安海灣特大橋超大節段懸澆掛籃設計

何善美，陳 濤，周宇琦，蘇志鵬

（1.中交一公局廈門工程有限公司，福建 廈門 361000；2.浙江興土橋梁臨時鋼結構工程有限公司，浙江 嘉興 314000）

1 工程概況

安海灣特大橋主橋位于泉州晉江市東石鎮與南安市石井鎮之間的安海灣海域，起訖樁號K16+0.13.845～K16+583.845，主橋結構為混合梁連續剛構橋，全橋長570m，跨徑組合為（135+300+135）m，主墩兩側懸澆現澆砼箱梁，中跨鋼箱梁吊裝長度103m。

該橋單幅共97個梁段，邊跨最大懸臂長度為104.5m，分為24個梁段，中跨最大懸臂長度為82.5m，分為20個梁段，采用掛籃對稱懸臂澆筑前22個梁段，不對稱澆筑邊跨23#、24#節段，根部0#塊梁高15m（高跨比15∶300），跨中梁高4.5m（高跨比4.5∶300）。梁高按二次拋物線規律變化：懸澆節段高度5.3～14.35m，長度分別為3.0m、3.5m、4.0m、4.5m和5.5m，最大懸澆梁段砼重338.3t在2#梁段。

2 掛籃設計

2.1 掛籃結構形式

掛籃的主體結構為菱形桁架結構，由主桁架、前橫梁、模板、行走機構、懸吊機構、錨固機構、前支點等主要構件組成。掛籃設計原則：滿足結構簡單，重量輕，剛度大，安裝、拆卸方便，安全可靠，灌注砼過程中變形小等特點。掛籃自重90t，模板約60t，為最大梁段砼自重的0.45倍。

2.2 掛籃的主要組成

掛籃的主體結構為棱形桁架結構，由主桁系統、底籃系統、行走及錨固系統、模板及調整系統和附屬結構（操作平臺、爬梯、欄桿等）組成。

（1）主桁系統：主桁系統是掛籃主要受力構件，材質為Q345B，在懸澆施工中主要承受底模系統傳來的豎向拉力。主桁系統位于箱梁腹板位置，兩片主桁設計間距6.75m。主桁通過前上橫梁和主桁橫梁構成整體。主桁片通過活動滑座坐在軌道上，后端通過反扣裝置扣在滑軌H型鋼上翼，砼澆筑時用精軋螺紋鋼筋和錨板把掛籃后錨點和主平桿錨固定在橋面上以平衡前部底模的豎向拉力。

（2）走行與錨固系統：走行錨固系統由行走系統包括行走小車、軌道、油缸支座、行走油缸及后部錨固組件組成。掛籃行走采用軌道自錨形式，每榀主桁下設1組軌道，1組反扣輪，軌道用墊板、豎向預埋鋼筋錨固；主桁前端支座采用滑船形式，與主桁立柱鉸接。行走軌道由Q345鋼板焊接鋼板制成，軌道整根布置，采用ф32精軋螺紋鋼錨固，錨固間距2.5m，軌道下設鋼枕，鋼枕間距2m。掛籃走行采用液壓走行，設置油缸支座、行走油缸。掛籃錨固裝置為每片主桁后端設置2組錨固梁，4根PSB930直徑40mm精軋螺紋鋼。

（3）導向系統：導向系統包含滑梁、滑架、吊架等。內、外滑梁由HN600×200型鋼制成，在掛籃施工過程中主要承受模板及模板上部砼荷載，在掛籃前移過程中起著承托模板隨主桁架一同前移的作用。

（4）吊掛系統：吊掛系統主要由吊桿、吊具和T型吊架等部分組成。掛籃吊桿設計有鋼板吊帶和精軋螺紋鋼筋兩種形式。滑梁吊桿采用PSB930直徑4cm精軋螺紋鋼，模板高度采用千斤頂調整；底籃吊桿采用150mm×40mm鋼板吊帶+PSB930直徑4cm精軋螺紋鋼，設置剛吊帶和精軋螺紋鋼的轉換器。

（5）支撐系統：模板支撐系統主要起著將梁體底板及腹板位置砼荷載傳遞到掛籃前端承重橫梁上的作用，主要由前下托梁、后下托梁、縱梁、底模組成。前下托梁、后下托梁采用雙拼HN600×200型鋼，縱梁采用HN500×200型鋼，縱梁與前、后下橫梁通過螺栓固定。

2.3 掛籃設計荷載

通過對掛籃整個施工過程的分析，對最不利工況進行計算，計算工況如下：（1）工況1：2#梁段（3m）澆筑完成，砼重量338.3t，風速13.6m/s，計算掛籃工作狀態受力和變形。（2）工況2：13#梁段（4.5m）澆筑完成，砼重量317.6t，風速13.6m/s，計算掛籃工作狀態受力和變形。（3）工況3：16#梁段（5.5m）澆筑完成，砼重量327.1t，風速13.6m/s，計算掛籃工作狀態受力和變形。（4）工況4：掛籃空載行走，風速13.6m/s，計算掛籃工作狀態受力和變形。（5）工況5：掛籃空載錨固，風速28.5m/s，計算掛籃非工作狀態受力和變形。（6）工況6：掛籃抗傾覆穩定性計算。經過對掛籃懸澆施工時各種不利工況的計算及比較分析，可知16#梁段施工時對掛籃整體受力影響最大，故確定16#梁段工況荷載作為掛籃設計荷載。

3 掛籃不利工況計算

3.1 工況3計算

16#梁段（5.5m）澆筑完成，砼重量327.1t，風速13.6m/s。工況3掛籃結構應力和變形圖如圖1～圖2所示。

3.2 工況6結果

圖1 工況3掛籃結構應力圖（單位：MPa）

圖2 工況3 掛籃結構變形圖（單位：mm）

（1）澆筑狀態穩定性。掛籃澆筑砼時抗傾覆穩定性計，澆筑16#（5.5m）梁段為最不利工況。考慮主桁架兩側共8根錨桿受力。掛籃澆筑時考慮砼、模板、風荷載等產生的傾覆力矩M=（105+133+236+272+163+200）kN×2×6.5m=14417kN·m，錨桿抗拉F=4800kN，后錨中心距前支點支撐處的距離S=8m。抗傾覆力矩M1=38400kN·m，安全系數n=M1/M=2.6＞2，澆筑時掛籃抗傾覆穩定性滿足要求。

（2）行走狀態穩定性。掛籃行走時考慮兩個行走小車受力。掛籃澆筑時考慮模板、風荷載等產生的傾覆力矩M=（33+71+11+31+87+28）kN×2×6.5m=3393kN·m，小車極限受力F=840kN，后錨中心距前支點支撐處的距離S=8m。抗傾覆力矩M1=（840×8+365×0.8+18×8）=7156kN·m，安全系數n=M1/M=2.1＞2。澆筑時掛籃抗傾覆穩定性滿足要求。

3.3 結果匯總

通過上述各個工況的計算，掛籃主要受力結構應力值如表1所示。

表1 掛籃主要受力結構應力值

4 掛籃結構設計特點

（1）掛籃承載桿件主要采用Q345鋼板焊接，承載力大，截面靈活，降低了掛籃自重。（2）掛籃結構簡單、受力明確，在滿足各規范要求的前提下，桿件間主要采用銷軸連接拼裝，連接更加安全穩固，拼裝過程更加方便快捷。（3）掛籃前端及中部工作面開闊，可從掛籃中部運送砼，前部開闊的空間便于軌道的安裝，以及腹板、底板位置鋼筋的吊裝、綁扎作業。（4）掛籃前吊帶采用精軋螺紋鋼裝換鋼帶的方式，下部采用鋼帶，上部作業影響不到的范圍采用精軋螺紋鋼，安全簡便。（5）掛籃后部設有鉸接滾輪組，掛籃走行過程中自動平衡每個滾輪上的荷載，掛籃移動過程更加輕松簡便。（6）掛籃走行采用液壓自行式，采用一個油泵控制兩個行走油缸，走行平穩、同步。（7）采用整體式軌道結構，不但可以根據需要靈活調節軌道前移鋪設長度，而且減少了軌道間的拼接縫，避免了出現因軌道錯臺而導致掛籃前移過程受阻的現象；（8）平臺防護系統合理、完善，為掛籃施工提供了更加可靠的安全保障。

5 結束語

菱形掛籃結構受力安全是懸臂施工控制的重點。文章以安海灣特大橋混合梁連續剛構懸澆為例，根據橋梁的結構特點進行菱形掛籃結構設計，并通過ANSYS梁單元模型驗算不利荷載工況下掛籃的受力狀態和變形情況，計算結果滿足掛籃施工過程受力和變形要求。該套菱形掛籃在實際工程中取得了成功應用，在保證安全文明施工條件和無不利天氣的情況下，10d便可完成一個節段的施工工作，可為同種大跨度混合梁連續剛構橋型掛籃選型提供參考。