连续刚构桥挂篮的设计与施工

摘 要：结合俄翅膀大桥连续刚构的施工,阐述了挂篮设计总体构思和挂篮各构件的传力机理,介绍了采用材质为16Mn的架桥机,且架桥机上下缘各蒙10mm钢板作为主桁浇筑主梁的设计验算及施工方法,并通过实桥证明了该方法的可行性,对同类桥梁的施工具有一定的参考意义.

关 键 词：刚构桥挂篮设计验算施工

随着高等级公路建设的飞速发展桥梁结构向高墩、大跨、薄壁、轻型、整体的方向发展,特别是在山区由于受地理条件的限制,高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥修建得越来越多,由于高墩大跨主梁是通过挂篮悬臂浇筑的,所以挂篮的设计与施工就显得极其重要.目前已有很多人对挂篮设计与施工作了研究,但由于不同的工程背景就有不同的挂篮设计,因此,研究挂篮的设计与施工对同类桥型的挂篮设计可以提供一定的参考.

1.工程概况

俄翅膀大桥上部结构为45+80+45米预应力混凝土连续刚构箱梁桥,主桥墩身为矩形薄壁空心结构,墩身高度：3＃墩为69m、4＃墩为68m.墩身外形尺寸为5.4m×4.0m的箱形截面.悬臂浇筑砼箱梁分段长度为：1#-4#段3.75m,4#-8#段4.6m,合拢段2.0m,箱梁底板宽5.4m,顶板宽10.5m,箱梁高度变化范围：5m~2.2m,中间按二次抛物线变化.浇筑箱梁的最大重量为111t,节段梁长为3.75m,节段最大梁长4.5m,重量为89t.

2.挂篮构件设计

2.1挂篮设计总体构思

挂篮设计中,根据现有资料和实际施工要求,选取挂篮形式、连接方式和杆件,然后进行检验.根据国内外挂篮施工现有水平,开发的轻型挂篮应满足实际桥梁悬臂施工的需要,设计要注重整体功能,不片面追求轻型指标,总体构思往往体现在以下几个方面：减轻挂篮自重途径、缩短挂篮施工周期、保证悬灌混凝土质量、改善施工条件和环境、考虑通用性.

2.2挂篮各构件传力机理

作为待浇梁段混凝土的支撑面,内、外顶模支撑翼缘板与顶板的混凝土重量；模版以上的重量则由间隔分布的内、外纵滑梁承受；内、外纵滑梁则把力传递到已浇筑梁段的顶板和前上横梁安装的吊杆上.待浇腹板和底板混凝土的重量则通过底模传递给底蓝纵梁、横梁,通过前、后下横梁上安装的吊带传力给已浇筑梁段的底板和前上横梁,前上横梁的所有荷载则都传递到主桁架上.主桁架的前支点和后锚点把力再传给已浇筑梁段的顶板.

2.3挂篮构造

结合本桥结构特点、现场既有材料及考虑施工简便、安全的要求,本桥挂篮设计为平行桁架式挂篮.设计挂篮总重45t,挂篮结构设计如图1所示.

（1）底平台系统.底平台主要采用前、后下横梁承重,上面铺设底蓝纵梁.底蓝纵梁采用支撑铰座和下横梁连接,底蓝纵梁同时作为底模的承重骨架.前下横梁采用2I40b工字钢,总长6米,后下横梁采用2I32b工字钢,后下横梁总长12m.底蓝纵梁采用全焊接型钢桁架,挂蓝纵向桁架共14道,其中腹板区桁架2×4道（间距150mm）、底板区6道（间距600mm）.

（2）吊挂系统.吊挂系统主要包括前吊带和后吊带,前吊带采用16Mn的钢板,后吊带采用Ф32精扎螺纹钢筋.

（3）承重系统.承重系统由两片主桁组成,每片主桁由1个9米长,1.87米高,0.65米宽的架桥机（材质为16Mn）组成,架桥机上下缘各蒙10mm钢板.

（4）锚固系统.后锚系统由锚固扁担梁、竖向预应力筋和连接锚筋组成,本挂篮后锚固杆件与结点板之间采用14根Φ22高强螺栓连接.

图1挂篮结构设计整体布置图图2纵梁计算模型简图

3.挂篮结构验算

根据挂篮构造采用分解法进行验算.

3.1验算荷载

浇筑箱梁的最大重量为111t；施工机具及人群荷载2.5kPa；考虑箱梁混凝土浇筑时胀膜、动力等因素的超载系数取1.05；浇注混凝土时的动力系数取1.2；主桁架荷载不均匀系数1.2；16Mn钢容许弯曲应力取1.3[σw]等于1.3×210等于273MPa,A3钢容许弯曲应力取1.3[σw]等于1.3×145等于188.5MPa.

3.2挂篮构件验算

（1）底模下纵梁验算

以第一段箱梁底板下的14个下纵梁作为验算对象,前、后下横梁间距为4.2m,底模、人群及施工荷载为0.6kN/m,混凝土荷载为25.2kN/m,计算模型如图2.计算最大应力为72.15MPa<160MPa,满足强度要求；计算最大竖向挠度为0.7mm

（2）下横梁验算

1、前下横梁计算.前下横梁采用2I40b工字钢,总长6米.腹板区荷载为48.2kN/m,底板区荷载为19.7kN/m,计算模型如图3.计算最大应力为18.52MPa,小于最大容许应力值160MPa,计算最大竖向挠度为0.3mm,小于最大容许挠度值4.5mm,满足强度、刚度要求.

图3前下横梁计算模型简图图4后下横梁计算模型简图

2、后下横梁计算.后下横梁采用2I32b工字钢,后下横梁总长12m.腹板区荷载为51.9kN/m,底板区荷载为20.7kN/m,计算模型如图4.计算最大应力为27.6MPa小于160MPa,计算最大竖向挠度为0.4mm,小于10.2mm,满足强度、刚度要求.

（3）吊带验算

前吊带采用16Mn的钢板,后吊带采用Ф32精扎螺纹钢筋,而在各工况下,得到前横梁吊带最大拉力为513.10kN,后横梁吊带最大拉力为552.32kN.

实际设计时,前上横梁吊带采用16Mn的钢板,后横梁吊带采用2根Ф32,吊带16Mn钢板最小横截面积为125×30mm2,其施工容许拉应力为125×30×210等于787500N等于787.5kN,Ф32精轧钢筋的许用拉力按50%的设计拉力考虑,即施工许用拉力为542kN×0.5等于271kN.因此,混凝土浇注前、后吊带满足实用要求.

（4）上横梁验算

挂蓝前上横梁全长8.5m,采用2I40b,根据实际吊点布置对前上横梁进行计算.计算模型如图5.

计算最大应力为81.30MPa小于160MPa,满足强度要求.计算最大竖向挠度为0.9mm,小于14.4mm,满足刚度要求.支点最大反力Fmax等于151.11kN.

图5前上横梁计算模型简图图6后上横梁计算模型简图

后上横梁采用2I32b工字钢,长12m,重23.20kN,后下横梁最不利阶段在挂篮行走,底模平台一半的重量均由后上横梁承担.如图6.计算最大应力为126.70MPa小于160MPa,满足强度要求.计算最大竖向挠度为12.2mm,小于15.1mm,满足刚度要求.支点最大反力Fmax等于61.01kN.

（5）主桁验算

主桁主要承受底模平台、内模及导梁系统和外吊挂梁通过前上横梁传递的荷载,单片荷载394.73/2等于197.37KN,计算最大应力为236.01MPa,小于最大容许应力值273MPa,满足强度要求.计算最大竖向挠度为17.1mm,小于27mm,满足刚度要求.

4.结语

结合本桥结构特点挂篮设计为平行桁架式挂篮的方法设计简单,受力明确；实践证明,采用架桥机并在上下缘各蒙10mm钢板作为主桁的设计合理,施工难度较小,结构安全可靠,工期和成本都有很大的节约.