摘要：本文結(jié)合xxx客專四標(biāo)段跨A7高速公路48+80+48米懸臂澆筑連續(xù)梁，系統(tǒng)的介紹了掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、拼裝、行走工藝。
1、工程概況：
跨A7高速公路連續(xù)梁。梁體為單箱室、變高度、變截面結(jié)構(gòu)。箱梁頂寬12.0m，箱梁底寬6.7m，。頂板厚度除梁端附近外均為40cm，底板厚度40至100cm，按直線線性變化，腹板厚48至60、60至90cm，按折線變化。本橋梁段長度分為三種，分別為2.7m、3.1m、3.5m。主橋連續(xù)梁采用懸臂澆注掛籃施工方法，其中最重的梁段為1#梁塊重136.882t。
2、掛籃型式的選擇
掛籃形式多種多樣，目前主要的有：三角掛籃、平行掛籃、貝雷掛籃等。我們?cè)诓檎掖罅繏旎@資料和咨詢有類似施工經(jīng)驗(yàn)的人員，同時(shí)考慮到本橋的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、設(shè)計(jì)圖紙中的有關(guān)要求、自身的類似施工經(jīng)驗(yàn)以及經(jīng)濟(jì)適用等，我部最終決定采用以槽鋼為主桁梁的三角掛籃懸澆掛籃。
3、掛籃的設(shè)計(jì)思路及荷載選擇
此套掛籃按照取最重梁塊的重量，考慮到不同長度梁塊的施工的情況，再考慮現(xiàn)場所能使用的各種材料進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)算荷載始終取最大和最不利的進(jìn)行驗(yàn)算。該套掛籃的結(jié)構(gòu)偏重于安全。
每個(gè)掛籃承受荷載主要有三種：梁段的自重G1 為136.882t、單套掛籃和模板的重量G2為57.2t、施工荷載G3，總重G＝G1＋ G2＋G3，G1取掛籃施工中最重一塊梁段自重， G3施工荷載，取值隨工藝而變，根據(jù)用泵送混凝土實(shí)測0.1t/㎡（取梁頂面面積）取值。
4、結(jié)構(gòu)計(jì)算
（一）、承重體系
承重系統(tǒng)包括主構(gòu)桁架、上橫梁、下橫梁、下縱梁。每只掛籃有2組主構(gòu)桁架,每組主構(gòu)桁架為2組雙拼I25b工字型鋼主縱梁,2組雙拼［30型鋼立桿、2根雙拼［30型鋼前拉桿,2根雙拼［30型鋼后拉桿,組成三角形穩(wěn)定體系,是主要的受力結(jié)構(gòu)。每只掛籃的主構(gòu)桁架共設(shè)上主縱梁2組。∠10*10角鋼栓接組合成豎向及斜向門架在立桿頂部連接及后拉桿以加強(qiáng)其橫向穩(wěn)定性。前上橫梁采用雙拼I45b型鋼拼裝組成,長8米,栓接于主梁上翼緣;前后下橫梁均采用單拼I45b型鋼,型鋼梁的中間均采用10毫米厚的鋼板加筋肋,前、后下橫梁長度均為8米。
（二）、錨固系統(tǒng)
錨固系統(tǒng)位于組合導(dǎo)梁的后部,利用已澆梁體的豎向預(yù)應(yīng)力鋼筋和已澆梁自重來錨固。用已澆梁體上豎向預(yù)應(yīng)力筋,并使用預(yù)應(yīng)力筋生產(chǎn)商配套接頭和接長筋及錨固系統(tǒng)進(jìn)行錨固,使掛籃組合導(dǎo)梁與已澆梁體連接固定,通過預(yù)應(yīng)力筋固定掛籃根部主縱梁。預(yù)應(yīng)力筋為冷拉25毫米精軋螺紋鋼筋,Fpk=830MPa,設(shè)計(jì)張拉強(qiáng)度為0.812Ryb=638MPa,張拉控制力為F=513KN。且等掛籃前移后再張拉至設(shè)計(jì)要求的應(yīng)力值。絲口搭接大于5厘米,錨固絲口長度高于錨固端3絲以上,并通過固定導(dǎo)梁,保證掛籃在施工荷載下,不致發(fā)生傾覆,以確保掛籃的安全施工。
本工程每個(gè)導(dǎo)梁下設(shè)3根后錨螺桿(預(yù)應(yīng)力精軋螺紋筋和連接器連接),一只掛籃為9根后錨螺桿,端部墊10×10×1.5厘米墊板,后備高強(qiáng)度的配套螺母錨件。
(三)、行走系統(tǒng)
掛籃行走系統(tǒng)采用在已澆筑梁體內(nèi)預(yù)埋φ16圓鋼彎成U行并末端彎成標(biāo)準(zhǔn)彎鉤。在導(dǎo)梁上面放置四根φ16圓鋼以便利于行走，在導(dǎo)梁每10cm畫一個(gè)刻度線，便于觀察兩個(gè)掛籃行走距離是否相等，如發(fā)現(xiàn)不相等應(yīng)及時(shí)調(diào)整。在掛籃行走過程中,為保證掛籃就位的順利進(jìn)行,防治因掛籃前端自重產(chǎn)生不平衡彎矩而發(fā)生傾覆,在立桿頂處設(shè)置2根10噸葫蘆組成纜風(fēng),后拉在箱梁體預(yù)埋件上,進(jìn)一步確保掛籃在行走時(shí)不發(fā)生傾覆。
（四）、模板系統(tǒng)
模板系統(tǒng)包括底模系統(tǒng)、外模系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)。模板系統(tǒng)要注重混凝土外觀質(zhì)量和底模外線型的可調(diào)性,以剛度控制設(shè)計(jì)。
底模系統(tǒng)在混凝土懸臂施工中承受鋼筋混凝土重量及施工機(jī)具重量,并兼作施工操作平臺(tái)。由下縱梁及底模板組成。底模板采用5毫米厚鋼板加筋,具有光潔度好、平整度好、強(qiáng)度高、板厚均勻、相鄰兩板高度差小等優(yōu)點(diǎn)。用2米靠尺量時(shí),底板平整度偏差不得大于2毫米。
外側(cè)模采用定制鋼模板,形成一個(gè)三角形模板體系,長度4米,可往外延伸,高度6.678米(1#塊梁高)可往下延伸,同時(shí)吊掛于已澆搗的翼板上,梁腹板內(nèi)外模用螺栓連接。掛籃移動(dòng)前,解除箱梁翼板內(nèi)側(cè)精軋螺紋鋼,使外行走梁往下移動(dòng)一定距離后往外和往下延伸模板,模板內(nèi)側(cè)擱置在外行走梁上,掛籃移到位后,再定位模板,安裝翼板內(nèi)側(cè)精軋螺紋鋼。
（五）、掛藍(lán)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
1、底模縱向分配梁受力驗(yàn)算
底�？v向分配梁采用型鋼I36b,在腹板范圍按間距30cm布置,底板范圍按間距60cm布置。經(jīng)計(jì)算,在澆注首個(gè)3.5m節(jié)段(4#塊)時(shí)其受力最為不利。
a、腹板下縱向分配梁受力情況:
混凝土荷載(前端):qf1=4.918×2.6×0.4=5.11t/m
混凝土荷載(后端):qf1=4.592×2.6×0.4=4.77t/m
模板荷載:qf2=0.2×0.4=0.08t/m
施工及人行荷載:qL1=(0.2+0.2)×0.4=0.16t/m
Mmax=3.965t.m,Qmax=4.532t
b、底板下縱向分配梁受力情況
混凝土荷載(前端):qd1=5.9×2.6×1=15.34t/m
混凝土荷載(后端):qd1=5.9×2.6×1=15.34t/m
模板荷載:qd2=0.2×1=0.2t/m
施工及人行荷載:qL1=(0.2+0.2)×1=0.4t/m
Mmax=2.712t.m,Qmax=7.97t 綜合以上計(jì)算,底模板縱梁受力最大值為:Mmax=3.965t.m,Qmax=7.97t
I36b截面特性為:
Ix=7480cm4,Wx=534cm3,Sx=312.3cm3,b=1.05cm。
截面最大彎曲應(yīng)力為:Sbz=6.8×104/534=127.0MPa
最大剪應(yīng)力為:ι=5.7×312.3×100/(1.05×7480)=22.7MPa
fmax=7.3mm<[l/400]=4700/400=11.75mm(滿足要求)。
2、底板前上(下)橫梁:底板前橫梁吊點(diǎn)布置勻布置在腹板中部。
經(jīng)計(jì)算,在澆注首個(gè)3.5m節(jié)段(4#塊)時(shí)其受力最為不利,此時(shí)荷載情況如下:
混凝土荷載:取其承擔(dān)1/2節(jié)段混凝土荷載。
腹板:qh=0.4×4.755×2.6=4.945t/m(平均梁高)
底板:qh=6.7×1.00×2.6=17.42t/m(底板平均高度)
翼緣:qh=0.256(0.4)×2.6×2=1.33(2.08)t/m
頂板:頂板重量由內(nèi)頂模通過支架吊在上橫梁上和已澆筑的梁體上,考慮頂板平均厚度為0.4m,
qh=0.4×2.6×12=12.48t/m
底模模板荷載: q=0.2+0.2=0.4t/m2(考慮底模縱梁為0.2 t/m2)
頂模和支架:q=0.2+0.2=0.4t/m2
施工及人行荷載:取qL1=0.2+0.2=0.4t/m2
a、前下橫梁
前下橫梁最大彎矩為11.6t.m,最大剪力為12.3t。 I56b截面特性為,Ix=68503cm4,WX=2446.5cm3,SX=1447.2cm3,b=1.45cm。
截面最大彎曲應(yīng)力為:Sbz=11.6×104/2446.5=47.4MPa
最大剪應(yīng)力為:ι=12.3×1447.2×102/(1.45×68503)=17.9MPa
fmax=6.6mm<[4150/400]=10.4mm(滿足要求)。
b、前上橫梁
前上橫梁最大彎矩為21.1t.m,最大剪力為23.3t。 I56b截面特性為,Ix=68503cm4,WX=2446.5cm3,SX=1447.2cm3,b=1.45cm。
截面最大彎曲應(yīng)力為:Sbz=21.1×104/3001=70.3MPa
最大剪應(yīng)力為:ι=23.3×1774×102/(2.7×67518)=22.7MPa
fmax=6.5mm<[4150/400]= 10.4mm (滿足要求)。
各支點(diǎn)反力為:R1= R3=41.1t, R2=38.5t
吊帶軸力:Nmax=21.2t
3、后下橫梁:
底板后橫梁吊點(diǎn)橫向布置同底板前橫梁,吊帶錨固布置在腹板內(nèi)側(cè)0.4cm處。
經(jīng)計(jì)算,在澆注首個(gè)3.5m節(jié)段(4#塊)時(shí)其受力最為不利,此時(shí)荷載情況如下:
混凝土荷載取其承擔(dān)整個(gè)節(jié)段混凝土荷載的見上頁。
a、后下橫梁:
后下橫梁最大彎矩為19.5t.m,最大剪力為18.5t。 I56b截面特性為:Ix=68503cm4,WX=2446.5cm3,SX=1447.2cm3,b=1.45cm。
截面最大彎曲應(yīng)力為:Sbz=19.5×104/2446.5=79.7MPa
最大剪應(yīng)力為:ι=18.5×1447.2×102/(1.45×68503)=27.0MPa
fmax=9.1mm<2×[L/400]= 4150/400=10.4mm(滿足要求)。
b、各支點(diǎn)反力為:R1= R3=35.4t, R2=-9.5t
c、后下短吊桿拉力:Nmax=18.4t
d、吊帶軸力:Nmax=29.2t
4、主梁
所有混凝土荷載和模板荷載都通過吊帶傳給主梁,兩邊的主梁為最不利工況,所以只檢算一個(gè)主梁:
a、主梁
主梁最大彎矩:Mmax=54.1t.m,最大剪力:Vmax=41.8t。
2I56b截面特性為,Ix= 135187 cm4,WX= 4828cm3,SX=2859cm3,b=1.45×2=2.9cm。
截面最大彎曲應(yīng)力為:Sbz=54.1×104/4828=112.1MPa (滿足要求)。
最大剪應(yīng)力為:ι=41.8×2859×102/(2.9×135187)=30.5MPa (滿足要求)。
b、立柱
立柱主要承受軸向壓力,Nmax=109.5t。
2I45a的橫截面A=102×2=204cm2
σmax=Nmax/A=107×104/20400=54.1Mpa
穩(wěn)定性檢算:ix=177, iy=80
λx=μl/ ix=3900/177=22,λy=μl/ ix=3900/80=48.8
φmin=0.92
[σ]=0.92×170=154.6>51 Mpa(滿足要求)
c、斜拉支承桿:
斜拉支承桿主要承受軸向拉力Nmax=72.3t。
2I30a的橫截面A=35.6×2=71.2cm2
σmax=Nmax/A=70×104/7120=103.2Mpa (滿足要求)。
(5)組合導(dǎo)梁后錨桿受力驗(yàn)算
單個(gè)錨固點(diǎn)錨桿最大拉力為:Nmax=35.5t,每個(gè)錨固點(diǎn)共有兩根精軋螺紋錨桿,則每根錨桿所受拉力為35.5/2=15.2t。所以: 錨桿拉應(yīng)力σ=17.25×104×4/(π×322)=214.5MPa<[σ] =638MPa (滿足要求)。
(6)底板前后下橫梁吊帶及銷軸:
由前面計(jì)算知,底板前下橫梁吊點(diǎn)最大受力:21.2t,后吊帶最大受力:18.4t,所以有:
吊帶拉應(yīng)力為σ=21.2×100/(15×2)=70MPa<[σ] =295MPa (滿足要求)。
吊帶開銷孔處拉應(yīng)力為σ=21.2×100/(10×2)=106MPa<[σ](滿足要求)。
開孔處局部壓應(yīng)力為σ=21.2×100/(5×2)=212MPa<[σ](滿足要求)。
銷軸抗剪τ=4×21.2×100/(2π×52)=53.9MPa<[fv]=170MPa(滿足要求)。
（六）、掛籃的移動(dòng)和調(diào)節(jié)
本套掛籃的行走采用整體前移，逐步向前增加錨固的方法。松掉隨后的兩根錨固筋并且前移至最前端錨固防止掛籃前傾失穩(wěn)，用千金頂撤除掛籃定位后放在主梁下的臨時(shí)支撐，使主梁落在滑道上，解除底籃及模板與已澆梁段的聯(lián)系，僅通過吊桿懸吊在主梁上。利用手拉葫蘆將掛籃前移就位，掛籃就位后，安裝錨固系，設(shè)立主梁的臨時(shí)下支撐，安裝后下橫梁與已澆梁段的吊桿，并通過吊桿調(diào)節(jié)底籃的高度。
（七）、掛籃施工的控制要點(diǎn)
懸臂澆注施工中的橋梁標(biāo)高和軸線偏差是質(zhì)量控制的關(guān)鍵，為此，在懸臂澆注施工過程中除按常規(guī)要求加強(qiáng)質(zhì)量管理外還應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：
1、分段灌注混凝土前應(yīng)認(rèn)真檢查掛籃中心、底模標(biāo)高、預(yù)應(yīng)力管道的位置及定位情況、預(yù)埋件和預(yù)留孔的位置等，確保無誤后，方可進(jìn)行混凝土的灌注。
2、灌注混凝土應(yīng)由掛籃前端向后進(jìn)行，并盡量減小混凝土的塌落度，以提前實(shí)現(xiàn)掛籃的變形，避免由后向前澆注時(shí)新舊混凝土結(jié)合處易產(chǎn)生的裂縫。
3、施工中橋梁軸線的控制。在掛籃前移前應(yīng)定出已澆梁段的中軸線及掛籃移動(dòng)參照線，當(dāng)解除掛籃與已澆梁段的聯(lián)系后，掛籃沿參照線兩側(cè)對(duì)稱向前推進(jìn)，在推進(jìn)過程中，同步進(jìn)行底模中心與軸線的觀測，以防止掛籃轉(zhuǎn)角造成掛籃受扭。
4、掛籃施工中的撓度控制。①在正式施工前進(jìn)行試壓，消除掛籃自身的非彈性變形，得到彈性變形得參考值，以及加載不同階段掛籃的撓度，供設(shè)置預(yù)拱度及施工過程中觀測比較；②沿前下橫梁底口處橫橋向設(shè)立標(biāo)高參照點(diǎn)，采用吊線法，在施工過程中隨時(shí)檢測高度變化情況，如出現(xiàn)異常應(yīng)通過吊桿及時(shí)調(diào)整，并應(yīng)查明原因，消除隱患；③在灌注混凝土前可采用與梁段重量相等的水預(yù)先加載在掛籃上，在澆注過程中逐漸減小，使掛籃的負(fù)荷與撓度基本保持不便。
預(yù)留備用預(yù)應(yīng)力管道，特別是在合攏段相鄰的兩節(jié)段中，通過預(yù)應(yīng)力消除合攏段標(biāo)高和軸線的偏差。
（八）結(jié)語
從使用情況來看，此套掛籃正在跨A7高速公路連續(xù)梁中使用。取得了令人滿意的效果，為以后相類似的施工積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。
