預應力變截面連續(xù)箱梁施工掛籃設計與應用

1、預應力變截面連續(xù)箱梁施工掛籃設計與應用    摘要：本文以云南元磨高速公路K306+814特大橋為例，主要介紹了混凝土箱梁施工掛籃必選、工況分析、計算原理及加載試驗。 關(guān)鍵詞：箱梁，三角掛籃，設計優(yōu)化 1 工程概況  云南元磨高速公路K306+814特大橋為三跨（84m+140m+84m）預應力連續(xù)剛構(gòu)橋，全長328米，橋?qū)?2.5米，全橋?qū)挃嗝鏋橐粏蜗鋯问遥淞喉斆鎸挒?2.5米，底部寬為11.5米。箱梁根部寬度為7.5米，跨中及合攏段斷面梁高為3米。箱梁底板下緣按二次拋物線變化，從懸臂根部至懸澆段結(jié)束處95cm連續(xù)變化至32cm，

2、箱梁腹板厚度墩頂梁段為70cm，其它各梁段均為50cm。 箱梁0號及1號塊用托架澆筑施工。2#19#塊由掛籃懸臂澆筑；2#11#塊長度均為3米，12#19#塊均為4米。掛籃澆筑最12#砼重量為222.7噸，最輕塊19#塊砼重量156.0噸，2#塊砼重量為178.8噸，7#塊砼重量為213.9噸。 2 掛籃設計 2.1 掛藍選型 在掛籃的選型及方案比較時，根據(jù)該橋的特點及設計院的要求（掛籃自重包括模板重不超過133.6噸），隨著掛籃的日益發(fā)展與成熟，主要進行以下的比選（表1） 表1    通過比較及以前的施工實踐經(jīng)驗，最后確定設計為三角

3、掛籃。 2.2 掛藍基本構(gòu)造 施工掛藍主要由主桁、底藍、懸吊系統(tǒng)、后錨、模板系統(tǒng)以及配重組成。 (1) 主桁 主桁為三角桁片，一個掛藍兩個三角 桁片通過橫梁、平聯(lián)、后橫聯(lián)連接。一片 主桁由立柱、謝拉帶、主梁組成，共同承 受主桁前、中橫梁傳給的外荷載。其中主 梁由2根150d型鋼組成，單根長1390cm， 是掛藍主要的承重結(jié)構(gòu)，掛藍兩根主梁之 間設平聯(lián)，以減少負荷后側(cè)向變形，增加 整體穩(wěn)定性，主梁與立柱、斜拉代的連接， 為了保證三角桁架拼裝后受力良好，防止拼裝后處于應力過大或無應力狀態(tài)，加工主梁銷孔時應嚴格按照設計圖紙尺寸加工，一個主桁主梁的相鄰距離只能出現(xiàn)負誤差，誤差范圍為

4、01mm；立柱山2根I45a型鋼加工而成，單根長545cm，銷孔間距為471.5cm，加工時，立柱銷孔間距誤差范圍為±1mm；立柱與主梁用牛腿連接，立柱橫聯(lián)采用由槽鋼20a及腳鋼80×80×10焊接而成的剛性桁架；斜拉帶材料為16Mn鋼，前斜拉帶由一根4×28cm鋼板加工而成，后斜拉帶由兩根2×28cm鋼板加工而成。斜拉帶端部擴大，并加焊加強板。加工時斜拉帶孔距只允許出現(xiàn)正誤差，誤差范圍01mm。斜拉帶加工時加工線型必須平滑，防止局部應力集中。 (2) 底藍 底藍由前橫梁、后 橫梁、縱梁等組成，其 中底藍前橫梁為桁架梁， 由兩片桁片加

5、工而成， 單片桁片上弦、斜桿及 豎桿均為兩根12.6。兩 桁片通過平聯(lián)板連接； 底藍后橫梁為桁架梁， 由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦為1根I36a型鋼，下弦、斜桿及豎桿均為兩根12.6。兩桁片通過平聯(lián)板連接；底藍縱梁為桁架梁?？v梁上弦為1根I20a，下弦及豎桿、斜桿均為2根8?？v梁高70cm。 (3) 懸吊系統(tǒng) 懸吊系統(tǒng)主要由桁架式前橫梁、中橫梁和前、后吊帶及箱內(nèi)后錨帶組成，其中前橫梁由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦為1根I10a型鋼，下弦、斜桿及豎桿均為兩根12.6，兩桁片通過平聯(lián)板連接，中橫梁由兩片桁片加工而成，單片桁片上弦1根I32a，下弦、斜桿及豎桿均為兩根12.6。兩桁片

6、通過平聯(lián)板連接；前后吊帶、箱內(nèi)后錨帶均為165Mn鋼，后錨帶截面為18×4cm，前吊帶截面為16×4cm，后吊帶及行走吊帶截面為16×2cm。 (4) 后錨及平衡重 后錨由錨固梁、錨桿組成，上端通過錨固梁錨于主梁尾部，下端通過4級直徑為32mm的錨桿及連接器錨于豎向預應力筋上。一個掛藍共設后錨8根，在主梁后支點前后各設4根，平衡重則由兩根I45a組成平衡重梁即后橫梁，每根長14m，雙懸臂于主梁上，單個掛藍平衡重為26噸。 施工時必須嚴格控制此壓重，以保證掛藍空載行走時安全，并達到足夠的抗傾覆系數(shù)，及在掛藍使用過程中，不致使后錨帶產(chǎn)生過大變形影響掛藍前端撓

7、度。 (5) 行走系統(tǒng)： 整個桁架結(jié)構(gòu)支承在由于鋼加工面成的前后支腿上。每根縱梁支腿下設一對間距為16cm的13kg級鋼軌，鋼軌下鋪20*18*100cm枕木，前后支腿處枕木為并排的四根，其余間距為50cm。 在鋼軌與支腿之間放置走棍（15mm），通過走棍的滾動掛籃前移。掛籃前移時，由手拉葫蘆牽引前進（嚴禁使用卷揚機牽引），并在每片主梁后端設兩個10噸限速、限位、正滑葫蘆。 為了保證掛籃行走的安全，應在箱梁前端及鋼軌前端設置限位裝置（本圖未示），以防止掛籃滑出鋼軌或箱梁前端引起掛籃傾覆。 (6) 模板系統(tǒng) 模板系統(tǒng)由外側(cè)模、側(cè)模架、底模板、頂模板、內(nèi)模架組成，并控制模板總重

8、17.8噸。 (7) 張拉平臺及安全防護設施 在底籃兩側(cè)及前端設置防護欄桿及防墜網(wǎng)，在主珩上特別是前橫梁吊帶處設置安全防護欄，確保施工安全。 2.3 結(jié)構(gòu)設計驗算 4.1基本載荷：節(jié)段混凝土質(zhì)量、鋼筋及鋼絞線；掛籃、模板自重；風荷載；施工機具、人員等施工荷載 4.2掛藍的計算原理： 4.2.1底籃計算 先將荷載分配到主梁桁架縱梁上，分別驗算其強度與剛度，然后再驗算前橫梁后橫梁的強度與剛度。 4.2.2主桁計算： 通過吊點分配梁計算得出的吊點反力作用于主桁上、驗算主桁各部件，吊點的強度與剛度。驗算各節(jié)點的局部應力。 4.2.3抗傾覆穩(wěn)定性驗算： 通過主桁計算得出的配重力來驗算

9、掛籃的整體抗傾覆性能。 4.3計算主要結(jié)果如下： 4.3.1縱梁：在12塊施工時撓度最大：Fmax=3.27mm 4.3.2底藍后橫梁：在2塊施工時撓度跨中：F=5.1mm；最大：F=6.3mm(已包括吊帶的伸長量、中橫梁撓度) 4.3.3底藍前橫梁：在12塊施工時撓度最大：F=7.8mm（已包括吊帶伸長量、前橫梁撓度） 4.3.4前橫梁：前橫梁跨中撓度在施工12塊施工時最大：F=2.6mm 4.3.5中橫梁：在2塊施工時撓度最大：F=1.07mm 4.3.6前吊帶：在12塊施工時伸長量最大：L=2.91mm 4.3.7掛藍主桁前橫梁吊帶處撓度：2塊施工時：F=9.54mm、12塊施工時：F=

10、11.97mm 4.3.8掛藍行走時后橫梁跨中最大撓度為F=36.11mm。 4.4工況分析： 4.4.1混凝土澆筑狀態(tài)：即該節(jié)混凝土澆注完畢，還不能考慮砼初凝對結(jié)構(gòu)的影響，相當于該節(jié)段砼完全作用與該掛籃上，并且還有混凝土澆注及振搗的輕微沖擊的影響，以及掛籃自重與施工荷載等。此橋掛籃設計以2號塊和2號塊兩個工況進行計算。在此荷載組合下分別驗算底籃、主桁、吊帶、后錨等結(jié)構(gòu)的強度及剛度，驗算掛籃整體的抗傾覆穩(wěn)定性及橫向穩(wěn)定性。 4.4.2行走狀態(tài)：主要驗算掛籃自重、施工荷載等荷載組合下的配重及吊帶等結(jié)構(gòu)。 4.4.3拼裝狀態(tài)：主要驗算底籃拼裝成整體后在自重作用下四點吊裝時的強度及剛度。 3

11、0;荷載試驗 為檢驗掛籃主要受力構(gòu)件的實際能力、掛籃加工質(zhì)量和安全可靠性，對掛籃進行等代荷載法加載試驗，以測試掛籃主要受力構(gòu)件的撓度，獲得彈性變形值消除非彈性變形，為箱梁立模標高提供數(shù)據(jù)。 加載方法為采用液壓千斤頂配合油泵、壓力表進行，加載過程分別按設計荷載的60%、100%、130%三種噸位分級緩慢進行，以便保持各千斤頂?shù)耐絽f(xié)調(diào)，達到理論荷載并穩(wěn)定后，即可進行有關(guān)項目的測試，主要試驗項目及其撓度試驗結(jié)果如： 表1荷載試驗主要項目及其撓度檢測成果 6.22#塊施工：安裝底模、側(cè)模；調(diào)校模板位置和標高后，模板和腹板底籃；安裝內(nèi)模架；綁孔頂板和翼板鋼筋，用波文管設置預留孔；一對掛藍對稱澆筑底板、

12、腹板、翼板、頂板混凝土；混凝土終凝后，張拉預應力前測量掛籃和施工塊梁各測點標高；混凝土達到張拉強度后張拉縱、橫豎向預應力束，并壓漿；對掛籃后錨預應力筋應先張拉后在錨固；張拉后測量各塊段箱梁測點標高。 6.33#塊箱梁施工 在2#塊箱梁達到規(guī)定強度，且張拉縱橫向預應力束并壓漿后掛籃解體(詳見圖03)并加配重，前移就位，進行下一塊段施工。 重復2#塊施工步驟。 6.44#19#塊箱梁施工 6.4.1掛籃前移 在3#塊箱梁達到規(guī)定強度，且張拉縱橫向預應力束并壓漿后掛籃前移就位，進行下一塊段施工。 6.4.2重復2#塊施工步驟。 6.5施工測量 在每一塊箱梁應設置觀測點，施工前、后及施工過程中，應加強

13、測量監(jiān)控，連續(xù)觀測各階段箱梁撓度，以便必要時對箱梁預拱度進行調(diào)整，測點布置圖如下： 在各塊段澆注前、澆注砼后、預應力張拉后都應觀測所有已澆混凝土各塊段測點標高。 4 掛籃施工技術(shù)措施 4.1 掛藍拼裝 （1）嚴格按照設計圖紙要求進行加工，螺栓孔眼及銷孔位置必須嚴格控制。 （2）銷孔處型鋼綴板必須保證等強度焊接。 （3）對于多方連接的桿件（如主梁、立拄、斜拉帶等）必須制作樣板精確加工，以減少安裝時麻煩。 （4）所有焊接焊縫應按圖紙要求施焊，并且應滿足等強度焊接。 （5）進行構(gòu)件加工時，應先閱讀圖紙說明，了解各種材料的材質(zhì)、規(guī)格、然后才能加工。本掛籃斜拉帶、呆帶及標明的鋼板為1

14、6Mn鋼；所有銷子均為45#鋼，并作熱處理；其余材料均為A3鋼。 5.1.2拼裝要求 （1）三角桁片拼裝完成后，主梁、立柱和斜拉帶應處于一定的安裝應力狀態(tài)。 （2）三角桁片主梁頂、底面均應與前橫梁連接牢固。 （3）底籃縱梁與底籃前、后橫梁間應栓接緊密。 5.2拼裝程序 5.2.1準備工作：在1#塊由托架施工完畢，張拉后，用1：2水泥砂漿找平鋪枕木部位；每根縱梁下設一對間距為16cm的鋼軌，鋼軌下按要求鋪枕木。 5.2.2拼裝主桁：安裝主梁、施加主梁后錨、安裝主梁平聯(lián)、安裝立柱、立柱平聯(lián)及斜拉帶，形成三角桁架：然后安裝主桁中橫梁及前橫梁，為加強掛籃的整體性、牢固性，在三角桁架安裝應力調(diào)整后，立柱平聯(lián)應與立柱焊接，主梁平聯(lián)及中橫梁應與主梁焊接。安裝吊帶。 5.2.3安裝掛籃底籃后橫梁，安裝底籃前橫梁，安裝縱梁。 5.3掛籃施工完成后拆除：按照底籃縱梁、底籃橫梁、吊帶、前橫梁、斜拉帶、立柱、中橫梁、主梁平重、配重、主梁的順序進行掛籃的拆除，拆除過程過必