預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工中掛籃的比選及應(yīng)用研究

趙 麗

(長(zhǎng)沙市公路橋梁建設(shè)有限責(zé)任公司)

懸臂掛籃施工法又稱為懸臂灌注法或無(wú)支架平衡伸臂法，由于在每段橋梁施工時(shí)使用掛籃施工，不需要大型的施工設(shè)備而在預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋、特別是在大中跨徑橋梁施工中普遍使用。在每段梁段施工時(shí)，懸臂施工把掛籃作為承受力平臺(tái)，通過(guò)掛籃分別向兩側(cè)逐步地向前對(duì)稱推進(jìn)，并灌注混泥土即可完成梁段施工。掛籃作為懸臂施工中的關(guān)鍵設(shè)備，那么掛籃的選擇及受力平衡方式直接影響工程的結(jié)果。

1 掛籃的分類及特點(diǎn)比較

在查閱的大部分的文獻(xiàn)中，一般地將掛籃按兩種方法進(jìn)行分類。一種是按抗傾覆平衡的方式，掛籃可分為半壓半錨固式掛籃、錨固式掛籃和壓重式掛籃;另一種是按構(gòu)造形式，掛籃可分為型鋼式掛籃、斜拉式掛籃、桁架式掛籃和混合式掛籃。桁架式掛籃又可分為平行桁架式、平弦無(wú)平衡重式、弓弦式、菱形等，斜拉式也可以分為預(yù)應(yīng)力斜拉式和三角斜拉式。

平行式掛籃(平行桁架式、平弦無(wú)平衡重式)自身荷載大，掛籃構(gòu)件龐大，在實(shí)際的施工中一般都不采用。弓弦式掛籃在制作安裝比較麻煩，桿件數(shù)量大，但是桿件重量都比較輕，多以常備式為主，桁高能夠合理地受力且能隨彎矩大小而變化。菱形掛籃是比較受歡迎的一種掛籃形式，它受力很合理能一次移動(dòng)到位，而且結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單。斜拉式掛籃是目前最輕的掛籃之一，重要的是它具有無(wú)平衡重的特點(diǎn);但斜拉式掛籃彈性伸縮較大，長(zhǎng)度大，在實(shí)際的應(yīng)用中，特別是在跨度和梁高都比較大的橋梁施工時(shí)，就存在有一定的局限。

3 預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工中掛籃的選擇及受力分析

3.1 工程背景

H橋是全長(zhǎng)為297.43 m，橋面總寬為20.97 m的雙向預(yù)應(yīng)力混泥土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主橋變截面箱梁上部采用連續(xù)梁設(shè)計(jì)的雙箱單室，梁底線形按二次拋物線設(shè)計(jì)。由張拉的時(shí)間，縱向預(yù)應(yīng)力束分為前期束和后期束，在澆筑T型時(shí)前期束張拉，前期束的整束張拉控制為3 068 kN，配YM15-16型錨具，采用兩端張拉，腹板下彎束張拉控制力為1 075fpk，采用16s15.24 mm的鋼絞線;在澆筑完T型束以及主橋合攏時(shí)進(jìn)行后期束張拉。

選擇掛籃時(shí)不能僅僅只考慮橋梁的長(zhǎng)短、跨徑，更為關(guān)鍵的是箱梁自身混泥土的重量對(duì)掛籃的最大承受能力應(yīng)做為控制目標(biāo)。H橋的箱梁較一般橋梁，跨徑不算大，但橋?qū)捿^寬，因此不能忽視掛籃每次所要承受箱梁混泥土的重量和外力。

3.2 掛籃的選擇

掛籃是一個(gè)能沿梁頂滑動(dòng)或滾動(dòng)的承重構(gòu)架，掛籃的設(shè)計(jì)要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重量輕，堅(jiān)固不易變形能承受重力，同時(shí)要能重復(fù)利用，方便裝卸。在施工時(shí)，掛籃的下面要進(jìn)行模板鋼筋施工，所以安裝掛籃時(shí)要在底下預(yù)留足夠的空間，保障施工的作業(yè)面。掛籃的錨固懸掛在已施工的前端梁段上，在掛籃上可進(jìn)行下一節(jié)段的模板、鋼筋、混凝土的澆筑、壓漿等工作，一個(gè)節(jié)段完成后，掛籃向前推移，再進(jìn)行下一節(jié)段的施工，直到完成所有節(jié)段的懸臂澆筑。考慮到H現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，通過(guò)綜合分析比較各種掛籃形式的的特點(diǎn)，該橋懸臂澆筑施工采用自錨式三角組合梁掛籃較為合理。

3.2.1 掛籃的主要構(gòu)件應(yīng)力分析計(jì)算

根據(jù)H橋混凝土懸臂施工工藝要求及施工設(shè)計(jì)圖紙情況，單節(jié)箱梁長(zhǎng)度最長(zhǎng)為4 m，最短為3.5 m，因此，經(jīng)分析決定:采用的掛籃結(jié)構(gòu)，主析、橫梁及底模架、行走系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)和模板構(gòu)成了掛籃的主體結(jié)構(gòu)，行走采用后錨自錨式結(jié)構(gòu)，用焊接的方式把桿件聯(lián)結(jié)，使掛籃在現(xiàn)場(chǎng)可以方便安裝。

(1)主桁結(jié)構(gòu)

掛籃的主桁結(jié)構(gòu)由四片三角形析桁架組成，四片主桁的三角形桁架之間通過(guò)四根上水平橫梁加強(qiáng)形成整個(gè)橫梁，掛籃前橫梁設(shè)計(jì)為10根32精扎螺紋筋連接底橫梁，聯(lián)結(jié)的方式為焊接，主桁桁架各桿件之間通過(guò)焊接聯(lián)結(jié)，桿件材料均采用140a。

(2)掛籃荷載確定

掛籃荷載決定于受力最大的梁塊，即掛籃對(duì)最大的梁塊都能滿足要求，那么掛籃就能滿足要求，因?yàn)樵诿恳还?jié)箱梁的施工過(guò)程中掛籃的受力模型是不變的。根據(jù)H橋混凝土懸臂施工工藝要求及施工設(shè)計(jì)圖紙情況發(fā)現(xiàn)，第四節(jié)箱梁的為最大長(zhǎng)度4 m，混泥土的重量達(dá)到了863 kN，產(chǎn)生的力矩最大。因此可以根據(jù)第四節(jié)箱梁來(lái)驗(yàn)算確定掛籃荷載。

掛籃的重量:三角主桁梁重 31.09 kN;側(cè)、內(nèi)膜重80.97 kN;底部橫梁61.12 kN、縱梁30.07 kN;底板模板重24.91 N。

由荷載沖擊系數(shù)(K1)與鋼鋼結(jié)構(gòu)加工焊縫引起重量的增加量(K2)的乘積得到掛籃結(jié)構(gòu)荷載的安全系數(shù)(K)，即K=K1×K2=1.18×0.97=1.14

(3)驗(yàn)算掛籃主要構(gòu)件的應(yīng)力

掛籃的主精梁、吊帶和錨固系統(tǒng)是主要的受力構(gòu)件。如其受力圖所示，掛籃自身重力、施工荷載、混泥土重力等通過(guò)前、后斜梁F2、F3傳遞到主桁梁F4產(chǎn)生下繞變形。

計(jì)算每個(gè)主桁梁的受力，所有承受力F

圖2 主桁梁受力示意圖

這個(gè)重量F最后通過(guò)前吊帶傳遞到掛籃的4個(gè)主桁梁，則每個(gè)主桁梁的拉力F1是

由受力分析，F(xiàn)6與F1將構(gòu)成一個(gè)力矩的平衡關(guān)系，F(xiàn)2、F3與F4三者之間也構(gòu)成一個(gè)受力的平衡，也就可以得到

豎向受力方面，F(xiàn)5、F6與F1三者之間存在相互平衡光系，構(gòu)成平衡方程，得F5

再通過(guò)建立力學(xué)，應(yīng)用MIDAS軟件得出掛籃主桁梁的最大彎矩為6.630 00×105 kN·mm，最大撓度應(yīng)小于1 cm。由于

所以主桁滿足施工要求。

四個(gè)主桁梁的受力和構(gòu)成了整個(gè)前橫梁承受的豎向力:P總=4×F1=132.63×4=530.52 kN，又因?yàn)閽旎@前橫梁設(shè)計(jì)為10根Φ32精扎螺紋筋連接底橫梁，每根吊帶的拉力

P=KP總/10=1.14X530.52/10=60.48 kN ［σ］=331 kN，所以滿足施工要求。

3.2.2 掛籃試壓

安裝完掛籃后應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行試壓，目的是消除掛籃的非彈性形變，并對(duì)掛籃的安全和穩(wěn)定進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)指揮部、監(jiān)理和監(jiān)控小組同意批準(zhǔn)后，試驗(yàn)方案方可開(kāi)始實(shí)施。試驗(yàn)方案的目標(biāo)是獲取加載與掛籃變形的關(guān)系曲線，所以應(yīng)對(duì)掛籃進(jìn)行掛籃分級(jí)加載試驗(yàn)，為更好地檢驗(yàn)全部掛籃的性能，在條件允許的情況下逐個(gè)對(duì)掛籃進(jìn)行加載試驗(yàn)。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)當(dāng)前我國(guó)預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工中掛籃的普遍使用的現(xiàn)狀，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)掛籃的分類及特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)比較，結(jié)合H橋現(xiàn)場(chǎng)施工情況進(jìn)行了實(shí)證分析與研究。合理地選擇掛籃施工及對(duì)掛籃重點(diǎn)構(gòu)件和受力狀況正確分析是不同類型預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋懸臂施工中的關(guān)鍵。H橋的實(shí)證試驗(yàn)結(jié)果表明:角組合梁式掛籃主要各構(gòu)件中主桁梁、吊帶受力最大，是掛籃設(shè)計(jì)和施工中重點(diǎn)控制構(gòu)件。

［1]姚齡森.橋梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2]倪順龍，郭光松.京杭運(yùn)河特大橋設(shè)計(jì)與施工［M］.北京:人民交通出版社，2006.

［3]黃繩武.橋梁施工及組織管理［M］.北京:人民交通出版社，2000.