100m連續(xù)梁懸澆施工掛籃設(shè)計(jì)與計(jì)算

李歡慶 / 中鐵十四局集團(tuán)有限公司青連鐵路項(xiàng)目部

100m連續(xù)梁懸澆施工掛籃設(shè)計(jì)與計(jì)算

李歡慶 / 中鐵十四局集團(tuán)有限公司青連鐵路項(xiàng)目部

本文主要以青連鐵路跨膠州灣特大橋第61~63孔懸澆箱梁為實(shí)例，對(duì)100m連續(xù)梁懸澆施工掛籃設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行了詳細(xì)分析?！娟P(guān)鍵詞】100m連續(xù)梁；懸澆施工；掛籃設(shè)計(jì)；計(jì)算

一、工程概況

青連鐵路跨膠州灣特大橋位于青島市城陽(yáng)區(qū)境內(nèi)，本橋主要為跨越榮海路、規(guī)劃瑞金路、雙埠立交互通、規(guī)劃主環(huán)路、在建濱河路、管線及膠州灣而設(shè)。本橋中心里程DK8+961.33，起訖里程DK4+490.69～改 DK13+431.96，橋梁全長(zhǎng) 8941.3m，共246跨，247個(gè)墩臺(tái)。其中第61孔至63孔跨越雙埠立交橋，采用（60+100+60）m連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，與公路夾角為72o，該段連續(xù)梁100m主跨與雙埠立交橋1-96m系桿拱對(duì)孔布置。橋下凈高大于5.5m，滿足公路通行要求。該連續(xù)梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。梁高在中支點(diǎn)處7.60m，邊支點(diǎn)和跨中處4.6m，梁底按圓曲線變化，半徑R=369.667m。箱梁頂寬11.0m，底寬5.8m，頂板厚度45~55cm，腹板厚度45、70、90cm，底板厚度50~130cm。在端支點(diǎn)、中支點(diǎn)、跨中共設(shè)5個(gè)橫隔板，隔板設(shè)有進(jìn)人孔，供檢查人員通過(guò)。采用有砟橋面，擋砟墻內(nèi)側(cè)凈寬8.5m。橋上人行道欄桿內(nèi)側(cè)凈寬11.0m。該連續(xù)梁設(shè)計(jì)最高運(yùn)行速度120km/h，采用橋位懸臂澆筑法施工，正常使用條件下梁體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用壽命為100年。主梁沿縱向共分為59個(gè)梁段。其中各中墩0號(hào)梁段長(zhǎng)14m，合攏梁段長(zhǎng)2.0m，邊孔邊直段長(zhǎng)9.75m，其余梁段長(zhǎng)分別為：2.5m、3.0m、3.5m、4.0m。主梁段除0號(hào)梁段、邊直段在支梁上施工外，其余梁段均采用掛籃懸臂澆筑，懸澆梁段最重1714.7KN。

二、100m連續(xù)梁懸澆施工掛籃設(shè)計(jì)

針對(duì)跨膠洲灣特大橋的地理環(huán)境和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，研究大跨度連續(xù)梁懸澆施工技術(shù)，基于有限元計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種貝雷桁架式掛籃。

（一）設(shè)計(jì)參數(shù)

1、適用最大梁段重：1800KN。

2、適用最大梁段長(zhǎng)度：4.0m。

3、適用梁頂寬度：12m。

4、適用梁底寬度：6.4m。

5、適用梁高為：7.85-4.85m。

6、走行方式：無(wú)平衡重走行。

7、每套掛籃自重：800KN。

8、在14m長(zhǎng)的起步長(zhǎng)度內(nèi)，可同時(shí)安裝一對(duì)掛籃。

（二）施工荷載分析

荷載傳遞路徑：

1.內(nèi)頂板荷載→內(nèi)滑梁→前上橫梁→主桁架。

2.翼板荷載→外滑梁→前上橫梁→主桁架。

3.腹板荷載→加強(qiáng)型底縱梁→前、后下橫梁→前上橫梁→主桁架。

4.底板荷載→普通底縱梁→前、后下橫梁→主桁架。

掛籃的設(shè)計(jì)順序也是根據(jù)荷載的傳遞路徑，一級(jí)一級(jí)地確定各級(jí)結(jié)構(gòu)。先根據(jù)各自的荷載情況對(duì)內(nèi)滑梁、縱梁、前后下橫梁、前后上橫梁等桿件進(jìn)行設(shè)計(jì)，再設(shè)計(jì)主桁架并校核其剛度、前端的下?lián)隙?，隨后再對(duì)錨固系統(tǒng)和走行系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（三）掛籃構(gòu)造

掛籃形式的選擇由于該橋箱梁頂面較寬，各梁段體積較大，且整個(gè)梁體線形要求較高，故采用貝雷桁架掛籃，其由貝雷片主桁架、提吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走行及錨固系統(tǒng)等組成，且保證總重量不大于800KN。

1.貝雷片主桁架

掛籃主體結(jié)構(gòu)采用剛度大的“321”型貝雷梁結(jié)構(gòu)，每幅掛籃由兩組主桁組成，每組主桁長(zhǎng)12m，截面由4 片貝雷梁通過(guò)鋼支撐架連接成整體，兩組主桁間分別在掛籃前支點(diǎn)和前端處橫向用桁架連接，形成一個(gè)整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系，用2I25、2I32a工字鋼作后錨梁，φ32精軋螺紋鋼作吊、錨桿，掛籃前后支點(diǎn)處設(shè)一鋼支墩。

2.懸吊系統(tǒng)

前吊帶不僅要承受近一半的掛籃荷載，也要為底模平臺(tái)提供前吊點(diǎn)。由于混凝土重量較大，常采用16m吊帶或者選擇性能更好的鋼板進(jìn)行銷(xiāo)孔布設(shè)，大約每3m一段，用銷(xiāo)軸連接各段間來(lái)調(diào)整梁高。

3.模板系統(tǒng)

箱梁外側(cè)模通常采用沿梁高劃分成3塊左右的鋼制大模板，用來(lái)調(diào)整梁體高度變化。箱梁外側(cè)模采用大塊鋼模板，長(zhǎng)度4.5m，高度7.621m，模板橫肋采用槽鋼，豎肋采用6mm鋼板，外框架由槽鋼組焊而成。外側(cè)模支承在4根外模走行梁上，走行梁用兩根I32b工字鋼組焊而成，后端通過(guò)吊桿懸吊在已澆好的箱梁頂板上，后吊桿與走行梁間設(shè)有后吊架，后吊架上裝有滾動(dòng)軸承，掛籃行走時(shí)，外側(cè)模走行梁與外側(cè)模一起沿后吊架滑行。內(nèi)模用竹膠板作面板，10*10方木做帶木，15*15方木做分配梁，碗扣式腳手架搭設(shè)支架。底模由底模架和底模板組成。底模架由底?？v梁和底模橫梁組裝而成，底?？v梁采用I32a工字鋼，腹板下間距30cm，底板下間距50-56.5cm。底模橫肋采用槽鋼制作，橫橋向布置，腹板下間距15cm，底板下間距30cm。底模為鋼模板，兩外緣貼泡沫膠帶，在澆筑混凝土?xí)r，外模與底模夾緊，以防漏漿。底模架前端槽鋼可組成操作平臺(tái)。掛籃模型采用側(cè)模夾底模的裝配方式，通過(guò)側(cè)模頂口、底口對(duì)口拉桿固定模型。側(cè)模是由鋼桁架片和δ=6mm的鋼板組成，用槽鋼和部分角鋼焊接成桁片，桁片間用角鋼焊接成一個(gè)整體，δ=6mm的鋼板作面板。

4.走行系統(tǒng)

主桁架走行系統(tǒng)是在箱梁頂面布置兩根鋼板組焊而成的軌道，用豎向預(yù)應(yīng)力筋通過(guò)短梁將其固定，在桁架頂面布設(shè)前后支座，前支座沿軌道向前滑行，后支座沿軌道下緣向前滾動(dòng)，不需要加載平衡重。

5.錨固系統(tǒng)

貝雷掛籃的錨固系統(tǒng)是將主桁架前后節(jié)點(diǎn)和內(nèi)外模走行梁穿過(guò)預(yù)留孔錨固箱梁板上。

三、掛籃計(jì)算

利用有限元軟件MIDAS對(duì)掛籃在各個(gè)施工工況下的應(yīng)力和變形進(jìn)行計(jì)算分析，有限元模型如圖1所示。對(duì)于雙拼工字鋼、貝雷桁架加強(qiáng)弦桿采用在單根截面的基礎(chǔ)上調(diào)整截面特性值的方法進(jìn)行模擬，將作用在翼板模型上的荷載以線荷載的形式加載到外側(cè)模導(dǎo)梁上進(jìn)行模擬，將作用在底模面板上的荷載以面荷載的形式直接加載到底模面板上。為盡量摸擬掛籃在施工過(guò)程中的整體受力情況，選取2.5m、3m、3.5m、4m四種梁段長(zhǎng)度中最重的1#塊、3#塊、8#塊、12#塊進(jìn)行整體受力分析。每個(gè)分析梁段重量各取三個(gè)截面（兩端及中間）的進(jìn)行荷載計(jì)算，各按作用1/3梁段范圍加載。

圖1 貝雷桁架掛籃有限元模型

根據(jù)受力情況先將模板自重、施工荷載分別以線荷載、面荷載加載到外側(cè)模導(dǎo)梁及底模面板上，作用范圍為最大4m梁段范圍；混凝土傾倒及振搗荷載、梁段重量按實(shí)際澆筑梁段范圍進(jìn)行加載。通過(guò)計(jì)算，掛籃在五種工況下的最大應(yīng)力和變形分別為：227MPa和35.6mm，滿足施工需求。

三、結(jié)語(yǔ)

總而言之，懸臂掛籃技術(shù)是目前橋梁工程中使用最為廣泛的主要施工方法之一，其不僅技術(shù)要求高，而且具有較多自身獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，因此備受施工企業(yè)青睞。所以，在橋梁工程施工過(guò)程中，切實(shí)應(yīng)用懸臂掛籃施工技術(shù)具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。這就需要在施工時(shí)，嚴(yán)格掌控施工工藝，全面保證施工質(zhì)量，從而構(gòu)建出安全的、良好的橋梁，帶來(lái)更多的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

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[3]田武平,周思鋒,詹應(yīng)超.大跨度連續(xù)梁懸臂澆筑掛籃的設(shè)計(jì)及施工[J].公路,2010(8):37-43.