單側(cè)變寬非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的掛籃設(shè)計(jì)與施工

摘要：基于某單側(cè)變寬橋項(xiàng)目，對(duì)該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)段開(kāi)展掛籃設(shè)計(jì)?？紤]到跨越現(xiàn)有鐵路，施工難度大，采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃，并對(duì)該段掛籃懸澆施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展分析，以減小施工荷載的影響，保證施工安全。計(jì)算結(jié)果表明，采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃，能降低前吊點(diǎn)高度，且掛籃內(nèi)力分布更合理。該工程竣工后，施工階段和交工后結(jié)構(gòu)內(nèi)力狀況滿足設(shè)計(jì)要求，且橋梁合龍精度滿足設(shè)計(jì)要求，成橋線形逼近目標(biāo)線形，表明對(duì)于含非對(duì)稱段橋梁結(jié)構(gòu)可采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃。

關(guān)鍵詞：變異菱形；掛籃設(shè)計(jì)；施工技術(shù)

1 工程概況

1.1 工程基本情況

某橋梁項(xiàng)目跨越鐵路，設(shè)計(jì)采用（55+122+80）m預(yù)應(yīng)力變高不對(duì)稱連續(xù)梁，先沿平行于鐵路方向掛籃懸澆，后采用轉(zhuǎn)體工藝，轉(zhuǎn)體完成后依次施工邊跨合攏段、中跨合攏段。

本工程主跨采用預(yù)應(yīng)力混凝土變高不對(duì)稱連續(xù)梁，橋梁位于直線段，其跨徑布置為（55+122+80）m，主橋全長(zhǎng)257m。 45#墩0#號(hào)塊長(zhǎng)度5.7m，梁高5.904～5.631m；懸臂共13個(gè)節(jié)段，節(jié)段梁高5.631～3.2m。46#墩0#塊長(zhǎng)度8.7m，梁高8.728～8.37m；懸臂共18個(gè)節(jié)段，節(jié)段梁高8.37～3.2m。45號(hào)墩懸澆梁懸臂長(zhǎng)度44.95m（變寬段）+46.35m（普通段），變寬段梁面寬29.5～32.98m，普通段梁面寬29.5m；46號(hào)墩懸澆梁懸臂長(zhǎng)度70.35m（變寬段）+72.85m（普通段），變寬段梁面寬29.5～33.52m，普通段梁面寬29.5m。

1.2 總體施工流程

主橋掛籃懸澆施工涉鐵主要施工內(nèi)容包括45#墩和46#墩墩頂梁段及懸澆梁段施工、懸澆梁橋面附屬（防撞墻、防拋網(wǎng)）施工。其中45#墩3-13號(hào)塊、46#墩2-18號(hào)塊采用掛籃法施工。

總體施工流程如下：45#墩0#-1#塊預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后施工2#塊，2#塊預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后進(jìn)行掛籃拼裝及預(yù)壓。利用掛籃施工3#塊，3#塊施工完成后，脫開(kāi)掛籃底模，進(jìn)行掛籃走形至下一梁段，依次反復(fù)，至13#塊施工完畢。13#塊預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后同步拆除懸臂兩端掛籃。46#墩0#-1#塊預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后進(jìn)行掛籃拼裝及預(yù)壓，利用掛籃施工2#塊。2#塊施工完成后，脫開(kāi)掛籃底模，進(jìn)行掛籃走形至下一梁段，依次反復(fù)，至18#塊施工完畢。18#塊預(yù)應(yīng)力張拉壓漿完成后同步拆除懸臂兩端掛籃。保證45#、46#墩懸澆梁施工同步進(jìn)行，并優(yōu)先保證46#墩懸澆梁的施工進(jìn)度，掛籃懸臂澆筑結(jié)束前提前進(jìn)行44#墩、47#墩邊跨現(xiàn)澆段施工。

2 掛籃設(shè)計(jì)方案

目前，由于三角掛籃與菱形掛籃結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、計(jì)算分析簡(jiǎn)潔以及受力合理等優(yōu)點(diǎn)而廣為使用[1]。本工程部分段單側(cè)加寬，為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，考慮到結(jié)構(gòu)本身的不對(duì)稱性，導(dǎo)致掛籃變形、結(jié)構(gòu)自重與混凝土徐變收縮等產(chǎn)生的內(nèi)力并不對(duì)稱，墩位置易出現(xiàn)較大的傾覆力矩，施工難度大。且相鄰既有鐵路，施工空間有限。將本工程掛籃設(shè)計(jì)為變異菱形結(jié)構(gòu)，結(jié)合菱形掛籃與三角掛籃的優(yōu)點(diǎn)，降低前吊點(diǎn)高度，加強(qiáng)受力穩(wěn)定和平衡，同時(shí)便于工人操作。所采用的掛籃結(jié)構(gòu)如圖1所示。不同于常規(guī)的菱形結(jié)構(gòu)掛籃，前橫梁端主構(gòu)架為銳角三角形，以此降低前吊點(diǎn)高度，從而減少懸掛和取下掛籃的施工難度。同時(shí)設(shè)置前橫梁端主構(gòu)架水平距離為5.5m，長(zhǎng)于后錨梁端主構(gòu)架水平距離，以降低傾覆彎矩。

2.1 掛籃通用設(shè)計(jì)

梁體為單箱四室，單支掛籃配置5片主構(gòu)架。主桁架整體采用雙[36b#普通熱軋槽鋼焊接，前橫梁及前后托梁均采用采用雙 HN500×200 型鋼組焊，中門架由[8#組焊，底縱梁采用I36工字鋼，內(nèi)外導(dǎo)梁、底導(dǎo)梁均采用雙[32b#普通熱軋槽鋼焊接。吊桿與后錨桿采用 PSB830φ32mm精軋螺紋鋼，且吊桿外部套PVC管。后錨梁采用[32#槽鋼制作，長(zhǎng)度2.5m，間距可調(diào)。

2.2 變寬段掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

2.2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

該連續(xù)梁變寬段從0#塊中心線開(kāi)始，外側(cè)以放射線形式變寬，0#塊中心梁頂寬29.5m，變寬段合攏段梁頂寬33.512m。腹板1為水平直線，腹板2、3、4、5皆向外進(jìn)行傾斜，如圖2所示。

掛籃主構(gòu)架及軌道安裝于腹板之上，與腹板呈—條直線，腹板1上的主構(gòu)架與橫梁、中門架垂直，點(diǎn)焊加固。腹板2、3、4、5上的主構(gòu)架與橫梁、中門架呈一定角度，為方便掛籃行走，根據(jù)實(shí)際角度制作安裝在橫梁位置的滑動(dòng)套筒及安裝在中門架位置的限位擋塊。

后錨固桿采用PSB830φ32精軋螺紋鋼，單片主構(gòu)架配置6根。后錨梁采用[32#槽鋼制作，單片主構(gòu)架配置3根。后錨桿下端與梁體接觸位置安裝斜墊塊，從而使后錨桿垂直受力。

2.2.2 驗(yàn)算

查施工設(shè)計(jì)圖，最大懸灌重量梁段質(zhì)量為240.4t，掛籃自身質(zhì)量77.2t。進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算時(shí)，考慮到偏心荷載，取1.4倍的系數(shù)。上部荷載計(jì)算公式如式（1）：

（1）

式中：G為上部荷載，單位為kN；ξ=1.4，為所取的系數(shù)；m1為最大懸灌重量梁段質(zhì)量，單位kg；m2為掛籃質(zhì)量，單位kg；g取10N/kg。

前下橫梁線荷載計(jì)算公式如式（2）：

（2）

式中：q為前下橫梁線荷載，單位為kN/m；P是單側(cè)翼板荷載；B為橫梁寬度，單位為m。

施工變寬段底板寬為29.5～33.52m，對(duì)最不對(duì)稱處進(jìn)行驗(yàn)算。普通段梁面寬29.5m，變寬度寬為33.52m，橫梁寬度為63.02m。前下橫梁線荷載q=26.55kN/m，代入Midas軟件，建立掛籃有限元模型，取最不利工況，得到最大剪力Qmax=160.59kN，最大彎矩Mmax=80.5kN·m。前下橫梁由雙HN500×200型鋼組焊。截面面積A=2×112.3cm2，截面模量Wx=2×1807cm3，慣性矩Ix=2×46800cm4。

最大剪應(yīng)力計(jì)算如下式（3）：

（3）

最大彎曲應(yīng)力計(jì)算如式（4）：

（4）

其余構(gòu)件強(qiáng)度驗(yàn)算見(jiàn)表1。經(jīng)驗(yàn)算可知，本單側(cè)變寬梁采用設(shè)計(jì)的變異菱形結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性、強(qiáng)度、抗傾覆能力均滿足規(guī)范要求，吊桿、主桁架和后錨固系統(tǒng)等局部構(gòu)件也滿足規(guī)范要求。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 掛籃拼裝及預(yù)壓

掛籃的拼裝與預(yù)壓是確保掛籃結(jié)構(gòu)穩(wěn)固和安全的重要步驟。這個(gè)過(guò)程涉及將掛籃的各個(gè)部件組裝在一起，并施加適當(dāng)?shù)念A(yù)壓力，以確保在掛籃投入使用前，其結(jié)構(gòu)能夠承受預(yù)期的負(fù)載。

掛籃構(gòu)配件為廠制，掛籃進(jìn)場(chǎng)后進(jìn)行驗(yàn)收，結(jié)構(gòu)尺寸要求與設(shè)計(jì)圖紙一致，模板幾何尺寸運(yùn)行偏差+5mm，且在掛籃施工前要進(jìn)行預(yù)壓。掛籃拼裝時(shí)，拼縫錯(cuò)臺(tái)允許偏差為2mm，模板拼裝后模板軸線允許偏差為8mm。在拼裝位置繪出行走軌道軸線，將行走軌道軸線誤差控制為10mm。由于其為變異菱形結(jié)構(gòu)，主構(gòu)架組裝完成后需保證對(duì)角線正確。

墩柱東西兩側(cè)各停放一臺(tái)起重機(jī)進(jìn)行掛籃安裝，總體安裝順序?yàn)椋很壍缐|梁→軌道→主桁→中門架→后錨梁→后下橫梁→前上橫梁→前下橫梁→底?！鈱?dǎo)梁及滾動(dòng)吊架→側(cè)模滑移就位。吊裝掛籃主桁、掛籃橫梁、支架橫梁等大型構(gòu)件吊裝時(shí)，設(shè)置攬風(fēng)繩，人工輔助，以避免構(gòu)建擺向鐵路。

3.2 鋼筋及預(yù)應(yīng)力管道施工

橫向預(yù)應(yīng)力管道與縱向預(yù)應(yīng)力管道采用塑料波紋管，以減小摩阻損失。而豎向預(yù)應(yīng)力管道由于承受較大的應(yīng)力，采用鐵皮波紋管[2]。在縱向與豎向管道最高位置設(shè)置排氣孔，以確保預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)無(wú)氣泡。

3.3 混凝土澆筑

當(dāng)模板、鋼筋以及各預(yù)埋件施工完畢，進(jìn)行混凝土澆筑。考慮到施工荷載對(duì)掛籃結(jié)構(gòu)的影響，澆筑過(guò)程中，使用兩臺(tái)泵車同步澆筑，并控制兩側(cè)混凝土澆筑的最大不平衡方量在8m3以內(nèi)，以保持兩懸臂端混凝土施工速度的平衡。一次性灌筑成型，按照底板、腹板、頂板的順序進(jìn)行混凝土澆筑，確保頂板的澆筑從翼板與腹板交點(diǎn)開(kāi)始，向翼板邊緣和頂板中部進(jìn)行，并減少施工接縫。澆筑完畢后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉壓漿。

3.4 掛籃行走

3.4.1 行走流程

掛籃行走流程見(jiàn)圖3。采用液壓缸頂推行走，前行走支座采用滑移式。行走前需進(jìn)行檢查，后錨孔與其他預(yù)留孔位置和尺寸是否準(zhǔn)確，掛籃關(guān)鍵位置保險(xiǎn)裝置是否到位；以及滑梁懸吊系統(tǒng)的安全性。

脫模時(shí)先同步下放底籃后吊桿，再同步下放前吊桿，避免短吊桿出現(xiàn)無(wú)法卸脫。底籃與底滑梁前端掛在前上橫梁，使掛籃模板系統(tǒng)完全脫離梁體。

由于其為非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為避免施工引起額外的偏心荷載，需確保各片主桁前后行進(jìn)位置偏差不得大于10cm[3]。對(duì)于變寬段，腹板2、3、4、5上的主構(gòu)架與橫梁、中門架呈一定角度，選擇使用絲杠/電動(dòng)絲杠連接每片主構(gòu)架，輔助方向調(diào)整。

3.4.2 拆除工藝

施工完成后，在原位進(jìn)行掛籃拆除工藝，即在45#墩13#塊以及46#墩18#塊進(jìn)行掛籃拆除工作。在相應(yīng)位置預(yù)埋空洞，后期吊桿通過(guò)該孔下放底籃。掛籃拆除順序：底籃（底橫梁、底模）及側(cè)模整體下放→外導(dǎo)梁及滾動(dòng)吊架拆除→底模及側(cè)模拆除→底橫梁拆除→頂橫梁拆除→中門架及主桁拆除→后錨及軌道拆除。由于鄰近營(yíng)業(yè)線，長(zhǎng)臂機(jī)械禁止朝鐵路方向旋轉(zhuǎn)，施工時(shí)大臂自遠(yuǎn)離鐵路側(cè)轉(zhuǎn)向線路側(cè)，施工完成后沿施工時(shí)旋轉(zhuǎn)路徑返回。

3.5 附屬施工

由于鄰近營(yíng)業(yè)線，為避免施工時(shí)對(duì)線路等造成影響，本工程在掛籃底部設(shè)置托底防護(hù)平臺(tái)，防止掛籃施工懸臂節(jié)段時(shí)落物墜落。懸澆梁施工期間所用的鋼筋、波紋管、小型模板等橋面材料，由起重機(jī)停放至梁體遠(yuǎn)離鐵路側(cè)（鐵路30m范圍外）吊放至橋面，然后用人工或叉車轉(zhuǎn)運(yùn)使用地點(diǎn)。材料轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)將材料捆扎牢靠。施工場(chǎng)地平整及硬化時(shí)，向遠(yuǎn)離鐵路側(cè)做0.5%排水坡，自鐵路側(cè)向鐵路外側(cè)進(jìn)行排水。

4 結(jié)束語(yǔ)

基于某單側(cè)變寬橋項(xiàng)目，對(duì)該非對(duì)稱結(jié)構(gòu)段開(kāi)展掛籃設(shè)計(jì)?？紤]到跨越現(xiàn)有鐵路，施工難度大，采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃，并對(duì)該段掛籃懸澆施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)開(kāi)展分析，以減小施工荷載的影響，保證施工安全。計(jì)算結(jié)果表明，采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃，能降低前吊點(diǎn)高度，且掛籃內(nèi)力分布更合理。

項(xiàng)目整體施工階段未發(fā)生質(zhì)量與安全問(wèn)題，竣工后各項(xiàng)檢測(cè)結(jié)果均達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，橋梁合龍精度滿足設(shè)計(jì)要求，成橋線形逼近目標(biāo)線形。由此表明，對(duì)于單側(cè)變寬非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，采用變異菱形結(jié)構(gòu)掛籃能很好地滿足施工需求的同時(shí)，對(duì)主體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較小的影響。

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