浅谈大桥主桥连续刚构挂篮设计与施工

浅谈大桥主桥连续刚构挂篮设计与施工

摘要：本文介绍了大桥主桥连续刚构挂篮设计的特点以及施工工艺的详细计算研究，对今后类似工程方案实施具有参考价值和指导意义

关键词：连续刚构 挂篮 设计 悬浇

1悬浇挂篮施工特点

挂篮悬浇施工方法是以后张法预应力施工技术为基础，并利用悬挑挂篮作为操作平台进行桥梁上部梁体施工的一种工艺技术。

在大跨度桥梁施工中，由于受梁体重量和施工环境条件的限制，对于其上部梁体施工来说，采用预制安装的施工方法或满堂式支架现浇的施工方法往往达不到最经济和最理想的效果，甚至无法进行施工，而挂篮悬浇施工方法则顺利解决了这一难题。挂篮悬浇施工方法仅需对墩顶现浇部分和边跨现浇部分梁体进行支架法或托架法施工，而对其余部分梁体可全部进行挂篮悬浇施工。

挂篮悬浇施工方法的主要特点是将现浇梁体分段进行施工，利用梁体结构自身承受其施工过程中的所有荷载，而不需要搭设满堂式支架。

2挂篮的结构设计与计算

2.1 挂篮形式的选择

随着预应力混凝土技术的发展及高强材料、高性能混凝土在桥梁工程中的应用,混凝土连续钢构桥逐步向跨度大、结构轻细、规模庞大方向发展。主梁施工对挂篮的技术指标提出更高的要求。悬灌施工中有多种因素制约挂篮的布置和结构设计,如施工状态、大桥主梁的强度及变形要求,施工风荷载的影响,吊机的吨位及安装位置等。一般来说,采用的挂篮须满足结构简单,重量轻,安装、拆除方便,安全可靠,灌筑混凝土过程中变形小等要求。

大桥主桥跨径组合为(1×60+4×100+1×60)m，预应力砼刚构—连续混合结构箱梁，全长600m，上部构造采用分离式设计。预应力砼主梁为单箱单室断面，箱梁顶宽12.7m，底宽6.0m。箱梁下缘及底板上缘均按二次抛物线变化，梁高纵桥向为变值，支承处梁高为6.3m，跨中合拢段和边跨现浇段梁高为2.5m。主桥箱梁梁段自重大,全断面一次浇注。设计要求挂篮轻且具有较大的纵横向刚度、较小的变形。

2.2 挂蓝设计荷载

挂篮现浇2#～13#，其中2#和7#最重，皆为160t。2#节段长为3.5m，7#节段长为5m。挂篮的设计荷载将以这两个号块作为控制荷载。另考虑到以后施工有可能遇到的桥跨，设计时以160m跨的荷载计算，最重块按180t计算，尽量减少材料的周转和使用。2#节段较短，对挂篮的后横梁来说是最不利的，将2#重量作为挂篮后横梁设计的控制荷载。7#节段较长，则对前横梁是最不利荷载，将7#作为挂篮前横梁和三角架的控制荷载。同时再考虑挂篮的自重及其它施工荷载。

2.3 挂篮主承重三角架的受力分析

利用平面刚构原理对单片三角桁架进行计算，计算结果如上图，对三角架的各组成部分进局部受力计算，以选取材料型号和规格。其中三角架大梁选用2[36c焊成，其截面形式为格构式柱（如右）。按轴心受压格构式构件来计算。按公式 计算其整体稳定性。其中 为轴心受压构件稳定系数， 根据大梁的长细比 查表而得。三角大梁在平面外处于大悬臂状态，其稳定性由平面外稳定控制，其长细比λ最大，其中L为计算长度等于悬臂长的两倍，i为截面回转半径。根据《钢结构设计手册》，其缀板的承受的剪力 ，弯矩 ，其中A为大梁截面积， 为钢材的设计弯应力， 为钢材的屈服应力， 为缀板中心间距， 为两［36中心间距。缀板按受剪力T、受弯矩M的受弯构件来计算。立柱按两端简支的轴心受压格构式构件来计算，其计算方法同三角大梁相同，其长细比 中L取其销轴中心间距。经计算选用了2[30b，截面形式和三角大梁相同。斜拉板则选用2[22。两片三角架间用桁架联系在一起，保证三角架的稳定。

2.4 挂篮后锚设置

挂篮后锚力计算按60t考虑，按规范要求，安全系数为K=2.0，即后锚要按120t来设计。本桥箱梁腹板竖向预应力采用f=750Mpa的φj25高强精扎螺纹钢筋，按计算需锚4根。且1-7#为双排，8#以后为单排，预应力筋的间距也发生变化，如采用结构本身的竖向预应力筋作为锚固，将使挂篮后锚装置比较复杂，且难以保证4根锚筋能同时均匀受力。最后采用预埋f=930Mpa的φj32高强精扎螺纹钢筋的方法，只需预埋两根，长度都在0.6～1.0m，既能保证受力位置明确，又节约材料。

2.5挂篮的前后大梁及底平台

利用平面刚架程序计算，得到横梁的内力，根据受弯构件来计算，弯应力 ，剪应力 。经计算，前上、下横梁取I45b，后下横梁取I56a。底平台分配梁按简支梁来计算箱梁腹板下的分配梁的受力较大，采用两组2［40的分配梁，其它皆采用2［25。设计时，考虑到分配梁与底模连为整体，故不再对其整体稳定性上进行计算

2.6 挂篮悬吊装置

挂篮主受力点皆采用16Mn钢的吊带，两侧附吊点受力较小，采用φj32高强精扎螺纹钢筋。吊带的计算除考虑销子的抗剪、孔壁的承压外，还按规范要求设置销孔间距。销孔孔边离板边、销孔孔间净截面面积不小于吊带的计算截面积。挂篮的起落靠千斤顶来调节，吊带也可通过调节销子的位置来调整长短。

2.7 挂篮的走行

挂篮不采用压重的方法走行，这样大大减轻了挂篮的自重。将挂篮后端反扣在滑道上，用来抵抗挂篮走行时的倾覆力，前移挂篮使用20t穿心式千斤顶顶推方法，简单安全快捷，操作方便。

3 主梁悬浇施工

3.1 混凝土施工工艺

3.1.1 砼的施工配合比分两个，一个是掺FDN-440高效缓凝减水剂，一个是掺FDN-5高效减水剂，都是同一个厂生产。在进行0#、1#块施工时就采用掺FDN-440减水剂的施工配合比。0#、1#块是分两次浇注的，每次砼浇注时间较长，采用FDN-440减水剂可以获得较长的初、终凝时间，保证每次砼施工都在终凝前结束。而其它的号块砼方量少，采用FDN-5减水剂可以获得早强，保证张拉周期。

3.1.2 降低砼的入模温度

（1）在夏季气温较高时为保证入模温度满足施工和设计要求，采取了一些简单有效的办法。首先在开盘前对所有要使用的砂石料进行洒水降温，有两个好处：一是对外露的砂石料进行降温，二是对砂石料进行更彻底的冲洗，使骨料中的杂质更少，有利于保证砼的强度和弹性模量。

（2）降低搅拌用水的温度。用一个72m3的浮箱内装好每次搅拌用水量，首先在其内加入冰块降温，使拌和用水的温度控制在21℃左右，然后再抽水到搅拌用水的蓄水池，再由蓄水池抽到搅拌机中。这样既避免了有冰粒跑到砼中，又降低了水温。

（3）降低模板温度。在开盘前，将模板彻底洒水降温，并且在混凝土入仓前将模内水吹干，在模板外侧从开盘到砼的前3天都用江水进行降温，只有待砼强度达到90%以上方可停止。

经过以上方法处理，使在炎热的夏日气温高达38℃时施工砼，砼的入模温度也只有28～29℃，而且在整个养生过程中也作好覆盖和洒水养护，使砼的内外温差减小，避免了水化热温峰与混凝土强度温峰的叠加，保证砼结构安全。

4 预应力施工

4.1 成功的第一步是管道预留，现场除了采购质量较好的金属波纹管外，还在波纹管内加设了强度较好而且有一定柔韧性的PVC管以利形成曲线弯道。在浇注砼时对砼的冲击具有一定的抗压抗变形能力，而且砼浇注完成后在终凝前及时抽拉PVC管，保证成型后的管道直径和曲线满足设计要求。

4.2张拉

纵向束都是采用YCP-3000的千斤顶两端同时张拉。张拉应力是主要指标，伸长量作为校核。

4.3压浆

管道压浆是预应力完成的最后一道关键的工序，压浆饱满既可保护纲绞线，也保证了预应力的有效传递。为保证压浆饱满，现场采用真空压浆新施工工艺，真空度一般在-0.05～-0.1MPa之间。真空压浆经现场施工及试验梁开孔观测,效果很好，另在长管道和有变坡点处均设出浆口，保证残余空气砌底排出管外，保证管道压浆饱满。

5结束语

每一座悬灌施工的大桥都有其自身的特点，这需要综合考虑大桥本身因素以及围绕大桥伴生的各种因素对挂篮选择的影响。技术层面上，对选定的挂篮还需进一步优化结构形式和杆件的设计。轻型、重载的挂篮结构形式对增强施工现场的可操作性、创造经济效益有着重要意义

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。