿，再稍將中間的兩根后短吊桿放松（不要密貼），拆除其余短吊桿；同時在已澆箱梁頂?shù)墓潭ㄖc位置，起頂前端桁梁，安裝下一節(jié)段施工前支點，在清除支點表面雜物后，涂抹黃油，以減小掛籃前移時的阻力。②拆除掛籃后錨吊桿系統(tǒng)，通過2臺YC75-100張拉長行程千斤頂頂進(jìn)前支點使掛籃在滑道上滑行，后支點用鋼筋與前支點連接。為保證掛籃縱橫向位置，滑道位置應(yīng)測量準(zhǔn)確放線，掛籃走行前，滑道應(yīng)與豎向32鋼筋錨固，以抵抗后支點上拔力。③掛籃前移速度不宜過快，兩邊前移應(yīng)同步，防止支點與滑道卡住導(dǎo)致走行困難，影響結(jié)構(gòu)安全。可用油漆標(biāo)出刻度線，前移時設(shè)專人觀察，發(fā)現(xiàn)不一致時及時調(diào)整。④掛籃走行到位后，安裝底模平臺后短吊桿，收緊前吊桿及后短吊桿，調(diào)整后錨吊桿系統(tǒng)，使前吊桿、后吊桿及后錨吊桿均處于施工前受力狀態(tài)。⑤掛籃在前移和澆筑混凝土?xí)r，若遇6級以上大風(fēng)，應(yīng)停止施工，掛籃在停止施工時后錨吊桿應(yīng)處于工作狀態(tài)。⑥掛籃施工屬高空作業(yè)，現(xiàn)場應(yīng)做好欄桿、扶梯、并懸掛安全網(wǎng)，施工人員要按技術(shù)要求和安全操作規(guī)程作業(yè)，以確保施工質(zhì)量和施工安全。

4.3 掛籃走行

按照上述工況和結(jié)構(gòu)參數(shù)拼好掛籃結(jié)構(gòu)后，再按照走行流程逐步開展掛籃系統(tǒng)的施工作業(yè)。

4.4 掛籃拆除

最后一節(jié)懸臂梁段完成張拉工序后，便可拆卸掛籃，拆卸時，先將工作平臺拆除，然后按以下順序拆卸：底?！饽＜爸Ъ堋鯒U→連接系→立柱→滑道。

5 槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)與普通掛籃結(jié)構(gòu)施工效果對比

本文之所以采用槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)開展施工作業(yè)，是因為工前已對目前廣泛采用的幾種掛籃結(jié)構(gòu)都進(jìn)行了工況分析，發(fā)現(xiàn)槽型掛籃在本工程中更有應(yīng)用優(yōu)勢（分析結(jié)果見表1）。本工程主梁靠近箱梁頂面，掛籃橫梁位置較低，因而要求作業(yè)面要寬，槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)都充分滿足了本工程的施工要求。而且通過實踐驗證，槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)從拼裝到灌注結(jié)束工期僅為5天，其它幾種掛籃結(jié)構(gòu)至少要7天，這是槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)最明顯的一個優(yōu)勢。

6 結(jié)論

槽型連續(xù)梁掛籃結(jié)構(gòu)自重輕，施工時不會過多干擾作業(yè)面，因此采用該結(jié)構(gòu)施作橋梁結(jié)構(gòu)，解決了其他掛籃結(jié)構(gòu)自重大、占用作業(yè)面的問題，同時也大大縮短了施工周期，加快了工件成型進(jìn)度，獲得了良好的施工效果。

隨著我國交通事業(yè)的發(fā)展，槽型連續(xù)梁還會應(yīng)用到更多工程領(lǐng)域，它的功能也將進(jìn)一步拓展，但是這都有賴于掛籃設(shè)計的不斷改進(jìn)。應(yīng)該在掛籃設(shè)計與應(yīng)用方面多家研究，堅持調(diào)整和改進(jìn)掛籃設(shè)計，以期不斷提高其應(yīng)用效果。

在上文中，我們以實例的方式對預(yù)應(yīng)力混凝土槽型連續(xù)梁掛籃設(shè)計與施工進(jìn)行了一定的研究，施工完成后，獲得了較好的施工效果，為后續(xù)類似工程的施工提供了指導(dǎo)。

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