預應力混凝土槽型連續梁掛籃設計與施工

徐士鋒

摘要：隨著我國交通事業的建設、交通技術的發展，具有較好隔噪效果、建筑高度低的槽型連續梁引起了工程人員們的關注。在本文中，將以我國某城市線槽型連續梁施工實例，對預應力混凝土槽型連續梁掛籃設計與施工進行一定的研究與分析。

Abstract： With the transportation construction and the development of transportation technology in China， the trough type continuous beam aroused the concern of the engineering researchers because of the good noise insulation effect， low building height of it. This paper takes the construction of trough type continuous beam in a city as the example to research and analyze the hanging basket design and construction of the prestressed concrete trough type continuous beam.

關鍵詞：預應力混凝土；槽型連續梁；掛籃設計；施工

Key words： prestressed concrete；trough type continuous beam；hanging basket design；construction

中圖分類號：U445.466 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）07-0135-03

0 引言

三角掛籃、平行桁架式掛籃、弓弦式掛籃、槽型連續梁掛籃是目前橋梁工程中普遍應用的掛籃系統。我國南部某城市橋梁主梁主梁靠近箱梁頂面，掛籃橫梁位置較低，因而要求作業面要寬。而三角掛籃、平行桁架式掛籃、弓弦式掛籃自重較重，施工時會對作業面產生影響。槽型連續梁掛籃自重較輕，不會過多干擾作業面的施工活動，而且工期較短，故本工程采用槽型連續梁掛籃結構開展橋梁施工，本文就結合工程實例對這種掛籃結構的結構形式、施工流程以及需要注意的問題進行具體探析。

1 工程概況

我國南部某城市，其橋梁主梁為（50+105+50）m預應力變截面槽型連續梁，其主梁截面為槽型，由底箱以及兩個邊箱組成。其中為單箱單室，支點位置量高度為8.2m，跨中梁位置為2.9m。底箱方面，其為單箱三室，整個梁分為49個梁段，0號段為2m。根據工程需求以及橋梁實際，確定以支架現澆的方式對0號段進行施工，1號以連體掛籃懸臂方式進行施工，其余段以菱形掛籃懸臂方式進行施工。

2 槽型連續梁掛籃總體結構

在掛籃系統中，其由底模平臺、懸吊系統、走行系統、菱形主桁架以及錨固系統等部分組成。

2.1 菱型主桁架

在掛籃系統中，主桁架是非常重要的受力結構，其由橫向水平銜接以及兩榀菱型主桁架組成。在該結構中，兩榀菱型主桁架高4.5m，間距為8.3m，每榀桁架水平節點間的距離為6m，長度為12.8m。主桿件方面，其使用格構式，在節點方面，則通過高強、承壓型螺栓進行聯接。在兩榀主桁架上，對橫向聯接進行了固定，對于該結構的設置，不僅能夠使主桁架具有較好的穩定性，且能夠對兩榀菱型主桁架的同步行走進行實現。

2.2 底模平臺

對于該結構來說，其在應用中將直接對來自梁段的混凝土重量進行承受，且能夠對鋼筋板扎、混凝土澆筑以及立模等工作的開展提供操作空間，由縱梁、前后橫梁以及底模板等組成。在本工程中，平臺底模板由4塊2*7m的模板進行組拼形成，而縱梁方面，則是以組焊的方式形成。在橫梁同縱梁間，使用了螺栓進行聯接，且前后衡量中心間距為5.2m。

2.3 模板系統

在模板系統方面，該橋梁外側模使用了大體積模板，而底箱以及腹箱則使用了抽屜式作為內模。

2.4 懸吊系統

懸吊系統主要在底模平臺上進行應用，其能夠將內外模的自重、底模平臺以及其他類型的荷載傳遞到已經施工完成的梁段以及主構架位置。在該系統中，其主要包括有中橫梁、扁擔梁、上橫梁、螺旋千斤頂以及平臺前后吊桿等。在橫梁位置，在底模前后各對6個吊點進行設置，其中，中橫梁腹板位置處的吊點以及上橫梁的邊側吊點使用的是吊帶，并以鋼板對其進行制作。而對于其余吊點，則使用了精軋螺紋鋼筋進行施工。同時，在掛籃前橫梁位置，對底模平臺進行了懸吊，而在前上橫梁位置，則對由扁擔梁、螺旋千斤頂以及墊量組成的調節裝置進行了設置，能夠根據施工需求對底模標高進行隨意的調整。而在實際操作過程中，平臺后端則會在已經施工完畢梁段的頂板以及腹板位置進行懸吊，并在中橫梁位置對走行底模平臺進行懸吊，以此使掛籃能夠更為便利的實現移動。

2.5 錨固系統

對于該系統而言，其在兩榀主桁架后節點位置進行設置，一共具有兩組，在每組系統中，共具有后錨桿6根，扁擔梁3根，通過對上述設施的設置，能夠保證在開展混凝土澆筑工作時，能夠對產生的傾覆力矩進行平衡，在保證施工穩定性的同時使掛籃施工具有著更為安全的特征。在該系統，其傳力途徑從后節點開始，在經由扁擔梁以及后錨桿后最終傳遞到前端混凝土位置。

2.6 走行系統

在該系統中，其主要包括有軌道、反扣輪、牽引設備以及墊枕等。在實際掛籃進行走行時，其會在前支座的頂面位置滑行，在同構架后節點實現聯接的基礎上順著軌道下緣進行行走。按照圖1所示的走行流程進行走行操作時，其需要對2臺千斤頂設備進行設置，通過其力的施加對主桁架在牽引的基礎上帶動整個平臺一起向前移動、最終來到預定位置。同時，梁體、千斤頂以及油泵在豎向預應力方面具有著通用的特征，在走行過程中，傾覆力途徑則為后節點-后支座-軌道-墊枕，最終傳遞到預應力鋼筋位置。

3 槽型掛籃設計方案

3.1 設計荷載

在設計荷載方面，主要包括有以下方面的內容：第一，混凝土重度，該工程取值為25.4kN/m3；第二，混凝土超載系數，該工程取值為1.05；第三，施工機具、人員以及施工材料的荷載，該工程取值為1kN/m2，具體大小聯系頂段的整體面積進行計算；第四，鋼材的重度，該工程取值為77.4kN/m3；第五，風荷載，該工程取值為0.35kN/m2；第六，掛籃走行動力，該工程取值為1.1；第七，混凝土材料灌注系數，該工程取值為1。

3.2 設計工況

在該環節中，通過對本工程實際情況的聯系，并根據梁段的重量、高度以及長度的參數，對以下掛籃工況設計：

3.2.1 工況一，在1號梁段，按照連體掛籃懸臂灌注方式進行施工。在該施工段，其所具有的混凝土具有較大的重量，整體長度較小，兩個掛籃處于聯體狀態，并做好主構架桿件剛度以及強度的控制：第一，對強度荷載組合進行計算，其具體方式為動力系數同該梁段混凝土重量以及超載系數的乘積，加上動力系數同聯體掛籃重量間的乘積，并加上風、人員、施工材料以及施工設備的荷載；第二，對剛度荷載組合進行計算，即對掛籃重量、施工材料、施工人員、混凝土重量以及施工機具荷載的求和。

3.2.2 工況二，在2號梁段，以混凝土材料對其進行灌注施工。在該梁段，其混凝土材料所具有的重量最大、其梁段整體長度也最長，需要在對掛籃不同桿件剛度以及強度進行控制的基礎上對掛籃的穩定性進行驗算：第一，對強度荷載組合進行計算，其具體方式為動力系數同該梁段混凝土重量以及超載系數的乘積，加上動力系數同聯體掛籃重量間的乘積，并加上風、人員、施工材料以及施工設備的荷載；第二，對剛度荷載組合進行計算，即對掛籃重量、施工材料、施工人員、混凝土重量以及施工機具荷載的求和。

3.2.3 工況三，在2號梁段施工完成之后，掛籃從2號逐漸向著三號梁段進行行走。對于該工況而言，其具有著較長的走行距離，需要做好掛籃走行狀態的控制，保證其在整個過程中具有穩定、抗傾覆的特點。其荷載組合計算方式為掛籃自重同動力系數的乘積，并加上風荷載。

3.3 結構計算

在該環節中，在對大型結構計算軟件進行應用的基礎上按照容許應力方式對空間的內力情況進行分析，并以梁單元作為計算模型。在主構架方面，按照剛接以及鉸接這兩種方式進行計算，并在實施鉸接時對梁端的轉角約束進行釋放。在主構架的壓桿方面，則需要以剛接方式對內力進行計算，在對桿端次彎矩進行充分考慮的基礎上，利用Madis計算軟件進行結構計算，計算參數如下：

鋼材彈性模量：E=2.06e5MPa；密度：γ=7850kg/m3；

泊松比：μ=0.3；線膨脹系數：α=0.000012；

鋼材按容許應力取值，臨時結構提高30%；

懸臂澆注箱梁梁段最大重量：98t（1#節段）；

懸臂澆注箱梁梁段最大分段長度：4.0m；

懸臂澆注梁段高度：5.346m。

掛籃計算取箱梁不同節段長最重塊段驗算，分別取（1#、6#、8#塊段進行驗算）：

梁段混凝土重量：2.65t/m3；人群及機具荷載取2.5kPa；

超載系數取1.05；新澆砼動力系數取1.2；

掛籃行走時的沖擊系數取1.3；抗傾覆穩定系數2.0。

荷載組合：①砼重+掛籃自重+施工、人群機具+動力附加系數（強度計算）；②砼重+掛籃自重（剛度計算）；③掛籃自重+沖擊附加系數（行走穩定性）。

主構架節點方面，其按照剛接方式對內力進行計算以及設計。同時，由于前上腹桿衡量位置所具有的剛度同弦桿位置的剛度相比較小，對此，則需要腹桿能夠對桿端彎矩進行釋放。為了能夠使模型計算具有更好簡潔性、更有利于對于計算結果的分析，對于箱梁翼緣板、外側模自重以及其上方的施工材料、施工機具以及施工人員則需要在轉換成集中荷載之后將其施加在主構架位置上，并將箱梁頂板位置的混凝土重量、內模自重以及其上方的材料、機械設備以及施工人員等在轉換為均勻荷載之后施加在底模板之上。

3.4 計算結果

經過對上述計算方式的應用，得到圖1～圖2所示的結構參數計算結果。除了聯體掛籃專用桿件的剛度以及強度由工況一實施控制之外，由工況二對掛籃其他位置構件所具有的剛度以及強度進行控制。在此基礎上，經過對相關參數的細致計算，發現本工程掛籃結構所具有的剛度、強度、抗傾覆系數以及穩定性都能夠對規范要求進行滿足。

3.5 加載試驗

在對掛籃實際進行拼裝之前，需要先對主構架開展加載試驗，以此對整個結構的穩定性以及可靠性進行驗證，在此基礎上為線性控制對非彈性以及彈性變形值進行提供。在具體試驗中，需要對兩榀主構架對拉的加載方式進行應用。在荷載方面，則需要按照5個級別進行分別施加，其數值分別為設計最大荷載值的120%、100%、80%、60%以及20%。經過相關試驗，可以了解到，在我們對100%荷載進行施加時，結構構架前節點所具有的彈性變形情況為21mm，同我們之前計算的理論值相比具有著較好的吻合特征。而在主構架非彈性變形方面，其變形情況為1.4mm，由于該結構使用的主構架以具有高強度的螺栓實施連接，對于這部分較小的變形情況則可以忽略不計。

4 施工流程

槽型連續梁掛籃施工與其它掛籃結構的施工流程基本類似，即“掛籃拼裝→掛籃前移→掛籃走行→掛籃拆除”。

4.1 掛籃安裝

在0號梁段施工完成后，即可按照下面的流程，從梁段中心向兩側對稱安裝兩套施工掛籃，掛籃安裝按設計圖進行。

測量定位→安裝滑道→吊裝型鋼立柱、后錨梁、中橫梁→安裝后吊桿、前吊桿→整體吊裝底模系統→安裝內、外模及模板支架→吊裝張拉平臺→用經緯儀調校掛籃位置由于0號段長度較短，不能夠對兩個掛籃起步需求進行滿足，且該橋段同已經存在的鐵路線間具有著跨越情況，則不能夠以支架現澆方式進行施工。對此，在對該梁段進行施工時，則僅能夠將掛籃的主構架進行拼裝，以連體懸臂灌注的方式對該梁段進行灌注。即在將兩個掛籃結構以重疊、交叉方式進行拼裝之后，通過上下聯體水平桿的應用對連體主構架進行連接。同時，這兩個主構架在獨立掛籃以及后錨方面具有著相同的特征，而為了避免混凝土材料在灌注的過程中由于荷載不平均出現不穩定情況，則可以在不同掛籃的前節點位置對前錨桿進行設置，以此使其具有更好的穩定性。

4.2 掛籃前移

①連續梁節段預應力束張拉完成后，先放松前、后長吊桿，再稍將中間的兩根后短吊桿放松（不要密貼），拆除其余短吊桿；同時在已澆箱梁頂的固定支點位置，起頂前端桁梁，安裝下一節段施工前支點，在清除支點表面雜物后，涂抹黃油，以減小掛籃前移時的阻力。②拆除掛籃后錨吊桿系統，通過2臺YC75-100張拉長行程千斤頂頂進前支點使掛籃在滑道上滑行，后支點用鋼筋與前支點連接。為保證掛籃縱橫向位置，滑道位置應測量準確放線，掛籃走行前，滑道應與豎向32鋼筋錨固，以抵抗后支點上拔力。③掛籃前移速度不宜過快，兩邊前移應同步，防止支點與滑道卡住導致走行困難，影響結構安全?？捎糜推針顺隹潭染€，前移時設專人觀察，發現不一致時及時調整。④掛籃走行到位后，安裝底模平臺后短吊桿，收緊前吊桿及后短吊桿，調整后錨吊桿系統，使前吊桿、后吊桿及后錨吊桿均處于施工前受力狀態。⑤掛籃在前移和澆筑混凝土時，若遇6級以上大風，應停止施工，掛籃在停止施工時后錨吊桿應處于工作狀態。⑥掛籃施工屬高空作業，現場應做好欄桿、扶梯、并懸掛安全網，施工人員要按技術要求和安全操作規程作業，以確保施工質量和施工安全。

4.3 掛籃走行

按照上述工況和結構參數拼好掛籃結構后，再按照走行流程逐步開展掛籃系統的施工作業。

4.4 掛籃拆除

最后一節懸臂梁段完成張拉工序后，便可拆卸掛籃，拆卸時，先將工作平臺拆除，然后按以下順序拆卸：底?！饽＜爸Ъ堋鯒U→連接系→立柱→滑道。

5 槽型連續梁掛籃結構與普通掛籃結構施工效果對比

本文之所以采用槽型連續梁掛籃結構開展施工作業，是因為工前已對目前廣泛采用的幾種掛籃結構都進行了工況分析，發現槽型掛籃在本工程中更有應用優勢（分析結果見表1）。本工程主梁靠近箱梁頂面，掛籃橫梁位置較低，因而要求作業面要寬，槽型連續梁掛籃結構都充分滿足了本工程的施工要求。而且通過實踐驗證，槽型連續梁掛籃結構從拼裝到灌注結束工期僅為5天，其它幾種掛籃結構至少要7天，這是槽型連續梁掛籃結構最明顯的一個優勢。

6 結論

槽型連續梁掛籃結構自重輕，施工時不會過多干擾作業面，因此采用該結構施作橋梁結構，解決了其他掛籃結構自重大、占用作業面的問題，同時也大大縮短了施工周期，加快了工件成型進度，獲得了良好的施工效果。

隨著我國交通事業的發展，槽型連續梁還會應用到更多工程領域，它的功能也將進一步拓展，但是這都有賴于掛籃設計的不斷改進。應該在掛籃設計與應用方面多家研究，堅持調整和改進掛籃設計，以期不斷提高其應用效果。

在上文中，我們以實例的方式對預應力混凝土槽型連續梁掛籃設計與施工進行了一定的研究，施工完成后，獲得了較好的施工效果，為后續類似工程的施工提供了指導。

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