獨塔斜拉橋復(fù)合式牽索掛籃的設(shè)計與應(yīng)用

楚發(fā)強(qiáng)

（河南中原高速公路股份有限公司，河南鄭州 450016）

獨塔斜拉橋復(fù)合式牽索掛籃的設(shè)計與應(yīng)用

楚發(fā)強(qiáng)

（河南中原高速公路股份有限公司，河南鄭州 450016）

本文分析普通菱形掛籃、后支點掛籃、前支點掛籃等特點，更進(jìn)一步闡明復(fù)合式牽索掛籃的優(yōu)點。同時，介紹復(fù)合式牽索掛籃設(shè)計構(gòu)思并進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算，闡述復(fù)合型前支點掛籃在獨塔單索面拉橋施工中的應(yīng)用。

獨塔；單索面；復(fù)合型掛籃；掛籃施工

1 工程概況

獨塔斜拉橋的主橋長317m，邊跨設(shè)置輔助墩，跨徑布置為175m（主跨）+93m（邊跨）+49m（邊跨），橋面寬27m，單箱三室結(jié)構(gòu)，一聯(lián)三跨獨塔單索面不對稱預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋型布置圖及斷面圖如圖1、2所示。

按照設(shè)計圖紙施工節(jié)段劃分為（7m+2m+7m×22+ 12m+93m+49m）。其中，邊跨（93m+49m）及主跨0#塊（12m）采用滿堂支架法施工，主跨1#～22#段為標(biāo)準(zhǔn)段（7m×22），23#段為合攏段（2m），24#段為支架現(xiàn)澆段（7m）。其中標(biāo)準(zhǔn)段長度為7m（一個索距長度），設(shè)計要求采用前支點復(fù)合式牽索掛籃施工。

2 掛籃設(shè)計思路

2.1 普通菱形掛籃特點

普通菱形掛籃在懸澆施工中應(yīng)用較為普遍，具有承載能力好、剛度大，施工操作空間大，行走方便快捷以及安全可靠等顯著特點。同時，菱形掛籃模板能與上一階段已澆混凝土銜接密切，無明顯的錯臺接縫。其缺點是對已澆梁段影響較大，特別是待澆節(jié)段過重時，后錨點頂板處宜出現(xiàn)拉應(yīng)力，甚至出現(xiàn)裂縫等影響結(jié)構(gòu)安全的危害。

圖1 橋型布置圖

圖2 箱梁橫斷面圖

2.2 后支點掛籃特點

后支點掛籃施工工藝較為成熟，梁體澆筑過程中不需調(diào)整索力，橫向穩(wěn)定。其缺點是節(jié)段較長，節(jié)段質(zhì)量大，掛籃質(zhì)量較大，錨固點受力大且集中，斜拉橋頂板較薄時需采取分散應(yīng)力措施。

2.3 前支點掛籃特點

前支點掛籃在雙索面邊主梁型式的斜拉橋中應(yīng)用較多，技術(shù)較為成熟。本橋為獨塔單索面斜拉橋，采用前支點掛籃時前端橫向穩(wěn)定性差，兩根索橫向中心間距僅1m，受力點非常集中。主梁截面較寬，加載不對稱會造成掛籃橫向失穩(wěn)，同時高空河面上風(fēng)力較大，單斜拉索受意外風(fēng)力后橫向穩(wěn)定不易控制。底籃前端橫向懸臂大，C形梁沒有合適的支撐點，若設(shè)在頂板與斜腹板的交匯處，C形梁設(shè)計制作難度大，且非常笨重，不便于施工。

2.4 復(fù)合型牽索掛籃的構(gòu)思

本橋作為控制性工程，工期緊任務(wù)重，采取增加臨時預(yù)應(yīng)力等措施，在不掛索的狀況下懸澆主跨1#段和2#段，在主跨3#～22#采用前支點掛籃施工，節(jié)約工期約40d。

結(jié)合本橋的結(jié)構(gòu)特點和施工特點，決定采用短平臺復(fù)合型前支點牽索掛籃，既可以利用普通菱形掛籃的橫向穩(wěn)定性以及模板與已澆梁段密切貼合性，又可以利用前支點掛籃的輕盈性和方便快捷性［1］。

3 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體構(gòu)造

考慮到結(jié)構(gòu)的特殊性及施工的特別要求，在掛籃設(shè)計初期就把滿足結(jié)構(gòu)快速施工作為首要目標(biāo)。沒有選擇少吊點的三角掛籃，而采用吊點菱形掛籃作為上部支撐結(jié)構(gòu)，下部結(jié)構(gòu)采取加大中間兩根主縱梁的截面尺寸，適當(dāng)減弱邊部主縱梁剛度［2］。前端橫梁采用上下兩片橫梁包裹縱梁的結(jié)構(gòu)形式，形成桁架形式來增大抗彎剛度，后面4道橫梁逐漸減弱剛度，以達(dá)到減少掛籃總質(zhì)量的目的?？傮w來說，復(fù)合型牽索掛籃體系由菱形桁片、拉索縱梁、下橫梁、行走梁和止推機(jī)構(gòu)5個主要部分組成，掛籃總體構(gòu)造如圖3所示。

圖3 掛籃總體構(gòu)造圖

3.2 掛籃結(jié)構(gòu)計算

計算采用大型通用軟件，掛籃吊掛系統(tǒng)和斜拉索采用link8單元，吊掛分配梁及張拉分配梁、橫梁、桁架結(jié)構(gòu)采用beam188單元，主縱梁及外滑梁結(jié)構(gòu)均采用shell63單元。

計算主要工況如下，主跨側(cè)3#段～S22#段采用2次調(diào)整中間索力，其工況劃分為：工況一，空載，掛籃安裝完畢，掛籃平臺通過前吊桿與菱形掛籃相連，行走梁末端與已澆箱梁連接，掛籃平臺處于簡支狀態(tài)；工況二，第1次斜拉索張拉，掛籃平臺前端由拉索及前吊桿共同提供豎向支撐力；工況三，澆筑50%混凝土，隨著混凝土澆筑量增加，吊桿及拉索內(nèi)力增大；工況四，第2次斜拉索張拉，本工況與工況二基本一致；工況五，澆筑100%混凝土，本工況與工況三基本一致；工況六，走行，掛籃平臺下放，平臺質(zhì)量由滑量及吊桿承擔(dān)。

第一次張拉和第二次張拉斜拉索過程中，由于橫向剛度不夠強(qiáng)大，中間吊桿力減少量遠(yuǎn)大于兩端的2個吊桿。計算結(jié)果表明，掛籃各構(gòu)件內(nèi)力滿足規(guī)范要求。

4 掛籃在施工中的應(yīng)用

4.1 掛籃的拼裝

菱形桁架作為掛籃上部結(jié)構(gòu)主要受力構(gòu)件，首先進(jìn)行拼裝，在拼裝菱形架時應(yīng)精確定位預(yù)埋孔與預(yù)埋件，行走軌道應(yīng)平順。下部主要安裝主縱梁、橫梁桁架、后端止推鍵。在主要構(gòu)件精確定位后，通過精軋螺紋鋼及焊接的方式將拉索縱梁與前后點下橫梁聯(lián)結(jié)固定，形成主承重結(jié)構(gòu)。拼裝完畢后，主要檢查各構(gòu)件連接可靠性，重點檢查止推鍵的牢靠性。

4.2 掛籃壓重試驗

系統(tǒng)主構(gòu)件拼裝就位后，同步提升前后吊桿，并將后部止推機(jī)構(gòu)螺帽擰緊限制于后掛塊件，斜拉索臨時錨固于拉索縱梁前端弧型墊板，施加部分索力后開始預(yù)壓試驗。

預(yù)壓試驗按照節(jié)段荷載120%的施加，順序為0、50%、100%、120%。壓值施加過程中分別觀測掛籃前點受載沉降值及下橫梁兩側(cè)撓度值，作為正常節(jié)段施工過程中模板標(biāo)高控制和索力調(diào)整的依據(jù)。

4.3 施工工藝流程

一個標(biāo)準(zhǔn)梁段掛籃施工工藝流程為掛籃前移→掛籃平面定位、系統(tǒng)檢查→掛籃立模標(biāo)高調(diào)節(jié)→定位索道管及拉索前支點位置→斜拉索與拉桿連接→第一次斜拉索張拉→鋼筋、預(yù)應(yīng)力、預(yù)埋件安裝→澆筑50%混凝土→第一次斜拉索張拉→澆筑100%混凝土→養(yǎng)生、張拉預(yù)應(yīng)力→體系轉(zhuǎn)換、第三次張拉斜拉索→拆模、降掛籃。

5 結(jié)語

獨塔單索面斜拉橋作為控制性工程，工期要求緊。通過調(diào)整優(yōu)化前支點掛籃的形式，設(shè)計綜合普通菱形掛籃和前支點掛籃的短平臺復(fù)合式前支點牽索掛籃，解決了普通掛籃不能適應(yīng)大節(jié)段懸澆施工的結(jié)構(gòu)性難題，又避免了C型掛籃不適宜單索面結(jié)構(gòu)斷面的弊端，新型掛籃很好地適應(yīng)了該截面形式，為橋梁順利通車提供了保障。

［1］陸華良，張永峰.復(fù)合型前支點掛籃在獨塔單索面斜拉橋施工中的應(yīng)用［J］.公路交通技術(shù)，2009（S1）：86-89.

［2］傅彬，唐小兵，張門哲，等.斜拉橋前支點掛籃施工預(yù)壓方法探討［J］.交通科技，2008（3）：29-31.

The Design and Application of Composite Guy Hanging Basket for the Single Tower Cable-stayed Bridge

Chu Faqiang

（Henan Zhongyuan Expressway Company Limited，Zhengzhou Henan 450016）

In this paper,the characteristics of the ordinary rhombic hanging basket,the rear pivot hanging basket and the front fulcrum hanging basket were analyzed,the advantages of the composite guy hanging basket were expounded. At the same time,this paper introduced the design idea of the composite guy hanging basket and carried on the struc?ture checking,expounded the application of the composite guy hanging basket in the construction of single tower ca?ble-stayed bridge.

single tower；single cable plane；composite hanging basket；hanging basket construction

U445

A

1003-5168（2017）02-0106-02

2017-01-07

楚發(fā)強(qiáng)（1970-），男，本科，高級工程師，研究方向：橋梁工程。