排調河1號特大橋三角形掛籃設計

唐華偉

1 工程概況

排調河特大橋位于貴州省三都縣打漁鄉,主橋上部結構為(105+200+105)m預應力混凝土連續剛構,箱梁根部梁高12.0 m,跨中部分梁高4.5 m,箱梁梁高由跨中至梁根部按1.75次拋物線變化。主橋截面為單箱單室箱形截面。箱梁頂板寬13.00 m,底板寬7.0 m,頂板厚 0.30 m,底板厚由跨中0.35 m按二次拋物線變化至根部 1.40 m,腹板分別為0.50 m,0.80 m,橋墩頂部范圍內箱梁頂板厚 0.50 m,底板厚1.50 m,腹板厚1.00 m。橋面橫坡采用不同腹板高度予以調整。

主橋箱梁除墩頂塊件外,各單“T”構箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工,分22對梁段,即(5×3.5+4×4.0+13×4.5)m 進行對稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊件長14.00 m,中孔合龍段長2.0 m,邊孔現澆段長3.85 m,邊孔合龍段長2.0 m。梁段懸臂澆筑最大塊件1號塊重量2 900 kN。主梁采用縱、橫、豎三向預應力體系。

2 掛籃設計思路

掛籃設計時考慮如下幾點:1)掛籃結構輕巧,該橋掛籃在箱梁頂段安裝,所用構件重量均不得大于8 t塔吊的限重;2)掛籃結構簡單,受力明確,剛度大,使用安全可靠;3)掛籃在行走過程中平穩、安全。除軌道、內模外掛籃需整體移出;4)模板設計堅固耐用,剛度較大;5)減少施工工序,縮短施工工期。

3 掛籃設計

3.1 掛籃構造

本橋采用三角形掛籃施工,掛籃重103 t。主要由主桁架、底模平臺、模板系統、懸吊系統、錨固系統及走行系統六大部分組成(見圖1)。

主桁架是掛籃的主要受力結構,由兩榀三角主桁架、橫向連接系組成。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構式,節點采用承壓型高強螺栓連接。

底模平臺:直接承受梁段混凝土重量,并為立模,鋼筋綁扎,混凝土澆筑等工序提供操作場地。底模平臺由底模板、縱梁和前后橫梁組成。底模板采用大塊鋼模板;縱梁采用雙槽鋼或單工字鋼,橫梁采用槽鋼組焊?？v梁與前后橫梁銷接,消除梁底高度變化引起的次彎矩。

模板系統:外側模的模板采用大塊鋼模板拼組,內模板為抽屜式結構,可采用手拉葫蘆從前一梁段沿內模走行梁整體滑移就位。

懸吊系統:懸吊系統由前上橫梁、吊桿組成。吊桿采用32精軋螺紋鋼,將底模平臺上的荷載傳遞到主桁架。

錨固系統:錨固系統設在兩榀主桁架的后節點上,共兩組,每組錨固系統包括3根后錨上扁擔梁、6根后錨桿直接錨固在箱梁頂板和翼緣板混凝土上。

走行系統:走行系統包括軌道、前支座、后錨小車、內外走行梁、滾輪架、牽引設備。掛籃走行時前支座在軌道頂面滑行,連接于主構架后節點的后錨小車反扣在軌道翼緣下并沿翼緣行走。

3.2 施工荷載組合

荷載組合1:動力系數×混凝土重+動力系數×掛籃自重+施工人員、材料、機具荷載+風荷載;

荷載組合2:混凝土重+掛籃自重+施工人員、材料、機具荷載+風荷載;

荷載組合3:動力系數×走行時掛籃自重+施工人員、材料、機具荷載+風荷載。

荷載組合1用于強度、穩定性計算;荷載組合2用于剛度計算;荷載組合3用于掛籃走行計算。

3.3 掛籃主桁架設計

通過計算,主桁架桿選用[40槽鋼焊接的格構式,并在槽鋼腹板中心增設12 mm厚的連接板。槽鋼焊接格構式重量輕,易于調整分肢間距離,保證桿件兩個方向具有相同的穩定性。繞虛軸發生彎曲失穩時,因構件彎曲產生的橫向剪力由比較柔弱的綴板負擔,剪切變形較大,增設連接板,保證構件不產生較大的附加變形。

計算表明,桿件最大拉力1 565.5 kN,最大壓應力1 959 kN。[40槽鋼格構式強度、穩定性均滿足要求(見圖2)。

通過對掛籃空間整體建模分析,掛籃前節點最大撓度為23 mm;主桁架整體穩定性也能滿足要求。

節點選用承壓型高強螺栓連接,受力均勻穩定,非彈性變形可忽略不計,保證主桁架不產生較大的位移。

橫向連接系選用[20槽鋼焊接格構式,保證主桁架的橫向穩定,并在走行時懸吊底模平臺。

3.4 掛籃后錨設計

為了平衡澆筑混凝土時產生的傾覆力矩,確保掛籃施工安全,錨固系統通過6根32精軋螺紋鋼將主桁架后節點的傾覆力傳遞到箱梁頂板和翼緣板上。工作狀態抗傾覆系數為2.8,滿足設計要求。

3.5 掛籃走行設計

走行過程中的抗傾覆力經后錨小車、軌道及兩根精軋鋼筋傳遞給梁體,通過三維建模計算,走行抗傾覆系數為2.2,滿足設計要求。后錨小車選用雙輪反扣于雙排工字鋼軌道上,既便于走行又能保持穩定。內模在鋼筋綁扎完成后采用手拉葫蘆沿內模走行梁滑移就位。

4 掛籃主桁架加載試驗

主桁架在0號段頂面利用預埋掛籃錨固精軋螺紋鋼筋和張拉設備進行加載試驗,模擬最重梁段施工工況,以檢驗主桁架的強度、剛度、工作狀態后錨和前支座的安全性。

4.1 主桁架加載試驗程序

首先模擬最重梁段施工工況的加載試驗,然后進行走行狀態最不利工況的加載。最重梁段施工工況分4級加載,分別為實際荷載的10%,50%,100%,120%。每施加1級荷載均應記錄主桁架前節點中心、主桁架前支座中心、主桁架后節點中心處位移,并仔細觀察主桁架節點、桿件、后錨有無異常。荷載值以油表讀數控制,位移值采用精密水準儀測量。

4.2 數據分析

先計算各級荷載作用下主桁架三個節點中心處的位移值,然后消除主桁架前支座下沉、后節點抬高及其他非彈性變形的影響,重新計算主桁架前節點彈性位移值,并以此值作為實測值與理論計算值比較(見表1)。

表1 掛籃主桁架試壓變形觀測計算分析表

掛籃變形回歸方程:y=a+bx。

其中,a=-0.837 2;b=0.021 78。

主桁架加載試驗數據見圖3。

1)本次加載試驗,掛籃的工作狀態與正常進行循環施工時掛籃的工作狀態有一定的差別,因此試驗大致模擬了掛籃的受力狀態,檢驗了掛籃主體結構,主要是承重系統的安全性,所取得的試驗數據對以后的掛籃施工具有一定的參考意義。

2)本掛籃為新加工設備,設計時取用了較大的安全系數,同時掛籃主縱梁與底平臺之間吊桿每次都要進行預拉以消除掛籃吊桿的非彈性變形,因而掛籃的變形主要是由于主縱梁的彈性變形引起的,其變形與在該種工況下設計計算值較為吻合。

5 結語

實踐證明,該三角形掛籃結構簡單,受力明確,重量輕、剛度大、使用安全可靠,在排調河大橋上的應用是成功的,對高墩大跨連續梁掛籃設計具有參考價值。

[1] TB 10203-2002,鐵路橋涵施工規范[S].

[2] GB 50017-2003,鋼結構設計規范[S].

[3] 蘇維才.橫瀝大橋掛籃設計與施工[J].山西建筑,2008,34(2):324-325.