大跨度連續梁鐵路橋三角掛籃施工設計及運用

曹元鑫

武漢市漢陽市政建設集團有限公司 湖北 武漢 430050

在規劃懸臂掛籃技術的過程中，相關部門應合理使用該類橋梁施工手段，將該技術運用到對應的連續剛構橋或連續梁中[1]。隨著橋梁施工質量的逐步改進下，需對懸臂掛籃技術進行針對性研究。

以北方某鐵路橋為工程背景，對三角掛籃結構系統進行闡述，并對所在項目進行實際應用；介紹了三角掛籃的結構選型；提出了具體施工步驟并對結構進行了設計計算以期對此類項目能起到借鑒意義。

1 工程簡介

本工程建設中的橋梁屬哈大客運專線中的連續箱梁，該類橋梁的主橋跨度在40+80+40m下的變截面單箱連續梁，該橋梁主要使用垂直型腹板，其底部寬度與頂部寬度分別為6.7m、13.4m，翼緣板長3.35m，0#塊中心梁高6.65m，跨中梁高3.85m。該項目中的腹板支點厚度多為90cm-48cm之間，頂板厚度與底板厚度分別為65cm-40cm、100cm-40cm。12cm為箱梁0#塊梁段的具體長度，且設計出2m長的合攏段，邊墩的長度為7.75m；還存有重量為139.123t的1#塊箱梁，該項橋梁的澆筑段多采用懸臂掛籃技術進行合理施工。

2 三角掛籃設計

圖1 掛籃構造示意圖

掛籃的內部構成主要有模板體系、底平臺體系、吊帶體系、錨固體系與主桁架等。掛籃構造示意圖如下。在進行掛籃規劃時，需適當明確其外部形態為三角形，且三角形的桁片多為普通熱軋槽鋼，其對應型號為2[32a，加強梁、底籃后橫梁、底籃前橫梁、前橫梁的應用型號分別為2[28a、2I32b、2I32b、2I40a，吊桿采用φ32精軋螺紋鋼，吊帶采用-25×150Q345鋼板底籃腹板下橫肋為[12普通熱軋槽鋼。主桁系統重10.365t、行走提吊系統（包括內外滑梁）重8.76t、底籃14.557t、側模重15.78t，經過詳細估算后，可發現張拉操作系統、端模、內模系統的重量分別為0.5t、0.5t、3t，吊桿及其他吊具重1.616t，掛籃系統與其他操作系統的重量分別為62.42t、1.2t，自重與載荷比為（以1#為例）0.45∶1。

2.1 主桁架系統

在規范主桁架的過程中，要明確其內部的桁片構成，即2個三角形的桁片，在完成空間桁架的合理設置后，要在立柱內借用桿件的適宜控制來加強桁架內部的剛度、穩定度。當前主桁架多使用焊鋼板，桿件間采用銷接，并利用橫梁中的對應桁片來規范角鋼的焊接工作。相關部門還需在前后橫梁中設計分配梁，可適時完成對應模板的安裝使用工作[2]。為加強施工安全，底模周圍設置護欄及鍍鋅鐵皮。

2.2 錨固體系設計

在進行錨固體系設計應用時，要對鋼箱梁的掛籃懸澆進行合理控制，50MPa為對應的混凝土強度標準，在完成預應力的筋張拉后，要借助適宜器械來完成主桁架的移動，并利用吊桿來來開展內外模、底平臺的移動。在完成主桁架的錨固工作后，要對內外模與底平臺的標高進行合理設計，及時安裝滑行吊帶與錨吊桿，并利用鋼繩的撤除來強化其運行狀態。

2.3 吊帶系統

相關部門可將吊帶系統使用在底模平臺與掛籃主桁架之間，吊帶用φ32精軋螺紋鋼和-25×150Q345鋼板，其下側需與側模、底平臺連接；而上側則要與橫梁桁片相結合，并借助絲扣或千斤頂來完成底模系統標高的調節。

2.4 底平臺系統

底平臺體系多為縱梁、前后橫梁組合而成，其應用的模板可鋪設到底平臺內，并在主桁架中懸掛前后橫粱，澆筑混凝土時，應將后橫粱的錨固工作投放到箱粱底板中[3]。

2.5 模板系統

模板系統中的外模模板包含滑梁、骨架與分模板，其內部材料為8mm的鋼板加型鋼；內模模板支撐于內滑梁上。滑架與支承模板為主的滑梁應放置在主桁架的前面。滑梁后端要投放在內側的箱梁頂板中，外側滑梁后端錨固于已交混凝土翼板上，在進行混凝土的澆筑時要恰當完善箱梁翼板的錨固工作，并在拆模期間合理完善錨固端，使其依照平臺的下沉而出現位置移動。

2.6 掛籃加載試驗

在開展掛籃制作的過程中，需對該項過程實行合理檢測，測試掛籃結構中的各項構件與設計圖紙規范的相符性，對可能出現的制作、加工與選材問題進行合理控制，及時糾正其形成的各項問題。在完成掛籃內部構件的質量檢測后，要在施工現場進行科學拼裝，并在荷載試驗的影響下，有效檢測出掛籃內部各項構件的實際承載水平。

在實行荷載試驗的過程中，需及時控制加載時掛籃受力狀態不佳的梁段。試驗過程中加載分級進行，對不同級別荷載影響下的桿件內力與撓度進行精準控制。依照掛籃撓度生出的各項荷載，科學設置出對應的撓度曲線，再將該曲線中的數值變化進行合理規范，確認不同梁段生生成的撓度，在該項數據的影響下，為此后的橋梁懸臂施工設置合適的數據支撐。在最大荷載值的有效應用下，掛籃桿件內力的數據獲取變得更為精準，切實掌握對應掛籃的承載水平，利用對該項安全系數的規范性使用，增強項目施工的可靠性、安全性。

掛籃在 0#段上拼裝完畢以后，要對掛籃中形成的彈性變形進行及時消除，并在懸臂澆注建設中，讓掛籃彈性變形生成在粱段預拱度的施工計算中。

3 掛籃安裝

掛籃結構構件運達施工現場后，安排在已澆好的0#段頂面拼裝，掛籃構件利用塔吊吊至已澆梁段頂面，再進行組裝[4]。

3.1 拼裝主桁結構

在當前的箱粱0#段軌道位置需實行不同程度的砂漿找平工作，要利用對測量放樣的適宜控制來找出主桁架的軸線拼裝位置。在使用吊裝設備開展軌道起吊的過程中，要利用恰當安防來完成錨固梁的連接，切實完善軌道錨固筋的安裝工作，科學連接預應力筋與錨梁，并在對應軌道中設置支點滑船，完成支承墊塊的設計。在運用箱梁0#頂面下的工作系統時，要對其內部的水平組進行合理拼裝，其主桁片的安裝工作要實行恰當舉措，增強桁片應用的穩定度。相關人員還需適時開展后錨桿、千斤頂與分配梁的連接工作，切實完善頂板預留孔、錨固筋的錨固工作。在箱粱0#段頂面組拼主構架的三個單元。按先兩側片后中片的順序，合理設置橫粱桁片的不同段落，安裝前后橫梁。技術人員還要科學規劃液壓提升裝置、吊桿、分配梁與吊帶，再根據對應的施工圖紙來完成臨時支承墊塊的拆除工作。

3.2 拼裝模板結構或底平臺

(1)底平臺的拼裝[5]：相關部門需將將0#段大粱進行合理連接，將底籃中后橫梁與前橫梁投放到懸臂端中，并將主桁架與橫粱吊桿進行科學連接，恰當固定吊桿與底籃橫梁的位置，再完成分配梁、底籃縱梁的安裝工作。在完成0#段大粱的施工安裝后，要在底板預留孔的附近實行砂漿找平，科學卸載底模、分配梁與千斤頂。

(2)拼裝外側模：相關人員合理吊起外模滑梁，利用側模骨架的合理規劃來完成外側模的連接，借助塔吊來完成骨架吊裝，將其置放到外模滑梁中，還應在側模骨架中及時檢測各項面板位置，增加工作平臺的設計安裝效果。

(3)拼裝內模：還應及時連接橋下的斜撐、橫梁與內模滑粱等，利用對內模前吊點的適宜控制來完成錨桿懸吊工作，再將塔吊吊裝放置在內模滑粱內。及時調整在滑粱骨架中的模板與內模頂板墊木，調整模板。

3.3 拼裝張拉工作系統

相關部門應將橋下工作平臺當成一個整體，使其投放到對應的主桁系統中，在該項系統的使用下完成施工升降。

3.4 控制模板體系中澆注粱的尺寸變化

在開展模板骨架安裝的過程中，不僅要拼裝腹板與頂板，還要將腹板部份的豎肋按箱粱塊件長度拼裝到施工前的位置，并利用對該項數值的適宜控制來強化箱梁腹板數值變化。

4 掛籃系統驗算

4.1 主要技術參數

砼自重 GC＝26kN/m3；Es＝2.1×105MPa為對應的剛性彈性模量；材料強度設計值：Q235鋼厚度或直徑≤16mm，fV=125N/mm2，f=215N/mm2；其內部的直徑或厚度分別為f=205N/mm2，>16～40mm，fV=120N/mm2。Q345鋼的直徑或厚度分別為f=310N/mm2，fV=180N/mm2，≤16mm；厚度或直徑>16～40mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2。

4.2 荷載及組合

（1）荷載值

在考量混凝土澆筑過程中脹模系數中的超載情況時，要恰當明確其內部系數，即在1.05左右；混凝土澆筑時掛籃行走、空載行走與動力系數分別為1.5、1.3、1.2。

（2）掛籃主桁架中的荷載值

人群荷載與施工機具的荷載值為2.5kN/m2左右，箱梁荷載值的取值標準為1#塊，其重量與長度分別為139.123t、2.7m。

（3）荷載數值組合

在關注荷載數值組合Ⅰ時，可看出其組合形態為機具荷載、人群荷載、掛籃自重、附加荷載、超載與混凝土重量相結合；而荷載數值組合Ⅱ則為沖擊附加荷載與掛籃自重的融合值；荷載數值組合Ⅱ與Ⅰ分別應用在掛籃體系行走計算、主桁架穩定度測算中。

4.3 掛籃底籃及吊桿計算

圖2 主桁架計算模型及結果圖

當前1#塊段的具體長度在2.7m左右，其重量在139.123t之間，人群荷載與施工機具的荷載值在2.5kPa上下，活載分項系數（K2）與恒載分項系數（K1）分別為1.4、1.2。5.590m與5.958m為箱梁 1#梁段中各項側面的對應高度，縱梁間中的腹板寬度在0.9m左右，縱梁間距為腹板寬度的一半，即0.45m。混凝土厚度0.897m，普通縱梁間距為1.0m。計算荷載時，前托梁承擔底部荷載的43%，后托梁承擔底部荷載57%，同時為簡化計算，將外側模及底模吊帶按集中荷載考慮計算。在實行掛籃空載的前移期間，要適時借助配重平衡與反扣輪的傾覆力，對反扣輪對應的承載力進行適當控制，使其保持在50KN左右，而操作平臺、吊帶體系、內模端模、底模系與側模的總量之和為48.586t。

表1 各部位計算結果表

4.4 掛籃主桁架計算

若選取1號塊開展對應的計算工作時，要切實明確1#塊梁段的具體長度，即2.7m，重量為139.123t，其采用的人群荷載、施工機具荷載值為2.5kN/㎡,活載分項系數（K2）與恒載分項系數（K1）分別為1.4、1.2。在移動掛籃空載時，要恰當明確反扣輪的承載力，使其承載力維持在50KN左右，并精準控制操作平臺、吊帶體系、內模端模、底模系與側模的總體總量，使其保持在48.586t上下。壓桿穩定性與截面面積有關。現將受力最大的AC與BD桿的蓋板通長，厚度為-8mm 鋼板。2[32a 槽鋼為主桁架中的各項桿件，其槽鋼構成圖3所示的截面形狀。

圖3 主桁架構件截面示意圖

圖4 結構計算簡圖

表2 各部位計算結果表

5 結語

（1）以北方某鐵路橋為工程背景，對三角掛籃結構系統進行闡述，并對所在項目進行實際應用；介紹了三角掛籃的結構選型；提出了具體施工步驟并對結構進行了設計計算。

（2）在規劃上部結構時，多借助三角雙懸臂來強化對應的懸臂掛籃施工過程，利用掛籃中的各項桿件傳力來有效解決掛籃桿件中的變形情況與受力狀況，在計算結果較準確的情況下增強施工規范性。

（3）在完成對應的公式計算后，可依照獲取的實際結果進行科學修正，無論是應力值還是位移都與工程項目的建設規范相符，結構強度與剛度也都達成項目建設需求，增進懸臂澆筑施工的質量與安全。