下承式施工掛籃設(shè)計(jì)研究

李帆

摘要：文章從掛籃主梁設(shè)計(jì)、掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、掛籃荷載試驗(yàn)檢測(cè)、掛籃應(yīng)用等方面，闡述了掛籃設(shè)計(jì)理論，并將設(shè)計(jì)的掛籃應(yīng)用于某橋梁建設(shè)施工中，取得了良好的施工效果，驗(yàn)證了所提出的掛籃設(shè)計(jì)理論的合理性，可為類似施工提供參考。

關(guān)鍵詞：掛籃設(shè)計(jì);掛籃結(jié)構(gòu);壓載試驗(yàn);掛籃應(yīng)用

This article describes the design theory of hanging baskets from the aspects of hanging basket main beam design，hanging basket structure design，hanging basket load test and hanging basket application，applies the designed hanging basket to the construction of a bridge，and obtains the good construction effect，which verifies the rationality of the proposed hanging basket design theory，thus providing the reference for similar construction.

Hanging basket design;Hanging basket structure;Ballast test;Hanging basket application

0 引言

在橋梁建設(shè)中，掛籃作為橋梁梁體澆筑的重要工具，其設(shè)計(jì)是否合理影響著橋梁的質(zhì)量及施工效率。所以掛籃設(shè)計(jì)是施工人員及設(shè)計(jì)者最為關(guān)心的問題，研究掛籃設(shè)計(jì)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

本文以某橋梁建設(shè)施工項(xiàng)目為研究載體，選擇下承式施工時(shí)分別從掛籃主梁設(shè)計(jì)、掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、掛籃荷載試驗(yàn)檢測(cè)、掛籃應(yīng)用四個(gè)方面展開論述，在實(shí)踐應(yīng)用中取得良好的施工效果，完善并驗(yàn)證了施工中掛籃設(shè)計(jì)理論，可為類似施工提供參考。

1 項(xiàng)目詳情

以某橋梁建設(shè)為例，其主橋?qū)儆陔p塔雙索面斜拉橋，起止里程分別為CH0+756.250與CH1+234.750。該主橋?yàn)槿缧问剑淇鐝揭来螢?17.5 m、240 m、117.5 m。主梁與斜拉索均采用雙塔門式柱。該主橋及主梁結(jié)構(gòu)分別見下頁圖1和圖2。

2 主梁設(shè)計(jì)

2.1 主梁斷面介紹

主梁選擇預(yù)應(yīng)力混凝土肋板式連續(xù)梁，混凝土選擇等級(jí)為C60。將主梁劃分為19個(gè)部分，并分別依次編號(hào)0～18。主梁標(biāo)準(zhǔn)截面橋面寬度為3 460 cm，主梁高度與寬度分別為280 cm、260 cm，面板厚度為280 mm。橋面設(shè)計(jì)為雙向橫坡，其坡度為2.5%。梁上索距設(shè)計(jì)為600 cm，邊跨現(xiàn)澆區(qū)段索距設(shè)計(jì)為400 cm。在主梁上設(shè)計(jì)75道橫梁，其位置為每對(duì)拉索處，橫梁厚度設(shè)計(jì)值為0.35 m。這樣既能保證主梁橫向剛度，提升橋面板承力能力，也能避免斜拉索受力不均勻現(xiàn)象的產(chǎn)生。

2.2 施工技術(shù)難點(diǎn)解析

（1）主梁邊主梁、頂板與橫隔板分段進(jìn)行澆筑。斜拉索施工工藝流程為：澆筑首段混凝土后，依次張拉第n段縱向鋼絞線、第n-1段與第n-2段縱橫隔板橫向鋼絞線;安裝首次張拉第n段斜拉索后，掛籃移至第n段;再次張拉第n段斜拉索后，澆筑第2段混凝土后完成第n段斜拉索的第3次張拉工作。主梁懸澆時(shí)不需要斜拉索輔助完成。

（2）考慮到主梁懸澆施工工藝特性，借助成熟的后支點(diǎn)掛籃懸澆，施工控制難度很大，尤其線性控制與掛籃剛度很難保證。

（3）橫斷面邊主梁、橫隔板與頂板單個(gè)區(qū)段澆筑，其縫隙處混凝土開裂現(xiàn)象較多。

（4）橫向預(yù)應(yīng)力索施工困難較多。

3 掛籃結(jié)構(gòu)研究

3.1 掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施工圖紙與設(shè)計(jì)報(bào)告中指出，主梁懸澆掛籃必須達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)定的強(qiáng)度和剛度，每個(gè)掛籃質(zhì)量控制在225 t以內(nèi)。施工方定期對(duì)掛籃作用在主梁支點(diǎn)的位置進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合設(shè)計(jì)單位意見最終確定。施工單位要充分考慮主梁特性完成掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1.1 設(shè)計(jì)目的

基于項(xiàng)目實(shí)際情況，掛籃結(jié)構(gòu)必須簡潔，受力合理，整體剛度達(dá)標(biāo)，制作簡單，便于調(diào)整，并且施工投資小，平面與標(biāo)高調(diào)整時(shí)設(shè)備易獲取。

3.1.2 設(shè)計(jì)理念

在該項(xiàng)目中掛籃主體構(gòu)造的設(shè)計(jì)理念具體有以下5點(diǎn)：

（1）按照業(yè)主需求，掛籃設(shè)計(jì)參考國內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，借助極限狀態(tài)設(shè)計(jì)理念完成;

（2）掛籃選擇下承式掛籃，選擇桁架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)承載平臺(tái);

（3）利用前后雙掛腿結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行走方式，這樣可以提升行走時(shí)的結(jié)構(gòu)承受力;

（4）充分結(jié)合掛籃施工特性，掛籃設(shè)計(jì)去除傳統(tǒng)的縱向止推與張拉機(jī)構(gòu);

（5）因?yàn)閽旎@需要加工后利用集裝箱送到施工地點(diǎn)，所以掛籃各部件尺寸不得超出集裝箱尺寸。

3.1.3 技術(shù)革新

（1）掛籃施工工藝應(yīng)用廣泛，達(dá)到主梁邊主梁、橫隔板、頂板等結(jié)構(gòu)逐次澆筑的施工要求。

（2）行走機(jī)構(gòu)選擇液壓油缸驅(qū)動(dòng)的全自動(dòng)步進(jìn)行行走，省時(shí)省力。

（3）懸吊桿角度可以隨時(shí)調(diào)節(jié)，使得吊桿受力均衡。

3.2 掛籃結(jié)構(gòu)介紹

掛籃主要構(gòu)造包括承載平臺(tái)、懸吊系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、模板等部分。

3.2.1 承載平臺(tái)

承載平臺(tái)由多個(gè)構(gòu)件搭建，主要有主縱梁、中橫梁、后橫梁、中掛腿、后掛腿等。兩個(gè)平行的三角形桁架搭建成主縱梁，主縱梁包括上部水平梁與下部桁架，兩者通過螺栓連接。掛籃行走過程中，掛籃的中部與尾部利用中后掛腿懸掛于已澆筑箱梁上，掛腿存在空擋，這樣可以消除橫隔板預(yù)應(yīng)力張拉時(shí)存在的沖突。具體情形如圖3所示。

3.2.2 懸吊系統(tǒng)

懸吊系統(tǒng)主要包含支撐座、反力座、精軋螺紋鋼筋、螺帽與千斤頂?shù)取Ｖ巫露嗽O(shè)計(jì)成球形支撐面，這樣使得懸吊桿角度可以調(diào)節(jié)，均衡所有吊桿受力。

3.2.3 行走結(jié)構(gòu)

掛籃行走實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)形式：液壓油缸伸縮頂推設(shè)在前掛腿，行走滾輪設(shè)在后掛腿，油缸兩側(cè)依次連接行走滑船與滑動(dòng)鎖定裝置銷軸。液壓油缸伸縮頂推，配合后掛腿上部行走滾輪實(shí)現(xiàn)掛籃移動(dòng)。

3.2.4 模板

模板主要是將鋼板覆蓋到鋼框架上制作，包含主梁模板、橫隔板模板、頂模板與拱架。邊主梁底模板與側(cè)模板全部借助銷軸與底模支撐架連接，并借助可調(diào)撐桿實(shí)現(xiàn)橫向調(diào)整。側(cè)模板之間存在5 cm縫隙，利于橫隔板模板開模，縫隙上部由薄鋼板覆蓋。

4 掛籃壓載試驗(yàn)

為了保證施工質(zhì)量，掛籃制作好以后必須通過壓載試驗(yàn)測(cè)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為施工環(huán)節(jié)提供依據(jù);同時(shí)驗(yàn)證設(shè)計(jì)、制作及安裝質(zhì)量，避免因非彈性形變影響質(zhì)量的現(xiàn)象發(fā)生。

預(yù)壓荷載設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)荷載的1.25倍，標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段規(guī)格為6.5 m×35 m×2.9 m，其質(zhì)量為425 t。掛籃荷載試驗(yàn)分為兩部分：依次是工況1時(shí)邊主梁、工況2時(shí)頂板與中橫梁;載荷劃分為8個(gè)檔次，其數(shù)值比例分別為0.5、0.75、1.00、1.25、1.00、0.75、0.5、0。由此，劃分成16個(gè)工況。結(jié)合施工時(shí)情形，試壓材料與主梁的鋼筋一致。

4.1 應(yīng)力試驗(yàn)

掛籃應(yīng)變測(cè)試主要是獲得掛籃重要構(gòu)件應(yīng)力情況，所以掛籃應(yīng)力檢測(cè)選擇為主縱梁、中后懸吊桿、中后橫梁。其具體檢測(cè)位置如圖4所示。共設(shè)有22個(gè)檢測(cè)位置，其中邊主梁設(shè)有18個(gè)。

結(jié)合試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，掛籃各構(gòu)件的應(yīng)力數(shù)值與試驗(yàn)荷載大致呈線性相關(guān)性，表明構(gòu)件可在材料線彈性范圍內(nèi)應(yīng)用，以B、D斷面檢測(cè)數(shù)據(jù)為例，繪制圖5～6。

4.2 位移檢測(cè)

掛籃位移檢測(cè)設(shè)14個(gè)位置，其檢測(cè)數(shù)據(jù)整理后見下頁表1。

通過分析表1數(shù)據(jù)得出：當(dāng)載荷系數(shù)設(shè)置為1.25倍時(shí)，掛籃各構(gòu)件的應(yīng)力數(shù)值和試驗(yàn)荷載呈現(xiàn)為線性關(guān)系。這表明構(gòu)件能夠在材料線彈性范圍中工作。綜上研究，可知掛籃的強(qiáng)度達(dá)標(biāo)且能夠保證施工安全。

5 掛籃應(yīng)用

掛籃澆筑完成每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)段后行走到澆筑下一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)區(qū)段位置時(shí)，進(jìn)行澆筑的工序流程如下：下放拱架與頂板模板后拆解橫梁側(cè)模板;拆解邊主梁端模、側(cè)模板，設(shè)置行走滑靴與行走軌道;將軌道拉至指定位置加固，將懸吊系統(tǒng)拆除并下放掛籃;掛籃移動(dòng)到設(shè)定地點(diǎn)，將行走系統(tǒng)和軌道的連接拆解，升高掛籃，使其邊主梁底部模板、頂升裝置和已澆筑完成的邊主梁底部相抵后，調(diào)節(jié)頂升裝置，加固掛籃。

6 結(jié)語

該項(xiàng)目掛籃施工與傳統(tǒng)的前支點(diǎn)掛籃施工不同，掛籃設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上大膽創(chuàng)新，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，自重小。掛籃充分利用箱梁上部空間，作為混凝土箱梁鋼筋框架綁扎作業(yè)的場(chǎng)地，同時(shí)完成掛籃行走和鋼筋框架綁扎的目標(biāo)，縮短了施工周期。本文將設(shè)計(jì)的掛籃應(yīng)用于某橋梁建設(shè)施工中，取得了良好的施工效果，完善并驗(yàn)證了施工中掛籃設(shè)計(jì)理論，為類似施工提供了參考。

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