向家壩水電站大汶溪大橋牽索掛籃設(shè)計(jì)

王貴羽(中建交通建設(shè)集團(tuán)有限公司 廣東 花都 510800)

一、工程概況

大汶溪大橋是向家壩水電站庫(kù)區(qū)南岸鎮(zhèn)至綏江縣復(fù)建公路上橫跨金沙江支流—大汶溪的一座公路特大橋，橋址位于擬建的綏江縣城新址邊緣。主橋?yàn)?110+250+110)m雙塔雙索面斜拉橋。

主橋主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土肋板式斷面(即π形梁)，梁肋邊緣處梁高2.7m，中心處梁高2.839m。主梁梁頂寬18.5m，頂板厚0.32m，主梁梁底寬19m，每節(jié)段設(shè)橫梁，寬0.35m，橫梁中心距節(jié)段線0.6m。

單塔的中跨2#節(jié)段~15節(jié)段和邊跨2#節(jié)段~14#節(jié)段采用牽索掛籃澆筑。0#節(jié)段、1#節(jié)段及邊跨直線段采用支架現(xiàn)澆。邊跨和中跨合攏段均采用吊架法現(xiàn)澆。中跨節(jié)段梁長(zhǎng)均為8.0m，均重3445KN，邊跨1#節(jié)段~9#節(jié)段梁長(zhǎng)8.0m，最大重量5426KN，10#節(jié)段~14#節(jié)段梁長(zhǎng)5.6m，最大重量4638KN。

混凝土主梁采用牽索掛籃懸澆施工。

二、牽索掛籃總體構(gòu)造

根據(jù)中跨及邊跨主梁截面形式不同，牽索掛籃結(jié)構(gòu)形式也不相同。

牽索掛籃主要由承重系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、升降系統(tǒng)、走行系統(tǒng)及模板系統(tǒng)等組成。參見圖1。

圖1 牽索掛籃布置示意圖

1.掛籃承重系統(tǒng)

考慮結(jié)構(gòu)的力學(xué)要求、拼裝工藝及經(jīng)濟(jì)條件，承重系統(tǒng)采用鋼箱梁和焊接工字型梁組成空間整體式平臺(tái)。該平臺(tái)通過兩根主縱梁(邊跨掛籃新增兩根次縱梁用于承受腹板變寬段混凝土荷載)、一根前橫梁(包括施工平臺(tái))、一根中橫梁及連接系組成空間受力體系，保證了掛籃縱橫向剛度及混凝土梁縱橫向線形。

平臺(tái)結(jié)構(gòu)中，前橫梁、中橫梁均為焊接工字型梁，分兩段制造，工廠預(yù)拼，現(xiàn)場(chǎng)螺栓連接。前橫梁施工平臺(tái)為三角結(jié)構(gòu)，焊接在前橫梁腹板上，與前橫梁成90.角，通過在施工平臺(tái)頂設(shè)置水平桿，使三腳架與前橫梁形成加勁桁架，改善前橫梁在受力工況下的整體穩(wěn)定性。

主縱梁為加勁鋼箱梁分三段制造、預(yù)拼，采用Φ27普通螺栓現(xiàn)場(chǎng)拼接。

2.掛籃錨固系統(tǒng)

掛籃錨固系統(tǒng)由斜拉索錨固結(jié)構(gòu)、中吊桿、后吊桿(材質(zhì)均為40Cr，直徑60mm)及剪力鍵組成。

斜拉索錨固結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力廠家訂制，作用在主梁弧形首上。

中吊桿設(shè)置在主縱梁與混凝土橫梁相交處，和斜拉索共同承受掛籃自身重量和節(jié)段混凝土重量。

后吊桿設(shè)置在主縱梁尾部，抵抗張拉斜拉索時(shí)掛籃尾部產(chǎn)生向下的豎向力。

剪力鍵設(shè)置在主縱梁上，位于中吊桿后1.2m處，用以平衡斜拉索產(chǎn)生的水平力。由于剪力鍵嵌入預(yù)埋在主梁混凝土的鋼盒子內(nèi)，且水平力較大，為防止混凝土局部應(yīng)力偏大導(dǎo)致壓碎破壞，采用梁體預(yù)埋鋼盒子并與主梁鋼筋焊接進(jìn)行加固，鋼盒子尺寸較剪力鍵尺寸大，待剪力鍵嵌入鋼盒子內(nèi)，用兩側(cè)面用鋼板填塞，防止提升掛籃時(shí)剪力鍵在鋼盒子內(nèi)晃動(dòng)引起掛籃偏位。

3.掛籃升降系統(tǒng)

掛籃升降系統(tǒng)由中吊桿及放置在主縱梁尾部的千斤頂組成，掛籃下放時(shí)，動(dòng)作千斤頂，使主縱梁頂板與主梁底面脫離，同時(shí)放松中吊桿。掛籃提升時(shí)與下放相同。

4.掛籃走行系統(tǒng)

掛籃走行系統(tǒng)包括設(shè)置在主縱梁上中吊桿位置外側(cè)的走行掛鉤、主梁頂面的滑道、梁端牽引以及主縱梁尾部的走行反力輪。

走行掛鉤為加勁箱梁，下端通過Φ27螺栓與主縱梁外側(cè)相連，上端通過滑座擱置在滑道上，走行掛鉤同時(shí)可作為掛籃橫向微調(diào)的反力座。

滑道由鋼板焊接成槽型，可限制掛籃走行時(shí)橫向偏位。滑道用預(yù)埋鋼筋錨在主梁頂面，與走行掛鉤滑座接觸面涂抹黃油，以利走行。

梁端牽引是在主梁前端部頂面設(shè)反力座，用Φ32精軋螺紋鋼筋一端固定在走行掛鉤上，另一端在反力座處用穿心千斤頂張拉，以達(dá)到掛籃前移。一套掛籃共兩個(gè)走行掛鉤，走行須同步。

主縱梁尾部的走行反力輪根據(jù)受力要求和受剪力盒子位置影響，每根主縱梁設(shè)兩個(gè)走行輪，在主縱梁尾部千斤頂動(dòng)作的同時(shí)，可根據(jù)掛籃的下放或提升來安裝或拆卸走行反力輪。

5.掛籃模板系統(tǒng)

模板系統(tǒng)包括外側(cè)模，底模、橫梁模板、內(nèi)側(cè)模、頂板模板及其支撐拱架。

掛籃主縱梁頂板及前橫梁頂板用做混凝土主梁底模，可減少掛籃重量。

頂模的支撐拱架在混凝土澆筑時(shí)提升到設(shè)計(jì)位，用銷軸固定在主縱梁上，掛籃走行時(shí)，通過拱架滑道下放拱架至設(shè)計(jì)位，用銷軸固定在滑道上，下放頂模、平放內(nèi)側(cè)模及橫梁內(nèi)側(cè)模，以利掛籃通過橫梁底部。

外側(cè)模均設(shè)斜撐撐在施工平臺(tái)上，隨同掛籃一起前移。

三、牽索掛籃計(jì)算

牽索掛籃采用SAP2000有限元程序建立空間整體模型計(jì)算。簡(jiǎn)化邊界條件，掛籃自身結(jié)構(gòu)用梁?jiǎn)卧M，斜拉索用程序自帶索結(jié)構(gòu)模擬(考慮垂度對(duì)斜拉索彈性模量的影響)，斜拉索初張力用降溫模擬加載。

荷載說明：

1、混凝土自重：取26.5KN/m3,并考慮1.05的漲模系數(shù)；

2、施工荷載：1.5KN/m2；

3、模板及其支撐拱架荷載按實(shí)際結(jié)構(gòu)加載；

5、掛籃主縱梁，前、中橫梁等自重乘以系數(shù)后模型自動(dòng)加載；

6、牽索預(yù)應(yīng)力荷載：根據(jù)牽索掛籃每個(gè)階段標(biāo)高調(diào)整；

7、風(fēng)荷載：工作風(fēng)力6級(jí)；

8、掛籃走行時(shí)的動(dòng)力系數(shù)取1.2。

荷載組合：

1、荷載組合Ⅰ：混凝土重量+掛籃自重+人群和施工機(jī)具重；

2、荷載組合Ⅱ：混凝土重量+掛籃自重+風(fēng)載；

3、荷載組合Ⅲ：掛籃自重+走行動(dòng)力附加荷載+人群和施工機(jī)具重+風(fēng)載

一般情況下，荷載組合Ⅰ用于掛籃主承重系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算；荷載組合Ⅱ用于剛度計(jì)算，荷載組合Ⅲ用于掛籃空載走行驗(yàn)算。

本掛藍(lán)強(qiáng)度、穩(wěn)定性和剛度驗(yàn)算均按荷載組合Ⅰ來計(jì)算(由于掛藍(lán)澆注狀態(tài)時(shí)，風(fēng)荷載對(duì)其影響較小，荷載組合Ⅰ為不利)。荷載組合Ⅲ用于掛籃空載走行驗(yàn)算。

結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果：

建立掛籃整體模型，用SAP2000有限元程序計(jì)算。

根據(jù)設(shè)計(jì)院提供的施工、成橋索力及混凝土主梁施工工況調(diào)整斜拉索索力，控制掛籃前端標(biāo)高，混凝土主梁線形采用索力與標(biāo)高雙控。

將每個(gè)結(jié)構(gòu)單元篩選出檢算其自身強(qiáng)度、剛度及局部穩(wěn)定、連接強(qiáng)度等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)。

掛籃拼裝工序及施工中注意事項(xiàng)

本掛籃拼裝采用陸地上拼裝，整體提升。

在拼裝支架上先拼裝兩條主縱梁、前后橫梁、掛鉤及頂板模板支撐拱架等，然后通過設(shè)置在主梁0#節(jié)段上的提升支架整體提升，掛籃就位后，再用塔吊或汽車吊機(jī)配合安裝模板及牽索系統(tǒng)。

為保證掛籃在走行和混凝土澆筑狀態(tài)的安全使用，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1.掛籃走行前應(yīng)檢查掛鉤的連接螺栓及各構(gòu)件的焊縫情況，并保證滑道的橫向限位有效，做好簽證工作。

2.掛籃下放時(shí)，主縱梁尾端的反力千斤頂與中吊桿應(yīng)同時(shí)動(dòng)作，以防止中吊桿彎曲變形。

3.掛籃提升時(shí)，應(yīng)注意抄墊剪力鍵與預(yù)埋鋼盒子之間的縫隙，以保證剪力鍵全截面受力。

4.掛籃走行時(shí)，上下游掛鉤牽引應(yīng)同步動(dòng)作，以防止橫梁扭曲變形。

5.混凝土澆筑前應(yīng)檢查各主要受力構(gòu)件，并做好簽證工作。

6.為保證吊桿材質(zhì)，嚴(yán)禁在吊桿上電焊，燒焊。

7.掛籃周邊設(shè)有安全護(hù)欄，應(yīng)掛設(shè)防護(hù)網(wǎng)。

五、結(jié)語(yǔ)

根據(jù)π型梁結(jié)構(gòu)自身特點(diǎn)，采用相應(yīng)的掛籃結(jié)構(gòu)形式，以達(dá)到安全、經(jīng)濟(jì)、易于操作的目的。利用成熟的軟件程序建立整體模型進(jìn)行計(jì)算，可得到可靠的計(jì)算結(jié)果。通過掛籃使用情況來看，基本上達(dá)到了預(yù)期目的。

[1]《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》(GB 50009—2001).

[2]《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003).

[3]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041－2000).

[4]《鋼結(jié)構(gòu)原理與設(shè)計(jì)》(王國(guó)周瞿履主編)清華大學(xué)出版社.