100m連續梁懸澆施工掛籃設計與計算

李歡慶 / 中鐵十四局集團有限公司青連鐵路項目部

100m連續梁懸澆施工掛籃設計與計算

李歡慶 / 中鐵十四局集團有限公司青連鐵路項目部

本文主要以青連鐵路跨膠州灣特大橋第61~63孔懸澆箱梁為實例，對100m連續梁懸澆施工掛籃設計與計算進行了詳細分析。【關鍵詞】100m連續梁；懸澆施工；掛籃設計；計算

一、工程概況

青連鐵路跨膠州灣特大橋位于青島市城陽區境內，本橋主要為跨越榮海路、規劃瑞金路、雙埠立交互通、規劃主環路、在建濱河路、管線及膠州灣而設。本橋中心里程DK8+961.33，起訖里程DK4+490.69～改 DK13+431.96，橋梁全長 8941.3m，共246跨，247個墩臺。其中第61孔至63孔跨越雙埠立交橋，采用（60+100+60）m連續梁結構，與公路夾角為72o，該段連續梁100m主跨與雙埠立交橋1-96m系桿拱對孔布置。橋下凈高大于5.5m，滿足公路通行要求。該連續梁梁體為單箱單室、變高度、變截面結構。梁高在中支點處7.60m，邊支點和跨中處4.6m，梁底按圓曲線變化，半徑R=369.667m。箱梁頂寬11.0m，底寬5.8m，頂板厚度45~55cm，腹板厚度45、70、90cm，底板厚度50~130cm。在端支點、中支點、跨中共設5個橫隔板，隔板設有進人孔，供檢查人員通過。采用有砟橋面，擋砟墻內側凈寬8.5m。橋上人行道欄桿內側凈寬11.0m。該連續梁設計最高運行速度120km/h，采用橋位懸臂澆筑法施工，正常使用條件下梁體結構設計使用壽命為100年。主梁沿縱向共分為59個梁段。其中各中墩0號梁段長14m，合攏梁段長2.0m，邊孔邊直段長9.75m，其余梁段長分別為：2.5m、3.0m、3.5m、4.0m。主梁段除0號梁段、邊直段在支梁上施工外，其余梁段均采用掛籃懸臂澆筑，懸澆梁段最重1714.7KN。

二、100m連續梁懸澆施工掛籃設計

針對跨膠洲灣特大橋的地理環境和結構特點，研究大跨度連續梁懸澆施工技術，基于有限元計算，設計了一種貝雷桁架式掛籃。

（一）設計參數

1、適用最大梁段重：1800KN。

2、適用最大梁段長度：4.0m。

3、適用梁頂寬度：12m。

4、適用梁底寬度：6.4m。

5、適用梁高為：7.85-4.85m。

6、走行方式：無平衡重走行。

7、每套掛籃自重：800KN。

8、在14m長的起步長度內，可同時安裝一對掛籃。

（二）施工荷載分析

荷載傳遞路徑：

1.內頂板荷載→內滑梁→前上橫梁→主桁架。

2.翼板荷載→外滑梁→前上橫梁→主桁架。

3.腹板荷載→加強型底縱梁→前、后下橫梁→前上橫梁→主桁架。

4.底板荷載→普通底縱梁→前、后下橫梁→主桁架。

掛籃的設計順序也是根據荷載的傳遞路徑，一級一級地確定各級結構。先根據各自的荷載情況對內滑梁、縱梁、前后下橫梁、前后上橫梁等桿件進行設計，再設計主桁架并校核其剛度、前端的下撓度，隨后再對錨固系統和走行系統進行設計。

（三）掛籃構造

掛籃形式的選擇由于該橋箱梁頂面較寬，各梁段體積較大，且整個梁體線形要求較高，故采用貝雷桁架掛籃，其由貝雷片主桁架、提吊系統、模板系統、走行及錨固系統等組成，且保證總重量不大于800KN。

1.貝雷片主桁架

掛籃主體結構采用剛度大的“321”型貝雷梁結構，每幅掛籃由兩組主桁組成，每組主桁長12m，截面由4 片貝雷梁通過鋼支撐架連接成整體，兩組主桁間分別在掛籃前支點和前端處橫向用桁架連接，形成一個整體穩定的結構體系，用2I25、2I32a工字鋼作后錨梁，φ32精軋螺紋鋼作吊、錨桿，掛籃前后支點處設一鋼支墩。

2.懸吊系統

前吊帶不僅要承受近一半的掛籃荷載，也要為底模平臺提供前吊點。由于混凝土重量較大，常采用16m吊帶或者選擇性能更好的鋼板進行銷孔布設，大約每3m一段，用銷軸連接各段間來調整梁高。

3.模板系統

箱梁外側模通常采用沿梁高劃分成3塊左右的鋼制大模板，用來調整梁體高度變化。箱梁外側模采用大塊鋼模板，長度4.5m，高度7.621m，模板橫肋采用槽鋼，豎肋采用6mm鋼板，外框架由槽鋼組焊而成。外側模支承在4根外模走行梁上，走行梁用兩根I32b工字鋼組焊而成，后端通過吊桿懸吊在已澆好的箱梁頂板上，后吊桿與走行梁間設有后吊架，后吊架上裝有滾動軸承，掛籃行走時，外側模走行梁與外側模一起沿后吊架滑行。內模用竹膠板作面板，10*10方木做帶木，15*15方木做分配梁，碗扣式腳手架搭設支架。底模由底模架和底模板組成。底模架由底模縱梁和底模橫梁組裝而成，底模縱梁采用I32a工字鋼，腹板下間距30cm，底板下間距50-56.5cm。底模橫肋采用槽鋼制作，橫橋向布置，腹板下間距15cm，底板下間距30cm。底模為鋼模板，兩外緣貼泡沫膠帶，在澆筑混凝土時，外模與底模夾緊，以防漏漿。底模架前端槽鋼可組成操作平臺。掛籃模型采用側模夾底模的裝配方式，通過側模頂口、底口對口拉桿固定模型。側模是由鋼桁架片和δ=6mm的鋼板組成，用槽鋼和部分角鋼焊接成桁片，桁片間用角鋼焊接成一個整體，δ=6mm的鋼板作面板。

4.走行系統

主桁架走行系統是在箱梁頂面布置兩根鋼板組焊而成的軌道，用豎向預應力筋通過短梁將其固定，在桁架頂面布設前后支座，前支座沿軌道向前滑行，后支座沿軌道下緣向前滾動，不需要加載平衡重。

5.錨固系統

貝雷掛籃的錨固系統是將主桁架前后節點和內外模走行梁穿過預留孔錨固箱梁板上。

三、掛籃計算

利用有限元軟件MIDAS對掛籃在各個施工工況下的應力和變形進行計算分析，有限元模型如圖1所示。對于雙拼工字鋼、貝雷桁架加強弦桿采用在單根截面的基礎上調整截面特性值的方法進行模擬，將作用在翼板模型上的荷載以線荷載的形式加載到外側模導梁上進行模擬，將作用在底模面板上的荷載以面荷載的形式直接加載到底模面板上。為盡量摸擬掛籃在施工過程中的整體受力情況，選取2.5m、3m、3.5m、4m四種梁段長度中最重的1#塊、3#塊、8#塊、12#塊進行整體受力分析。每個分析梁段重量各取三個截面（兩端及中間）的進行荷載計算，各按作用1/3梁段范圍加載。

圖1 貝雷桁架掛籃有限元模型

根據受力情況先將模板自重、施工荷載分別以線荷載、面荷載加載到外側模導梁及底模面板上，作用范圍為最大4m梁段范圍；混凝土傾倒及振搗荷載、梁段重量按實際澆筑梁段范圍進行加載。通過計算，掛籃在五種工況下的最大應力和變形分別為：227MPa和35.6mm，滿足施工需求。

三、結語

總而言之，懸臂掛籃技術是目前橋梁工程中使用最為廣泛的主要施工方法之一，其不僅技術要求高，而且具有較多自身獨特優勢，因此備受施工企業青睞。所以，在橋梁工程施工過程中，切實應用懸臂掛籃施工技術具有非常重要的現實意義。這就需要在施工時，嚴格掌控施工工藝，全面保證施工質量，從而構建出安全的、良好的橋梁，帶來更多的經濟效益和社會效益。

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