曲弦鋼桁加勁連續(xù)梁橋掛籃施工監(jiān)控

孫永震，狄小東，趙建民，竇 晗，戴 偉，陳 國，2*

（1.中鐵一局集團有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721006；2.南京林業(yè)大學 土木工程學院，南京 210037）

掛籃是連續(xù)梁橋和T 形剛構(gòu)橋懸臂澆筑施工過程中的一種重要設(shè)備，相較其他方法，掛籃施工不需要架設(shè)滿堂腳手架和使用大型起吊設(shè)備，具有構(gòu)造簡單、剛度大和移動方便的特點，同時不影響橋下正常的通航和通行。近年來，由于設(shè)計和施工不當所致的事故時有發(fā)生，輕者影響工程進度，重則橋毀人亡。掛籃是一種臨時性結(jié)構(gòu)，但其安全性沒有得到足夠的重視。以沈界1 號特大橋曲弦鋼桁加勁連續(xù)梁橋為工程背景，介紹掛籃系統(tǒng)的前吊桿、后吊桿、模板、操作平臺和走行系統(tǒng)，實時監(jiān)測不同工況下的前、后吊桿內(nèi)力，并與理論值進行對比分析，以期為類似掛籃的設(shè)計和應用提供技術(shù)支撐。

1 工程概況

鄭阜鐵路沈界1號特大橋跨寧洛高速為（86+172+86）m曲弦鋼桁加勁連續(xù)梁長度345.8 m（圖1），起訖里程DK193+420.95～DK193+767.05，298～299號墩為跨越寧洛高速公路主墩[1-4]。采用先梁后鋼桁的施工方法，混凝土連續(xù)梁采用掛籃懸臂澆筑施工；鋼桁結(jié)構(gòu)在合龍的混凝土梁橋面上拼裝，橋長345.8 m。主梁采用單箱雙室變高度箱形截面，主梁頂寬一般段14.6 m，邊支點處考慮與鄰跨標準梁相接頂寬線性變化為12.6 m，全聯(lián)在端支點、中支點及鋼桁-混凝土梁結(jié)合點處共設(shè)17道橫隔板。因連續(xù)梁跨度大、節(jié)段多，工藝復雜、施工時間長；同時該高速晝夜交通繁忙，長時間在其上方施工，安全隱患較大，被公司列為安全一級風險監(jiān)控項目。鑒于以上因素，為確保掛籃上跨高速施工安全，及時掌握掛籃吊點受力狀態(tài)，對掛籃前后吊點精軋鋼采用應力監(jiān)控技術(shù)，全方位確保大跨連續(xù)梁上跨高速施工安全。

圖1 沈界1 號特大橋

2 掛籃設(shè)計原則

掛籃結(jié)構(gòu)應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。常見的掛籃形式有三角形、菱形、弓弦形等。掛籃桿件一般采用型鋼組焊成箱形結(jié)構(gòu)，主桁縱梁采用鋼板組焊，斜桿采用鋼帶或精軋螺紋鋼筋。由于掛籃施工完全不占用路面，無須中斷主輔路交通，也不需要架設(shè)支架和大型吊機，尤其適合于建造上跨既有運營線路和繁忙水道的橋梁。依靠“掛籃”的移動，讓現(xiàn)場澆筑的混凝土箱梁在“掛籃”中產(chǎn)生，每次澆筑2～4 m 長，橋體硬化并達到足夠的強度后，液壓裝置將把掛籃向前推進，然后再澆筑新的一段梁體[5-7]。

3 掛籃結(jié)構(gòu)

鄭阜高鐵沈界1 號特大橋采用三角形掛籃懸臂澆筑施工，由主桁架、吊掛及錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和走行系統(tǒng)4 部分組成，如圖2 所示。根據(jù)連續(xù)梁的受力特點和現(xiàn)場情況，采用先邊跨后中跨的合龍方案，首先澆筑橋梁主墩（297～300 號）墩，待0 號塊的混凝土達到設(shè)計強度后，在其上部對稱安裝2 套掛籃。邊跨和中跨分別有20 個、39 個節(jié)段，合龍段長2.0 m，連續(xù)梁最大節(jié)段長5 m，最大梁段高9.601 m，掛籃施工的最大懸臂澆筑重量達344.07 t。

圖2 三角形掛籃

3.1 主桁架

由于三角形桁架是掛籃系統(tǒng)的主要承重結(jié)構(gòu)，因而3 組三角形桁架分別布置于預應力混凝土箱梁的中腹板和邊腹板處。其中，桁架采用I40b 槽鋼組焊而成的箱型結(jié)構(gòu)，為便于掛籃的反復拆裝，各桿件之間通過節(jié)點板銷接，銷直徑為100 mm。桁架前端通過2 根I50b 工字鋼組焊成的橫梁相連，上設(shè)16 個吊點，其中10 個吊底模平臺，另6 個吊內(nèi)、外?；?。

3.2 吊掛及錨固系統(tǒng)

前吊桿的作用是為底模平臺提供前吊點，前吊桿共設(shè)12 根，其中6 根用于吊掛底模，其余吊桿用于吊掛內(nèi)模和外?；?。后吊桿穿過預應力混凝土箱梁頂板和底板，并將掛籃縱梁錨固于箱梁頂面，共設(shè)24 根，其中12 根吊掛外側(cè)模板走形梁，10 根掉掛內(nèi)側(cè)模板走形梁，2 根用于吊掛底部的模板。前后吊桿采用直徑為32 mm 的冷拉Ⅳ級精軋螺紋鋼筋。

3.3 模板系統(tǒng)

在澆筑單箱雙室混凝土梁前需要安裝內(nèi)模板、外模板和底模板。常見的模板有木模板、鋼模板和竹模板。沈界1 號特大橋主要采用鋼質(zhì)模板。外模板支承在外滑梁上，而外滑梁通過吊桿與前橫梁連接，并且隨著掛籃向前行走而移動。內(nèi)模置于2 根內(nèi)滑梁上，內(nèi)滑梁前端通過吊桿吊掛于前橫梁上，而內(nèi)滑梁后端通過吊桿固定于已澆梁段頂板上方，內(nèi)模架沿內(nèi)滑梁滑行。底模架的縱梁和橫梁分別為I50b 和I40b 工字鋼梁。

3.4 走行系統(tǒng)

在預應力混凝土箱梁頂面沿橫橋向鋪設(shè)I25 工字鋼枕，并與箱梁頂板預埋的豎向預應力筋焊接，然后在鋼枕頂部安裝沿縱橋向的鋼軌。為了降低主桁架和鋼軌的摩擦力，通常在鋼軌頂面鋪設(shè)四氟乙烯板。在灌注混凝土前，采用螺紋鋼筋將軌道上鋼枕與桁架后節(jié)點錨固，使后支座反扣輪不受力。脫模前，用手動葫蘆將底模架吊在后橫梁或外滑梁上，解除后吊帶。待混凝土達到規(guī)定的強度后，采用千斤頂依次張拉預應力鋼筋至設(shè)計強度，隨后開始脫模作業(yè)，內(nèi)模架落在內(nèi)滑梁上，底模隨桁架在手動葫蘆的牽引下一起向前緩慢滑行至下一個待澆筑的節(jié)段。

4 掛籃吊桿拉力監(jiān)測

4.1 測點布置

為了確保懸臂澆筑過程中的掛籃安全性，有必要實時監(jiān)測位于掛籃最前端的前吊桿及掛籃尾部錨固端的后吊桿的受力情況。在被測構(gòu)件的表面布置JMZX-212HB 鋼弦應變傳感器（圖3），通過JMZX-300XL 綜合測試儀（圖4）可實時讀取鋼弦應變傳感器內(nèi)部鋼弦的頻率，再利用頻率與應力應變的關(guān)系，從而得到被測構(gòu)件的應力，將應力值乘以構(gòu)件橫截面面積最終計算得到構(gòu)件的內(nèi)力。前橫梁和主梁壓梁是三角形掛籃的主要構(gòu)件，其內(nèi)力值大小直接關(guān)系掛籃懸臂施工的安全。分別在前吊桿和后吊桿布置12 個和13 個應變傳感器，具體位置如圖5、圖6 所示。

圖3 鋼弦應變傳感器

圖4 JMZX-300XL 綜合測試儀

圖5 前吊桿傳感器布置圖

圖6 后吊桿傳感器布置圖

4.2 監(jiān)測方案

沈界1 號特大橋預應力混凝土箱梁采用先邊跨后中跨的合龍方案，每個懸臂澆筑的梁段長度約為2 m，每一節(jié)段可定義為一個工況。通過監(jiān)測每一節(jié)段澆筑混凝土前后的應力變化，獲得前橫梁吊桿和主梁壓梁的內(nèi)力變化規(guī)律。

4.3 結(jié)果分析

利用橋梁通用結(jié)構(gòu)軟件Midas對主橋掛籃的各施工階段進行計算分析，為懸臂澆筑過程中的掛籃吊桿監(jiān)測提供理論依據(jù)。298號橋墩邊跨和中跨懸臂施工時的掛籃前橫梁螺紋鋼吊桿的實測值和理論值見表1。以3號測點為例，298號橋墩邊跨的實測值和理論值分別為66.29 kN和68.34 kN，298號墩中跨的實測值和理論值分別為73.82 kN和77.70 kN，對于大部分測點而言，邊跨的前吊桿內(nèi)力值小于中跨前吊桿內(nèi)力值。2號、3號和4號測點靠近298號墩的箱梁腹板處，因而此處的前吊桿的內(nèi)力較大，距離腹板越遠，吊桿的內(nèi)力越小。

圖7 為298 號橋墩的掛籃后吊桿的內(nèi)力圖。很顯然，中跨和邊跨測點的吊桿內(nèi)力實測值均小于理論值，最大相對誤差為17.01%，相對誤差在20%以內(nèi)，均在安全范圍內(nèi)。沈界1 號特大橋預應力混凝土箱梁橫截面為單箱雙室結(jié)構(gòu)，靠近腹板處的后吊桿的內(nèi)力較大，遠離腹板處的后吊桿內(nèi)力較小，掛籃在各個工況下均處于安全受力狀態(tài)。同時，利用cras 隨機振動測試系統(tǒng)，采用弦振動力測試方法，對施工階段中三角掛籃部分精軋螺紋鋼拉桿進行了測試分析，結(jié)果與利用外置式鋼弦應變傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)一致。掛籃吊點應用外置式鋼弦應變傳感器使現(xiàn)場隨時可以掌控各吊點受力狀況，確保了掛籃施工安全受控。

圖7 后吊桿內(nèi)力值

5 結(jié)束語

三角形掛籃結(jié)構(gòu)前端用于吊掛混凝土箱梁的前吊桿以及錨固掛籃的后吊桿均處于安全受力范圍內(nèi)。前后吊桿內(nèi)力的理論值均小于理論值，所采用掛籃結(jié)構(gòu)形式滿足施工要求?，F(xiàn)場采用外置式鋼弦應變傳感器監(jiān)測前后吊桿的方法可實時掌控各吊點受力狀況，確保了掛籃施工安全受控。靠近腹板處的吊桿的內(nèi)力值較大，在箱梁懸臂澆筑過程中應給予高度的重視。