1 工程概况
汉宜铁路太湖港特大桥的1 8 9#～192#墩之间, 为一联三孔 (40+56+40) m预应力混凝土双线连续箱梁。箱梁为单箱单室、变高度、变截面结构, 中支点梁高4.4m, 跨中直线段梁高2.8m, 梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁顶宽12.6m, 底宽5.26至5.74m。顶板厚34cm～60cm, 按折线变化, 腹板厚50至85cm, 按折线变化, 底板厚44cm至100cm, 按折线线性变化。箱梁采用悬臂灌注法施工, 0号段长度为8m, 标准段长度为3m和3.5m, 梁段最大重量为108.68t。箱梁横截面见图1。
2 挂篮设计
2.1 挂篮主要技术性能及参数
适用梁段重109t;适用施工节段长3.5m;箱梁梁高变化:4.4m～2.8m;挂篮行走方式:自行式;挂篮顶梁最大挠度:20mm;挂篮单重:24t模板重16t。
2.2 挂篮总体构造
本挂篮主要由三角形主构架、前上横梁、底模平台、悬吊系统、锚固系统、走形系统及模板系统组成。挂篮正面图、侧面图分别见图2、图3。
2.2.1 主桁与前上横梁
主桁系统是整个挂篮中主要的受力部分, 由前后两片承重桁架和连接角钢组成, 承重桁架由水平杆、前后拉杆、垂直杆等组成, 采用销轴连成三角形, 便于拆装和运输, 每片桁架置于腹板中心。前上横梁架设在两榀承重桁架的前端。由两根I45a工字钢与缀板拼焊成形, 主要承受底篮及混凝土浇筑重量, 导梁由双拼[22槽钢组成, 主要承受模板重量、模板上部混凝土重量及供模板前移使用。
2.2.2 底模平台
底模平台由底模板、纵梁、前下横梁和后下横梁组成, 底模平台直接承受梁段混凝土重量, 并为施工提供操作场地。两根I45a工字钢与缀板拼焊成形, 纵梁均由I32a型钢加工而成, 每0.8m布置一根。
2.2.3 悬吊装置
悬吊系统作用是将自重及施工荷载传递到主桁架和已浇筑梁段上。包括前吊带和后吊带, 均采用Φ32精轧螺纹钢, 前吊带上部上升至前上横梁内通过扁担梁和两个32t手动千斤顶调节底模高程。后吊带下端与后下横梁栓接, 上端锚固于已成形梁段上。
2.2.4 锚固装置
锚固系统作用是抵抗倾覆力矩。浇筑箱梁砼时, 挂篮尾部用精轧螺纹钢筋通过顶板预留孔锚固于梁顶上, 通过千斤顶进行锚固力的转换并可调整挂篮悬臂端挠度。轨道通过扁担梁和精轧螺纹钢锚固与梁顶上。
2.2.5 挂篮行走装置
行走系统由后锚小车和走船组成, 两者在箱梁浇筑和挂篮空载前移时都起着非常重要的作用。首先, 箱梁浇筑时后锚固定, 两者都座落在轨道上, 起着稳定平衡的作用;挂篮前移时, 后锚松开, 后锚小车的滚轮反扣在轨道上, 前滑座处垫以滚轮, 致使挂篮轻松前移。
2.2.6 模板系统
模板系统包括外模、内模和封头模板。外模采用大块定型钢模, 每侧外模通过外模走形梁悬吊在前上横梁和已成形箱梁顶板上。内模为可收缩结构, 模板采用组合钢模并辅以异形钢模板拼接而成。通过内模走形梁悬吊在前上横梁和已成形箱梁顶板上。
2.3 构造特点
三角挂篮主构架构造简单, 受力明确, 重心低、使用安全可靠。
与菱形主桁架相比, 菱形主构架杆件最大内力为压力, 且最大压力作用在最长杆件上;三角形主桁架最大内力也为压力, 但最大压力作用在最短杆件上。
三角主桁架仅在竖杆上设一道横向连接, 而菱形主桁架则需在竖杆、后斜杆上设置两道横向连接, 因而三角形主桁架横向连接重量仅为菱形主桁架的1/2。
三角形主桁架节点采用高强螺栓连接可大大节点板尺寸, 且三角桁架前吊带长度较菱形挂篮大大缩短, 不仅使用钢量减少, 同时也使吊带变形减少很多。
在材料相同使用功能情况下, 三角挂篮主桁架的重量比菱形挂篮主桁架的重量轻20%～30%。
三角挂篮重心低, 拼装方便。在施工过程中, 操作人员站在梁顶就可调节千斤顶。
3 施工要点
3.1 挂篮拼装
3.1.1 拼装准备
加工制作:钢构件各种材料的材质、规格必须满足设计要求。挂篮所有销子均采用45号钢, 斜拉带采用16Mn钢;其余材料为A3钢。立柱、主梁、斜拉带必须制作拼板精确加工, 孔位必须准确。
挂篮试拼:挂篮加工完成后, 在地上进行试拼, 各零部件均满足设计要求后, 方可投入使用。
3.1.2 拼装
(1) 0号段张拉完成后, 用砂浆找平垫枕, 并将轨道锚固于箱梁竖向预应力筋上, 前后支腿处垫枕为并排的4根, 其余处间距为50cm。
(2) 拼装主桁架。主桁架在桥下预拼成单片, 由塔吊吊装。单片主构架吊装就位后, 及时安装挂篮后锚;安装主梁横联及主梁后横梁;安装前上横梁和前吊带;安装前下横梁、后下横梁及纵梁。
(3) 安装底模、外模行走梁及外模。
(4) 本连续梁0号段设计长度为8m, 挂篮起步长度为10m, 所以对挂篮进行连体改装, 改装简图见图4。
3.1.3 加载试验
挂篮拼装完成后, 为检验挂篮承载及消除挂篮非弹性变形, 测量结构弹性变形, 对挂篮进行加载试验。取最大梁段重量的1.2倍进行加载, 根据施工现场实际情况, 用在承台上预埋精轧螺纹钢, 用钢绞线张拉加载的方法进行。
3.2 挂篮施工
3.2.1 块段箱梁施工
(1) 底模、侧模调整;
(2) 安装底腹板钢筋, 纵向波纹管和竖向精轧螺纹钢;
(3) 安装内模架;
(4) 绑扎顶板钢筋及纵横向波纹管;
(5) 安装各种预埋件;
(6) 对称浇筑底板、腹板、翼板混凝土;
(7) 养生、凿毛、穿索, 张拉纵向预应力索;
(8) 压浆, 挂篮前移, 施工下一梁段。
3.2.2 线形监控
大跨连续梁线型控制是施工监测的重点。施工线形控制过程是一个“施工->测量->误差分析->参数调整->预报”的循环过程, 在施工过程中全过程跟踪计算, 根据现场实际情况变化, 不断调整、完善计算参数以满足设计对线形及内力的要求。测点布置如图5所示。
测量顺序如下:立模测6～8#点;混凝土浇筑完毕测试1～8#点;预应力张拉前测试1～8#点;预应力张拉完毕脱模测试1～5#点;挂篮前移到位测试1～5#点。
用MIDAS/CIVIL软件进行分析, 结合挂篮预压数据, 计算下一段立模标高。
4 几点体会
(1) 三角形挂篮构造简单合理, 受力明确, 重量轻, 重心低, 拼装、操作方便快捷, 使用安全可靠得到验证, 创造了良好的经济效益。
(2) 设计挂篮要考虑各道工序操作人员空间, 可在挂篮主桁上方设置遮阳雨棚, 改善工人作业环境, 在恶劣天气条件下能正常施工。
(3) 本桥0号段长度为8m, 安装挂篮起步长度不足, 采用了将两个挂篮连体的方法, 即将轨道和主桁用1cm钢板焊接在一起, 斜拉钢带交叉布置, 使两个挂篮形成一体。浇筑张拉完1号段后, 在将焊接钢板切开, 正常使用挂篮, 节约了施工时间。
(4) 为保证挂篮的强度和刚度, 并减少挂篮自重, 挂篮各杆件用材应尽量采用高强轻质钢材。本挂篮利用了16Mn钢斜拉带, 减少了后横梁型钢重量, 采用高强螺栓减少节点尺寸, 减少主桁架非弹性变形。该挂篮利用系数0.37。
(5) 轨道锚固和后锚设置应充分利用箱梁竖向预应力筋, 预应力筋可采用加连接器等方法接长, 轨道锚固可采用扁担梁的方法, 减少因竖向预应力筋位置不一而使轨道过度烧伤等问题。
摘要：结合太湖港特大桥连续箱梁三角挂篮使用实践, 介绍三角挂篮的设计特点、结构形式及施工要点。
关键词：连续梁,挂篮,设计,施工