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摘要:文章结合工程实例, 阐述了三角轻型宽幅挂篮的结构设计及预应力混凝土连续梁宽幅挂篮施工技术,从而,对同类桥梁的施工具有参考价值。
关键词:大桥 ;连续箱梁; 挂篮;混凝土施工
0引言
某大桥主桥为连续箱梁结构的特大桥，主跨布置为（86+4×136+86）m , 最大跨度为136m 的三向预应力钢筋混凝土连续箱梁, 桥宽22m , 为双向四车道。箱梁为单箱单室结构, 梁底宽10 m , 顶板宽22 m 。悬臂浇筑法施工梁分段长为3.5～ 4.5 m , 高度为3.0～ 6.5m , 最大质量为1900 kN。
1挂篮设计的总体构思
1.1设计原则
1) 设计时要综合考虑挂篮的整体功能, 而不能片面追求挂篮的某一项性能指标;
2) 力求结构轻巧, 挂篮自重及施工荷载控制在1 000 kN 以内, 因此要选用高强、轻质的钢材, 如斜拉杆、前后吊杆均采用精轧螺纹钢筋;
3) 挂篮采用已浇注段的竖向预应力钢筋作为后锚, 取消平衡配重, 以便减少自重, 行走时采用梁顶面的滑道, 滑动时要轻稳, 方向锁定, 除滑道外一次移动到位;
4) 设计时要考虑挂篮拼装完后箱梁顶面有宽敞的作业空间, 便于放置各种机具和作业人员行走, 在挂篮主梁上要能设置遮阳棚或保温棚, 改善作业环境, 防止气温骤变时保温;
5) 力求缩短工期, 主梁断面一次浇注, 挂篮一次拼装成型, 行走方便快捷, 劳动强度小。
1.2设计参数
箱梁为单箱单室, 悬臂梁分段最大长度为4.5 m , 最大混凝土质量为1900 kN , 梁段高度为3.0～ 5.8 m , 底板宽为10 m , 顶板宽为22m , 腹板厚为50～ 80 cm; 挂篮的总质量为850 kN , 施工荷载为150 kN; 混凝土冲击系数及其他施工不利因素系数取1.2; 设计变形为f maxöL≤1 000 , 因此主梁前端最大挠度为10 mm , 底模平台挠度为4 mm , 工作纵坡为2%。
2三角轻型挂篮的总体构造
该大桥三角轻型挂篮由三角主梁承重系统、吊杆系统、底模平台系统、侧模及加固系统、内外行走系统和后锚固系统等组成, 结构如图1 所示。
1- 前上横梁2- 主梁3- 外滑梁4- 前吊杆5- 底模纵梁6- 前下横梁7- 外侧模8- 后下横梁9- 后吊杆10- 吊轮11- 后锚轮12- 后锚杆13- 斜拉杆14- 立柱15- 后上横梁16- 滑道17- 外斜拉杆18- 后吊杆19- 内滑梁20- 内模支架
图1挂篮构造图
2.1承重系统
本系统包括三角形组合梁、前上横梁、后上横梁及用于压紧后锚的压紧器。三角形组合梁由4É 40 b 工字钢主梁、4〔36b 槽钢立柱和32 精轧螺纹钢筋斜拉杆等杆件组成, 两片三角形组合梁间用2〔18a 连接平梁连接增强稳定性。后上横梁为2 〔28a 的槽钢梁, 安装在主梁中间的立柱下方, 两端用精轧螺纹钢与立柱斜拉以增加整体稳定性。前上横梁为2É 45b 工字梁, 固定在主梁前端的上翼缘, 主要通过吊杆随外侧模、底模平台、内模及混凝土的荷载; 压紧器是用精轧螺纹钢、扁担梁、千斤顶、锚具把三角挂篮主梁和滑道、箱梁竖向筋锚固在一起。
2.2吊杆系统
吊杆采用32 精轧螺纹钢筋, 下端与底模平台横梁双向铰接, 上端用500 kN 千斤拉紧后用锚具顶固定在上横梁上。锚具可调节底模平台的升降,每根吊杆设一组21.5 mm 钢丝绳和100 kN 手拉葫芦作为保险装置。
2.3底模平台系统
底模系统由下横梁、纵梁及模板组成, 在悬臂施工中承受钢筋混凝土质量及机具的质量, 并兼做操作平台, 横梁由2〔36b 槽钢组成长为18 m 的空腹梁, 用吊杆悬吊于前后上横梁, 混凝土浇注时后下横梁设4 个锚点锚固于已浇梁段的底板。
2.4侧模系统
外侧模用〔12 槽钢L 75 角铁做骨架, 用5 mm钢板做面板, 骨架和面板焊接成固定一体的定性构件, 内侧模及顶模用组合模板。
2.5走行系统
走行系统主要由挂篮三角主梁走行系统、侧模走行系统、内模走行系统组成。三角主梁走行在箱梁頂的滑道上进行, 三角组合梁中部设滑动支点, 滑动支点内嵌四氟板以减少摩阻力。在主梁后端设平衡倒扣轮扣于滑道, 确保行走时的稳定, 滑道在钢枕上滑移, 每个循环时先将滑道滑移到位, 调好固定后再整体移动挂篮。
2.6锚固系统
锚固系统是在主梁后端用32 精轧螺纹钢筋与箱梁竖向预应力筋连接, 将挂篮前端承受的荷载传到箱梁, 并防止挂篮倾翻。每片组合梁用8 根精轧螺纹钢锚固, 挂篮行走时的稳定靠后端倒扣轮维持。
3挂篮荷载试验
3.1试验目的
检验挂篮承载力和安全可靠性, 验证其制造和安装质量; 消除非弹性变形, 测出主梁、前上横梁、吊杆的弹性变形值为箱梁施工提供依据, 掌握挂篮结构刚度与弹性工作状态。
3.2加载方法
为了准确模拟施工时混凝土质量对挂篮的作用力, 加载采用砂袋分级进行, 砂袋质量严格过磅, 每级100 kN , 荷载持续30m in, 检测变形。加载总质量为混凝土最大质量的1.2 倍, 全部荷载加上后, 持续24 h, 确定最大变形量。
3.3试验结果的应用
对检测获得的变形值进行分析表明, 设计弹性变形值与试验数据吻合, 非弹性变形值为2 mm , 主梁前端的变形曲线如图2 所示。
图2主梁变形曲线图
按曲线做出荷载变形线形回归方程为: d = 2+0. 5F; 由此关系式可得出施工各梁段质量时的挂篮变形量, 为施工高程控制提供了可靠的依据。
4箱梁混凝土施工
4.1挂篮安装
挂篮所有构件在陆地上制作完毕后用吊车吊至已浇注好的0～ 1# 块桥面上, 人工组装。外模在施工0# 和1# 梁段时用吊车安装, 挂篮组装完成后用滑梁挂在挂篮横梁上, 最后安装底模平台。
4.2箱梁混凝土施工
箱梁混凝土浇注采用强制式搅拌机, 在桥下工作平台上设两台HBT 260 型混凝土输送泵浇注。按照设计要求, 两对称节段浇注时不平衡质量不能超过节段质量的20% , 因此混凝土要等量投入两台混凝土泵。浇注至箱梁顶面时, 要从外向内、从前段向根部浇注。
4.3箱梁预应力施工
预应力为三向预应力, 纵向为每束19 根15.24 的低松弛高强度钢绞线, 横向为3 根15.24 的低松弛高强度钢绞线, 竖向为32 的精轧螺纹钢筋。张拉是在混凝土强度达90% 后进行,遵循“先纵向、再横向、后竖向, 先长束后短束, 对称张拉”的原则。
5结语
实践证明, 某大桥设计使用的三角轻型宽幅挂篮为大重量、宽幅面主梁的全断面一次性浇注提供了可靠的施工设备和强有力的技术保证, 而且施工进度明显提高, 每段箱梁的施工周期从原计划的11 d 缩短到8 d, 为全桥的按期完工创造了有利的条件。
关键词:大桥 ;连续箱梁; 挂篮;混凝土施工
0引言
某大桥主桥为连续箱梁结构的特大桥，主跨布置为（86+4×136+86）m , 最大跨度为136m 的三向预应力钢筋混凝土连续箱梁, 桥宽22m , 为双向四车道。箱梁为单箱单室结构, 梁底宽10 m , 顶板宽22 m 。悬臂浇筑法施工梁分段长为3.5～ 4.5 m , 高度为3.0～ 6.5m , 最大质量为1900 kN。
1挂篮设计的总体构思
1.1设计原则
1) 设计时要综合考虑挂篮的整体功能, 而不能片面追求挂篮的某一项性能指标;
2) 力求结构轻巧, 挂篮自重及施工荷载控制在1 000 kN 以内, 因此要选用高强、轻质的钢材, 如斜拉杆、前后吊杆均采用精轧螺纹钢筋;
3) 挂篮采用已浇注段的竖向预应力钢筋作为后锚, 取消平衡配重, 以便减少自重, 行走时采用梁顶面的滑道, 滑动时要轻稳, 方向锁定, 除滑道外一次移动到位;
4) 设计时要考虑挂篮拼装完后箱梁顶面有宽敞的作业空间, 便于放置各种机具和作业人员行走, 在挂篮主梁上要能设置遮阳棚或保温棚, 改善作业环境, 防止气温骤变时保温;
5) 力求缩短工期, 主梁断面一次浇注, 挂篮一次拼装成型, 行走方便快捷, 劳动强度小。
1.2设计参数
箱梁为单箱单室, 悬臂梁分段最大长度为4.5 m , 最大混凝土质量为1900 kN , 梁段高度为3.0～ 5.8 m , 底板宽为10 m , 顶板宽为22m , 腹板厚为50～ 80 cm; 挂篮的总质量为850 kN , 施工荷载为150 kN; 混凝土冲击系数及其他施工不利因素系数取1.2; 设计变形为f maxöL≤1 000 , 因此主梁前端最大挠度为10 mm , 底模平台挠度为4 mm , 工作纵坡为2%。
2三角轻型挂篮的总体构造
该大桥三角轻型挂篮由三角主梁承重系统、吊杆系统、底模平台系统、侧模及加固系统、内外行走系统和后锚固系统等组成, 结构如图1 所示。
1- 前上横梁2- 主梁3- 外滑梁4- 前吊杆5- 底模纵梁6- 前下横梁7- 外侧模8- 后下横梁9- 后吊杆10- 吊轮11- 后锚轮12- 后锚杆13- 斜拉杆14- 立柱15- 后上横梁16- 滑道17- 外斜拉杆18- 后吊杆19- 内滑梁20- 内模支架
图1挂篮构造图
2.1承重系统
本系统包括三角形组合梁、前上横梁、后上横梁及用于压紧后锚的压紧器。三角形组合梁由4É 40 b 工字钢主梁、4〔36b 槽钢立柱和32 精轧螺纹钢筋斜拉杆等杆件组成, 两片三角形组合梁间用2〔18a 连接平梁连接增强稳定性。后上横梁为2 〔28a 的槽钢梁, 安装在主梁中间的立柱下方, 两端用精轧螺纹钢与立柱斜拉以增加整体稳定性。前上横梁为2É 45b 工字梁, 固定在主梁前端的上翼缘, 主要通过吊杆随外侧模、底模平台、内模及混凝土的荷载; 压紧器是用精轧螺纹钢、扁担梁、千斤顶、锚具把三角挂篮主梁和滑道、箱梁竖向筋锚固在一起。
2.2吊杆系统
吊杆采用32 精轧螺纹钢筋, 下端与底模平台横梁双向铰接, 上端用500 kN 千斤拉紧后用锚具顶固定在上横梁上。锚具可调节底模平台的升降,每根吊杆设一组21.5 mm 钢丝绳和100 kN 手拉葫芦作为保险装置。
2.3底模平台系统
底模系统由下横梁、纵梁及模板组成, 在悬臂施工中承受钢筋混凝土质量及机具的质量, 并兼做操作平台, 横梁由2〔36b 槽钢组成长为18 m 的空腹梁, 用吊杆悬吊于前后上横梁, 混凝土浇注时后下横梁设4 个锚点锚固于已浇梁段的底板。
2.4侧模系统
外侧模用〔12 槽钢L 75 角铁做骨架, 用5 mm钢板做面板, 骨架和面板焊接成固定一体的定性构件, 内侧模及顶模用组合模板。
2.5走行系统
走行系统主要由挂篮三角主梁走行系统、侧模走行系统、内模走行系统组成。三角主梁走行在箱梁頂的滑道上进行, 三角组合梁中部设滑动支点, 滑动支点内嵌四氟板以减少摩阻力。在主梁后端设平衡倒扣轮扣于滑道, 确保行走时的稳定, 滑道在钢枕上滑移, 每个循环时先将滑道滑移到位, 调好固定后再整体移动挂篮。
2.6锚固系统
锚固系统是在主梁后端用32 精轧螺纹钢筋与箱梁竖向预应力筋连接, 将挂篮前端承受的荷载传到箱梁, 并防止挂篮倾翻。每片组合梁用8 根精轧螺纹钢锚固, 挂篮行走时的稳定靠后端倒扣轮维持。
3挂篮荷载试验
3.1试验目的
检验挂篮承载力和安全可靠性, 验证其制造和安装质量; 消除非弹性变形, 测出主梁、前上横梁、吊杆的弹性变形值为箱梁施工提供依据, 掌握挂篮结构刚度与弹性工作状态。
3.2加载方法
为了准确模拟施工时混凝土质量对挂篮的作用力, 加载采用砂袋分级进行, 砂袋质量严格过磅, 每级100 kN , 荷载持续30m in, 检测变形。加载总质量为混凝土最大质量的1.2 倍, 全部荷载加上后, 持续24 h, 确定最大变形量。
3.3试验结果的应用
对检测获得的变形值进行分析表明, 设计弹性变形值与试验数据吻合, 非弹性变形值为2 mm , 主梁前端的变形曲线如图2 所示。
图2主梁变形曲线图
按曲线做出荷载变形线形回归方程为: d = 2+0. 5F; 由此关系式可得出施工各梁段质量时的挂篮变形量, 为施工高程控制提供了可靠的依据。
4箱梁混凝土施工
4.1挂篮安装
挂篮所有构件在陆地上制作完毕后用吊车吊至已浇注好的0～ 1# 块桥面上, 人工组装。外模在施工0# 和1# 梁段时用吊车安装, 挂篮组装完成后用滑梁挂在挂篮横梁上, 最后安装底模平台。
4.2箱梁混凝土施工
箱梁混凝土浇注采用强制式搅拌机, 在桥下工作平台上设两台HBT 260 型混凝土输送泵浇注。按照设计要求, 两对称节段浇注时不平衡质量不能超过节段质量的20% , 因此混凝土要等量投入两台混凝土泵。浇注至箱梁顶面时, 要从外向内、从前段向根部浇注。
4.3箱梁预应力施工
预应力为三向预应力, 纵向为每束19 根15.24 的低松弛高强度钢绞线, 横向为3 根15.24 的低松弛高强度钢绞线, 竖向为32 的精轧螺纹钢筋。张拉是在混凝土强度达90% 后进行,遵循“先纵向、再横向、后竖向, 先长束后短束, 对称张拉”的原则。
5结语
实践证明, 某大桥设计使用的三角轻型宽幅挂篮为大重量、宽幅面主梁的全断面一次性浇注提供了可靠的施工设备和强有力的技术保证, 而且施工进度明显提高, 每段箱梁的施工周期从原计划的11 d 缩短到8 d, 为全桥的按期完工创造了有利的条件。