大跨度连续梁桥挂篮设计与施工关键技术

铁󰀁道󰀁建󰀁筑RailwayEngineering

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文章编号:1003-1995(2009)09-0009-03

大跨度连续梁桥挂篮设计与施工关键技术

梅瑞泰

(深圳市地铁有限公司,广东深圳󰀁518026)

摘要:国道主干线广州绕城公路西环南段,北江特大桥上部结构(75+136+75)m预应力混凝土连续箱梁刚构桥采用菱形挂篮悬臂施工法。介绍了大跨度宽幅悬浇箱梁菱形挂篮的设计、结构组成、特点及施

工关键技术。

关键词:大跨度宽幅连续梁桥󰀁挂篮󰀁设计󰀁施工中图分类号:U445󰀁466󰀁文献标识码:B

作量。󰀁挂篮走行装置构造简单,除滑道及内模外,挂篮一次性整体前移到位。󰀁通用性强,重复使用时便于改造。󰀁便于安装和拆卸,考虑到主墩处塔吊的起重能力,要求单个构件最大质量不超过3t。2󰀁2󰀁设计荷载

挂篮设计荷载主要为:󰀁悬臂浇筑块件(2块)混凝土最大重量2430kN;󰀁人群及机具荷载取2󰀁5kPa;󰀁风荷载取800Pa;󰀁挂篮总质量104󰀁6t(包括箱梁模板)。荷载组合:󰀁箱梁钢筋混凝土重+挂篮自重+人群机具荷载+动力附加荷载(强度、刚度);󰀁挂篮自重+冲击附加荷载+风荷载(抗倾覆稳定)。2󰀁3󰀁结构分析计算

挂篮主桁架及其它各系统为空间桁架结构,根据上述荷载组合,采用SAP2000程序,建立空间模型,进行挂篮各部件的受力分析。经计算,挂篮主桁架杆件的强度、刚度均满足要求,抗倾覆稳定安全系数K也远大于规范值2󰀁0的要求。

图1󰀁北江特大桥主桥(75+136+75)m桥型布置(单位:cm)

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1󰀁工程简介

国道主干线广州绕城公路西环南段北江特大桥跨越北江主航道,按高速公路标准设计。双向八车道,设计行车速度100km󰀁h,设计荷载汽󰀁超20,挂󰀁120。主桥为(75+136+75)m左右幅分离式悬臂现浇预应力混凝土连续刚构桥。梁部采用单箱双室断面,梁顶宽20󰀁25m,底宽13󰀁25m。23、24主墩中心梁高7󰀁5m,合龙段梁高3m,梁底线型采用1󰀁6次抛物线变化。梁段长变化范围为3󰀁0~4󰀁5m,最大悬浇节段质量243t。桥型布置如图1。

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3󰀁挂篮结构及特点

3󰀁1󰀁挂篮结构

北江特大桥菱形挂篮由主桁架系统、吊挂系统、模板系统、行走及后锚固系统等四部分组成,见图2。3󰀁1󰀁1󰀁主桁架系统

主桁架是挂篮的主要承重结构,由3片主桁、横向联结系A、横向联结系B及顶横梁组成。主桁杆件为[32c槽钢和厚度10mm钢板组焊成的箱形结构,补强板与槽钢间采用三面围焊,焊缝高度为8mm。桁架的各杆件之间采用厚度16mm的16Mn钢板和M30高强螺栓连接。挂篮主桁架悬臂长5󰀁26m,3片主桁分别布置于箱梁三个腹板位置。横向联结系A、B由槽钢、角钢、钢板组焊而成,通过M24高强螺栓连接,以保证桁2󰀁挂篮设计

2󰀁1󰀁设计原则

根据北江特大桥主桥136m跨预应力混凝土连续刚构悬浇施工的要求,并考虑挂篮构件便于安装和拆卸,重复使用时改造量小的要求,最终确定采用三片主

桁式菱形挂篮。设计原则如下:󰀁挂篮结构简单,受力明确,安全可靠,确保主桁架等主要构件的刚度和整体刚度。󰀁主材采用型钢和钢板,以减少机械加工的工

收稿日期:2008-12-25;修回日期:2009-05-19

作者简介:梅瑞泰(1980󰀁),男,四川达县人,工程师。󰀁󰀁10󰀁󰀁󰀁󰀁铁󰀁道󰀁建󰀁筑September,2009

图2󰀁挂篮结构

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架的整体稳定性。顶横梁长16󰀁46m,由2条I45a工字钢组成,两工字钢间设14块厚度10mm横隔板和12块厚度10mm加劲钢板。共设10个吊点,其中2个外模前吊点、4个内模前吊点、4个底模平台前吊点。3󰀁1󰀁2󰀁吊挂系统

1)前吊装置󰀁前吊的作用是将悬浇混凝土的重量、内外侧模板及底模板重量的一部分传至挂篮的3片主桁架上。前吊系统由4根16Mn钢板180mm󰀁32mm吊带,40Cr、󰀁55mm销轴,6根󰀁32mm精轧螺纹钢组成,由LQ32千斤顶调节前吊点。

2)后吊装置󰀁后吊的作用是将悬浇混凝土的重量、内外侧模板及底模板重量的一部分传至已浇筑完成的箱梁上。后吊系统由6根󰀁32mm精轧螺纹钢和4根16Mn钢板180mm󰀁32mm吊带组成,吊带穿过箱梁底板的预留孔和底模平台的后下横梁销接。每根吊带通过2台LQ32千斤顶及2[14a槽钢分配梁支撑在在已浇完的箱梁底板上。

3󰀁1󰀁3󰀁模板系统

1)外侧模󰀁外侧模由专业钢模板公司制作,由面板和钢桁架组焊而成。面板采用厚度6mm大块钢模板,钢桁架由竖杆、平杆、斜杆、筋板、横带、底联角钢、竖联角钢以及连接板、加强板等组成。外侧模长度为5m,可用于全部梁段施工。考虑到梁高逐渐减小,整个模板在高度方向上分为一块基本件和三块活动件。外侧模支撑在外滑梁上,后吊杆与外滑梁间设有后吊架,后吊架上装有滚轮,挂篮走行时,外滑梁与外侧模一起沿滚轮滑行。

2)内模󰀁内模为轻型模板,由胶合板面板,10cm󰀁10cm、间距30cm方木竖肋,2[14a槽钢、间距50cm横肋组成。每个内模架吊在2根内模滑行梁上,内模架可沿内滑梁滑行。

3)底模󰀁底模由底模架和底模板组成。底模前横梁、后横梁均由2[40c槽钢作为主梁,分别用前吊杆和󰀁

2)后锚固系统󰀁挂篮的后锚固系统由锚轨扁担、

后锚扁担及后锚杆组成。挂篮节段悬浇时,挂篮的后端通过后锚扁担和󰀁32mm精轧螺纹钢把主桁架后节点锚固在轨道上,轨道又通过锚轨扁担和接长箱梁顶面的竖向预应力筋把力传递至箱梁。3󰀁2󰀁挂篮特点

󰀁挂篮结构简单,杆件受力明确,整体刚度较大。󰀁挂篮走行装置构造简单,外侧模、底模可一次就位,内模也能整体抽拉就位。󰀁利用箱梁竖向预应力筋锚固轨道及挂篮,取消了后平衡重,挂篮自重较轻。󰀁挂篮前端及中部工作面开阔,便于箱梁底、腹板钢筋、竖向预应力筋安装,以及混凝土输送泵管铺设,方便施工。󰀁材质方面,除主吊带采用16Mn钢外,挂篮主桁后吊杆吊至主桁架顶横梁与箱梁顶板上。底模板宽度比箱梁底宽小8mm,通过拉杆将外侧模与底模板夹紧,缝隙处填海绵条,以防漏浆。

3󰀁1󰀁4󰀁行走及后锚固系统

1)行走系统󰀁行走系统由钢枕、轨道、前支座、后支座组成。轨道顶面设置前后支座,前支座沿轨道滑行,走行轨道顶铺四氟乙烯板,走行时在滑板顶涂抹润滑油,以减小摩擦系数;后支座设有后勾板,如图3所示。挂篮主桁架通过后勾板沿轨道上翼缘向前滑行,不需加设平衡重。

图3󰀁后勾板与轨道布置示意

2009年第9期大跨度连续梁桥挂篮设计与施工关键技术󰀁󰀁󰀁󰀁11󰀁󰀁

架及其它杆件均采用普通型钢与钢板,加工制作简单,成本低。󰀁每只挂篮质量91󰀁7t,其中主桁架25󰀁4t,吊挂系统4󰀁6t,模板系统49󰀁6t,行走及锚固系统12󰀁1

t,挂篮质量与箱梁最大节段质量之比(挂篮工作系数)91󰀁7󰀁243=0󰀁377,挂篮质量较轻。

构两边挂篮要尽可能对称同步前移,以免对墩身产生较大的不平衡弯矩;󰀁移动到位后,安装后吊带,将底模架吊起,调整立模高程;󰀁进行3节段的钢筋安装

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等施工,重复上述施工步骤,直至18节段。4󰀁4󰀁挂篮拆除与下放

1)挂篮主桁架整体退至悬臂根部后,利用安装在主墩承台上的塔吊进行拆除。

2)挂篮底模架及外侧模采用8个10t手拉葫芦同步下放,为确保安全,下放过程中采用4根󰀁32mm精轧螺纹钢作为保险。同时通知地方海事局进行临时封航,并在桥位上下游方向派船进行维护。

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4󰀁挂篮施工

北江特大桥0块、1块采用支承在主墩承台上的钢管桩落地支架现浇。0块长4m,1块长3m,现浇段长度共10m。混凝土浇筑完毕待达到设计强度后,

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张拉相应的预应力束并压浆,并以0块和1块的顶面作为挂篮拼装的场地,进行挂篮施工和机具设备的安装工作,之后向两侧逐节段对称悬臂浇筑2~18梁段。

4󰀁1󰀁挂篮拼装

挂篮拼装依据总装图按结构系统及构件编号进行。拼装顺序是:走行系统󰀁主构架󰀁锚固系统󰀁底模总成󰀁内外模总成。4󰀁2󰀁挂篮荷载试验

按照󰀁公路桥涵施工技术规范󰀁(JTJ041󰀁2000)的要求,在挂篮正式使用前应进行加载试验。荷载试验目的有二:一是检查挂篮加工及安装质量,消除非弹性变形;二是测定弹性变形,为各节段箱梁立模的抛高量提供依据。本次挂篮施工采用千斤顶加载,模拟梁体自重及施工荷载。

北江特大桥最大梁段质量243t。北江特大桥主桥单只挂篮是由3片主桁架构成,根据受力分析,考虑永久荷载和临时荷载后,可得中间桁架受力最大,为833kN,边桁架均为233kN。因3片主桁架结构完全相同,所以只对受力最大的中间主桁架进行加载即可。

加载时,主桁架采用背对背方式(将两片桁架主纵梁相向平放)放置,并利用水准仪抄平。然后使用6条󰀁32mm精轧螺纹钢将后节点位置锚牢,前节点处设两条󰀁32mm精轧螺纹钢,使用两台YCW60千斤顶同步加载。在前节点处和后节点处分别设置挠度观测点,采用标定过的钢尺测量挠度。4󰀁3󰀁挂篮行走

挂篮行走程序(以浇筑3块为例):󰀁在2节段顶面铺设钢枕及轨道;󰀁放松底模架前后吊带及吊杆;󰀁拆除后吊带与底模架的联结;󰀁解除主桁架后锚;󰀁轨道顶面安装2个10t倒链,并标记好前支座需要移动到的位置(支座中心距梁端60cm);󰀁用倒链牵引前支座,使主构架、底模、外侧模一起向前移动,注意T

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5󰀁结语

北江特大桥主桥悬浇箱梁采用3片主桁式菱形挂

篮进行施工,一个对称节段悬浇周期平均为9d,每个对称节段高程实测值与监控值相比均控制在10mm范围内。边中跨均实现高精度合龙,最大合龙段高差为10mm。整个主桥线型美观、节段接头处接缝平顺,受到了业主及监理单位的一致肯定。挂篮的总质量与最大节段质量之比为0󰀁377,实现了挂篮设计轻型化的目标。

参

考

文

献

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(责任审编󰀁赵其文)