連續(xù)梁橋懸臂澆筑掛籃設(shè)計(jì)與應(yīng)用
2010-07-06
引言
預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?qū)儆陬A(yù)應(yīng)力橋梁中的一種，橋梁結(jié)構(gòu)整體性能好、剛度大、變形小、抗震性能好，特別是主梁變形撓曲線平緩，橋面伸縮縫少，行車舒適等優(yōu)點(diǎn)。大跨徑預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁廣泛采用掛籃進(jìn)行懸臂澆筑施工。貝雷桁架梁因具有可分解、能快速架設(shè)和裝配簡單等優(yōu)點(diǎn)，常被用作橋梁懸臂澆筑施工的掛籃承重結(jié)構(gòu)。同時(shí)貝雷桁架掛籃具有構(gòu)造合理、受力明確、自重較輕、利用系數(shù)高、使用安全方便等特點(diǎn)，更主要的是其工程費(fèi)用較低。對此，本文結(jié)合常德沅水倉兒總特大型連續(xù)梁橋的懸臂澆筑施工用掛籃形式，對貝雷桁架掛籃在施工荷載下的設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單分析，為同類型大跨度預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁橋的掛籃施工提供一定的參考。
1.工程概況
倉兒總特大橋主橋28號～36號墩間上部構(gòu)造為懸澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，跨徑布置為58 m+6×100 m+58 m。上部箱梁為單箱單室三向預(yù)應(yīng)力箱梁。箱梁根部梁高為6.0 m，跨中梁高為2.8 m，箱梁頂板全寬為16 m，厚度為0.28 m。主橋29號～35號墩七個(gè)“T”，每個(gè)T懸澆施工節(jié)段為2×15段。采用七套掛籃對稱懸臂現(xiàn)澆施工，0號梁段采用搭設(shè)托架澆筑。全橋共八個(gè)合龍段，按先邊跨，次邊跨，后中跨的順序合龍。
2.掛籃設(shè)計(jì)
掛籃通常由承重梁、懸吊模板、錨固裝置、行走系統(tǒng)和工作臺(tái)等部分組成。掛籃的設(shè)計(jì)力求其結(jié)構(gòu)輕巧，掛籃重量及施工荷載控制在梁段重量的0.4左右；同時(shí)力求掛籃結(jié)構(gòu)簡單，各個(gè)部件盡量采用型鋼加工而成，使其加工、安裝及拆卸方便快捷，減少工作量，加快施工進(jìn)度；另外要求掛籃剛度大，使其在灌注混凝土的過程中可以迅速調(diào)整模板標(biāo)高；最后設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量做到掛籃除滑道外可以整體一次移動(dòng)就位。
2.1 掛籃的設(shè)計(jì)原則
掛籃的合理設(shè)計(jì)是保證施工質(zhì)量、加快工程進(jìn)度的重要因素。承重梁是掛籃的主要受力構(gòu)件，承受施工設(shè)備和新澆混凝土的全部重量，并通過支點(diǎn)和錨固裝置將荷載傳到已施工好的梁段上。承重梁除強(qiáng)度(彎矩和剪力)保證安全可靠外，還要求使用方便、變形小、穩(wěn)定性好、自重輕、裝拆方便、移動(dòng)靈活，并要有足夠的平面尺寸，以滿足梁段現(xiàn)場作業(yè)的需要。
2.2 貝雷桁架桿件組成及性質(zhì)
貝雷桁架主要構(gòu)件由桁架、桁架連接銷、反保險(xiǎn)銷、加強(qiáng)弦桿、弦桿螺栓、桁架螺栓6種構(gòu)件組成。每片貝雷桁架主要受力構(gòu)件由上下弦桿、豎桿及斜桿焊接而成，桁架的上、下弦桿由兩根組合而成，加強(qiáng)弦桿采用螺栓與桁架連接。桁架斜桿、豎桿均用8號工字鋼。整個(gè)桁架由貝雷桁架片通過端部連接銷拼裝而成。
2.3 掛籃結(jié)構(gòu)的組成及性質(zhì)
掛籃由主桁架、上橫梁、底籃和吊桿4個(gè)主要部件組成，主桁架和上橫梁均采用標(biāo)準(zhǔn)貝雷架拼接。單個(gè)掛籃共兩組主桁架，根據(jù)箱梁段的最大重量，每組主桁架由4組貝雷架拼接，每組貝雷架由4片組成，采用特制花架將4組貝雷架連成整體，主桁架長度12 m，高度1.5 m。單個(gè)掛籃有前后兩組上橫梁，每組橫梁由2組貝雷架拼接，每組貝雷架由6片組成，長度18 m，滿足橋梁寬度16 m的要求。
上橫梁高度1.5 m，采用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟB接固定在主桁架上，避免施工過程中產(chǎn)生滑移，上橫梁之間用20號槽鋼分左右兩道連接，形成整體，同時(shí)增強(qiáng)橫梁的抗傾覆能力。主桁架是懸澆過程中的主要受力構(gòu)件，為了增強(qiáng)其剛度以及施工過程的穩(wěn)定性，需在前后兩端和中部加設(shè)三道桁架橫系梁，橫系梁由20號槽鋼和1O號槽鋼焊接。
底籃由下橫梁和底模系統(tǒng)組成。下橫梁分前后橫梁，根據(jù)懸澆箱梁的重量及吊桿的分布，前后橫梁均采用2根40號工字鋼并排放置，工字鋼之間用鋼板間斷焊接形成整體橫梁，前后橫梁上縱向鋪設(shè)25號工字鋼和橫向12號工字鋼，上層鋪設(shè)6 mm厚鋼板組成底模系統(tǒng)。
吊桿采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋，前后各4根吊桿，前后吊桿的水平距離為4.25 m，吊桿上端配YGM錨具、用型鋼枕梁固定在掛籃上橫梁頂面，下端采用特制鉸結(jié)構(gòu)與底籃橫梁連接，鉸結(jié)構(gòu)能保證吊桿在任何工況下僅受垂直荷載，確保吊桿的安全。
掛籃的自錨系統(tǒng)采用φ32 mm精軋螺紋鋼筋，上端用型鋼枕梁固定在主桁架末段的頂面，下端用特制連接器與箱梁豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋連接錨固。根據(jù)施工荷載，每組主桁架的后端需要有2根后錨桿，確保懸澆施工安全。掛籃的外側(cè)模和內(nèi)頂模均采用大型骨架整體鋼模，并采用整體滑移系統(tǒng)，達(dá)到整體安裝、整體脫模、整體滑移的目的，這樣可以加快工序施工進(jìn)度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。
3.工程應(yīng)用
3.1 掛籃拼裝
(1)在箱梁0號梁段頂面安裝掛籃支座和滑道，支座位于箱梁腹板的正上方，用貝雷架拼裝主桁架，貝雷架之間用花架將其連成整體形成主桁架，將主桁架安裝在支座上。
(2)在主桁架上安裝上橫梁，上橫梁分為前、后兩組橫梁，橫梁均由兩組貝雷架組成。前后橫梁高度均為1.5 m，長度均為18 m，前后橫梁采用型鋼連接成整體，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。
(3)在橋墩的承臺(tái)上搭設(shè)施工平臺(tái)，拼裝底籃。底籃包括前、后橫梁和底模系統(tǒng)。前后橫梁均由兩根36號工字鋼組成，工字鋼用810鋼板焊接成整體，工字鋼頂面按吊桿位置焊設(shè)鉸結(jié)構(gòu)用的吊耳。前、后橫梁上鋪設(shè)9根36號工字鋼作為底模的承重梁，其上鋪設(shè)9根12號工字鋼，再在上面鋪設(shè)86鋼板組成底模系統(tǒng)。
(4)在掛籃上部前后橫梁上安裝卷揚(yáng)機(jī)，將底籃整體吊至適當(dāng)位置，然后安裝底籃吊桿。底籃的前端吊桿固定在主桁架的前橫梁上，后端吊桿固定在已澆箱梁底板和頂板上。
(5)安裝外側(cè)模和頂模，外側(cè)模和頂模分別采用36號工字鋼和20號槽鋼作為承重梁，前端懸掛在前橫梁上，后端懸掛在箱梁頂板上，承重梁承受模板及混凝土的重量。
3.2 預(yù)壓掛籃
一套掛籃包括主桁架、橫梁、底籃和內(nèi)外模，總重約為45 t，懸澆箱梁段的重量從80t-120t不等，每段箱梁懸澆時(shí)掛籃主桁架的撓度值均不相同，為了了解掛籃在不同荷載下的施工撓度，更準(zhǔn)確地控制箱梁頂面高程，必須對掛籃進(jìn)行預(yù)壓。預(yù)壓的同時(shí)消除掛籃的非彈性變形。預(yù)壓可采用水箱加載或者大噸位千斤頂反力加載，加載時(shí)詳細(xì)記錄各級荷載下掛籃主桁架的撓度值，作為懸澆施工時(shí)立模標(biāo)高的參考。
3.3 1號梁段施工
考慮1號梁段較重，掛籃初次受力，因此擬將1號梁段分兩次澆筑成型，先澆筑底腹板，再澆筑頂板。1號梁段掛籃為通行掛籃，安裝好掛籃中部的反力錨桿，按掛籃的預(yù)壓撓度值和設(shè)計(jì)要求的預(yù)拱度調(diào)整底模的標(biāo)高和側(cè)模的標(biāo)高。綁扎1號梁段的底腹板鋼筋，安裝預(yù)應(yīng)力管道和豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋，然后安裝腹板內(nèi)側(cè)模，澆筑底腹板混凝土。安裝頂模支架，拼裝頂板模，綁扎頂板鋼筋，安裝頂板縱橫向預(yù)應(yīng)力，澆筑頂板混凝土。待混凝土強(qiáng)度達(dá)到80%設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，按規(guī)范張拉箱梁三向預(yù)應(yīng)力并壓漿。
3.4 合龍段施工
利用掛籃安裝合龍段底模和側(cè)模，綁扎底板，腹板和頂板鋼筋，安裝三向預(yù)應(yīng)力束或預(yù)應(yīng)力管道。按設(shè)計(jì)在合龍段兩端梁段的頂板和底板靠近腹板的位置焊接4個(gè)型鋼剛性連接。在頂板和底板分別對稱選擇4根預(yù)應(yīng)力束，兩端同時(shí)張拉至50%設(shè)計(jì)張拉值。在合龍段兩端箱粱上分別放置312 m3的水箱，注滿水后在合龍段兩端形成36t的平衡荷載，水箱設(shè)置放水開關(guān)。選擇當(dāng)天氣溫最低，氣溫變化不大的時(shí)段(一般選擇晚上)，澆筑合龍段混凝土，連續(xù)澆筑，一次成型。根據(jù)混凝土的澆筑速度，打開水箱開關(guān)卸載，基本保證合龍段在不變荷載下完成混凝土澆筑。
4 結(jié)語
漢壽倉兒總沅水大橋掛籃具有結(jié)構(gòu)簡便，重量輕，安裝、拆卸及使用方便、可靠，施工快速，澆筑施工中變形量小的特點(diǎn)，能很好的滿足施工的需要。同時(shí)貝雷架的剛度大，抗彎強(qiáng)度高，自重輕，拼接容易，可完全重復(fù)使用。貝雷桁架掛籃施工有較好的經(jīng)濟(jì)性、安全性，在同類型的大跨徑連續(xù)梁橋施工中將進(jìn)一步得到發(fā)展和完善。
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