淺談懸澆車式掛籃設計

齊愛麗

1 工程概況

羅河大橋為山西省離軍高速公路全線的重難點工程和控制性工程,該橋為左右幅分離式橋型,其上部構造形式:引橋為先簡支后連續預應力混凝土連續箱梁,主橋為(55+2×90+55)m三向預應力連續剛構,連續剛構采用掛籃懸臂澆筑的施工方法。該橋左右幅共6個T構,每個T構分10個梁段,梁段斷面形式為單箱單室,頂板寬12 m,底板寬6 m,其中0號塊高度為5.0 m,最長梁段為4.0 m,最重梁段重為120 t。

2 懸澆車式掛籃設計原則

1)要求掛籃的重量小,結構簡單,受力明確,運行、裝卸方便。2)要求掛籃變形小,穩定性好,抗傾覆性能好。3)設計時,應考慮各項實際可能發生的荷載,按照最不利荷載組合進行受力驗算。

3 懸澆車式掛籃結構形式及特點

1)主承重系統。由兩榀鋼箱梁全焊結構作為主承重系統,鋼箱梁由12 mm和16 mm厚鋼板焊接而成,高度為100 cm,寬度為53 cm,其受力特點是:底模平臺及側模支架所承荷重由前吊桿垂直傳至鋼箱梁上,通過后錨解決抗傾覆穩定問題,鋼箱梁本身為受彎構件。為考慮到移動方便,兩榀之間輔以連接,形成整體。2)錨固系統。錨固系統分為主桁的錨固和底模平臺的錨固兩部分。主桁的錨固是利用箱梁的豎向預應力鋼筋把軌道錨固在已澆筑完成的箱體上,通過后錨扁擔梁把主桁后節點錨固在軌道上。根據掛籃和最大懸澆梁段自重、施工荷載、材料機具自重等因素綜合考慮,其安全系數控制在2.0以上。單榀主桁在后支點處實際共錨6道 Φ 32J精軋螺紋鋼,通過YGL連接器與豎向預應力筋連接;底平臺前、后端由Φ 32J吊桿分別錨固于前上橫梁及已澆塊件前端。3)行走系統。行走系統主要由葫蘆、軌道、行走小車及滑板撐腳組成。4)底平臺系統。底平臺系統包括外側模、內側模及底模、底模平臺。外側模采用5 mm鋼板加型鋼組成,與內模采用對拉螺桿連接。模板設計為組裝活動式,可根據梁段的高度和長度變化隨時接長(高)和拆卸。內模由內模桁架、豎帶、斜支撐以及組合鋼模等組成。內模安置在由內模桁架、豎帶和斜支撐組成的內模框架上。底模平臺為懸澆塊件的承重平臺,平臺縱梁采用28a工字鋼,平臺橫梁分前后橫梁,由雙36a槽鋼制作。5)懸吊系統。主要由鋼吊桿、分配梁組成。用以懸吊底平臺系統,將其荷載傳給主梁,可以用螺旋千斤頂調節平臺及模板標高。

4 懸澆車式掛籃受力檢算

4.1 掛籃的設計計算工況

由羅河大橋上部結構設計圖知,在整個箱梁節段中,3號塊節段長為4.0 m(最長),混凝土方量為46 m3(方量最大)在整個掛籃施工節段中,為最不利荷載施工節段,本掛籃設計計算工況以3號塊各參數進行設計計算。

4.2 最不利荷載組合

1)最大節段混凝土重:1 196 kN;2)掛籃自重:330 kN;3)施工荷載按60 kN計。其最不利荷載組合為:T=1 196+330+60=1 586 kN。

4.3 主要結構受力驗算

1)主梁受力計算。

主梁受力簡圖見圖1。

受力計算:

單根主縱梁承重1/4總荷載:T/4=1 586/4=396.5 kN。

對B點彎矩:MB=396.5×4.6=1 824 kN·m。

由公式w=M/[σ]得:w=1 824/215=8 483 cm3。

主承重梁擬選用箱形梁如圖2所示。

a.強度驗算:

b.剛度驗算:

2)后錨系統受力計算。

后錨采用4道Φ 32精軋螺紋鋼筋通過YGL連接器與豎向預應力鋼筋相連。

單個主承重梁后錨支點反力v=396.5×4.6/4=455.97 kN＜N=4×675×π×322/4=2 170 kN,滿足要求。

3)前支點受力計算。

掛籃前支點B支撐在箱梁腹板頂面,其單個支點反力VB=396.5×4.6/4+396.5=852.47 kN。

箱梁設計為C50混凝土,其抗壓強度fc=28.5 MPa。

則前支點所需承壓支撐面積A=VB/fc=852.47/28.5=299.1 cm2。

實際支撐面積A=20×50×2=2 000 cm2。

f=852.47/2 000=4.3 MPa,故滿足要求。

4)縱梁受力計算。

底模計算最不利受力塊3號為計算依據進行設計,其受力計算分為腹板下、底模下縱梁兩種情況進行,其縱梁承受由分布較密的橫梁傳遞的荷載,近似按均布荷載考慮。

a.腹板下縱梁計算。

腹板下縱梁主要承受腹板混凝土荷載、部分底板混凝土和部分底模自重,受力簡圖見圖3。

截面選擇:

腹板混凝土自重:q1=4.083×0.6×26×1.2=76.44 kN/m。

部分頂底板混凝土自重:q2=0.43×26=11.18 kN/m。

施工人員及施工荷載:q3=1×1×1.4=1.4 kN/m。施工振搗荷載:q4=2×1×1.4=2.8 kN/m。

施工總均布荷載:q=q1+q2+q3+q4=91.82 kN/m。

由圖知支點反力為V=4q/2=91.82×4/2=183.64 kN。

則Mmax=(91.82×0.3×4)/2+91.82×42/8=237.5 kN·m。

w=M/[σ]得:w=Mmax/[σ]=1 104.7 cm3。

選用3根Ⅰ28a型鋼作為縱梁w=508.2×3=1 524.6 cm3。

強度驗算:

σ=M/w=237.5/1 524.6=155.8 MPa＜215 MPa,滿足要求。

剛度驗算:

按兩端簡支計算:

b.底板下縱梁受力計算:

底板混凝土自重:q1=0.562×2×26=29.2 kN/m。

施工人員及施工荷載:q2=1×2×1.4=2.8 kN/m。

施工振搗荷載:q3=2×2×1.4=5.6 kN/m。

施工總均布荷載:q=q1+q2+q3=37.6 kN/m。

擬選用4根Ⅰ28a型鋼作為縱梁,由上可知受力強度和剛度均滿足要求。

5)前下橫梁、前上橫梁,后下橫梁、后上橫梁受力計算略。

5 懸澆車式掛籃使用效果

1)在以往三角形掛籃、菱形掛籃設計理念的基礎上,采用自行設計、加工制作的懸澆車式掛籃,自重小、重心低;結構形式簡單,裝卸靈活、快捷;安全可靠、經濟實用,且重復利用率高。2)經過施工驗證,掛籃主梁最大變形為1.8 cm。3)掛籃施工時的抗傾覆安全系數大于2,安全可靠。4)單個懸澆車式掛籃的自重(包括模板系統)為33 t,最重梁段為120 t,設計系數為0.275,掛籃相當輕巧,在成本上節約了大量資金。

[1]黃 文,毛學舜,王新定.掛籃懸澆連續箱梁橋施工控制技術[J].山西建筑,2008,34(1):318-319.