排調(diào)河1號特大橋三角形掛籃設(shè)計

唐華偉

1 工程概況

排調(diào)河特大橋位于貴州省三都縣打漁鄉(xiāng),主橋上部結(jié)構(gòu)為(105+200+105)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu),箱梁根部梁高12.0 m,跨中部分梁高4.5 m,箱梁梁高由跨中至梁根部按1.75次拋物線變化。主橋截面為單箱單室箱形截面。箱梁頂板寬13.00 m,底板寬7.0 m,頂板厚 0.30 m,底板厚由跨中0.35 m按二次拋物線變化至根部 1.40 m,腹板分別為0.50 m,0.80 m,橋墩頂部范圍內(nèi)箱梁頂板厚 0.50 m,底板厚1.50 m,腹板厚1.00 m。橋面橫坡采用不同腹板高度予以調(diào)整。

主橋箱梁除墩頂塊件外,各單“T”構(gòu)箱梁均采用掛籃懸臂澆筑法施工,分22對梁段,即(5×3.5+4×4.0+13×4.5)m 進(jìn)行對稱懸臂澆筑。橋墩墩頂塊件長14.00 m,中孔合龍段長2.0 m,邊孔現(xiàn)澆段長3.85 m,邊孔合龍段長2.0 m。梁段懸臂澆筑最大塊件1號塊重量2 900 kN。主梁采用縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力體系。

2 掛籃設(shè)計思路

掛籃設(shè)計時考慮如下幾點(diǎn):1)掛籃結(jié)構(gòu)輕巧,該橋掛籃在箱梁頂段安裝,所用構(gòu)件重量均不得大于8 t塔吊的限重;2)掛籃結(jié)構(gòu)簡單,受力明確,剛度大,使用安全可靠;3)掛籃在行走過程中平穩(wěn)、安全。除軌道、內(nèi)模外掛籃需整體移出;4)模板設(shè)計堅固耐用,剛度較大;5)減少施工工序,縮短施工工期。

3 掛籃設(shè)計

3.1 掛籃構(gòu)造

本橋采用三角形掛籃施工,掛籃重103 t。主要由主桁架、底模平臺、模板系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)及走行系統(tǒng)六大部分組成(見圖1)。

主桁架是掛籃的主要受力結(jié)構(gòu),由兩榀三角主桁架、橫向連接系組成。桁架主桿件采用槽鋼焊接的格構(gòu)式,節(jié)點(diǎn)采用承壓型高強(qiáng)螺栓連接。

底模平臺:直接承受梁段混凝土重量,并為立模,鋼筋綁扎,混凝土澆筑等工序提供操作場地。底模平臺由底模板、縱梁和前后橫梁組成。底模板采用大塊鋼模板;縱梁采用雙槽鋼或單工字鋼,橫梁采用槽鋼組焊。縱梁與前后橫梁銷接,消除梁底高度變化引起的次彎矩。

模板系統(tǒng):外側(cè)模的模板采用大塊鋼模板拼組,內(nèi)模板為抽屜式結(jié)構(gòu),可采用手拉葫蘆從前一梁段沿內(nèi)模走行梁整體滑移就位。

懸吊系統(tǒng):懸吊系統(tǒng)由前上橫梁、吊桿組成。吊桿采用32精軋螺紋鋼,將底模平臺上的荷載傳遞到主桁架。

錨固系統(tǒng):錨固系統(tǒng)設(shè)在兩榀主桁架的后節(jié)點(diǎn)上,共兩組,每組錨固系統(tǒng)包括3根后錨上扁擔(dān)梁、6根后錨桿直接錨固在箱梁頂板和翼緣板混凝土上。

走行系統(tǒng):走行系統(tǒng)包括軌道、前支座、后錨小車、內(nèi)外走行梁、滾輪架、牽引設(shè)備。掛籃走行時前支座在軌道頂面滑行,連接于主構(gòu)架后節(jié)點(diǎn)的后錨小車反扣在軌道翼緣下并沿翼緣行走。

3.2 施工荷載組合

荷載組合1:動力系數(shù)×混凝土重+動力系數(shù)×掛籃自重+施工人員、材料、機(jī)具荷載+風(fēng)荷載;

荷載組合2:混凝土重+掛籃自重+施工人員、材料、機(jī)具荷載+風(fēng)荷載;

荷載組合3:動力系數(shù)×走行時掛籃自重+施工人員、材料、機(jī)具荷載+風(fēng)荷載。

荷載組合1用于強(qiáng)度、穩(wěn)定性計算;荷載組合2用于剛度計算;荷載組合3用于掛籃走行計算。

3.3 掛籃主桁架設(shè)計

通過計算,主桁架桿選用[40槽鋼焊接的格構(gòu)式,并在槽鋼腹板中心增設(shè)12 mm厚的連接板。槽鋼焊接格構(gòu)式重量輕,易于調(diào)整分肢間距離,保證桿件兩個方向具有相同的穩(wěn)定性。繞虛軸發(fā)生彎曲失穩(wěn)時,因構(gòu)件彎曲產(chǎn)生的橫向剪力由比較柔弱的綴板負(fù)擔(dān),剪切變形較大,增設(shè)連接板,保證構(gòu)件不產(chǎn)生較大的附加變形。

計算表明,桿件最大拉力1 565.5 kN,最大壓應(yīng)力1 959 kN。[40槽鋼格構(gòu)式強(qiáng)度、穩(wěn)定性均滿足要求(見圖2)。

通過對掛籃空間整體建模分析,掛籃前節(jié)點(diǎn)最大撓度為23 mm;主桁架整體穩(wěn)定性也能滿足要求。

節(jié)點(diǎn)選用承壓型高強(qiáng)螺栓連接,受力均勻穩(wěn)定,非彈性變形可忽略不計,保證主桁架不產(chǎn)生較大的位移。

橫向連接系選用[20槽鋼焊接格構(gòu)式,保證主桁架的橫向穩(wěn)定,并在走行時懸吊底模平臺。

3.4 掛籃后錨設(shè)計

為了平衡澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的傾覆力矩,確保掛籃施工安全,錨固系統(tǒng)通過6根32精軋螺紋鋼將主桁架后節(jié)點(diǎn)的傾覆力傳遞到箱梁頂板和翼緣板上。工作狀態(tài)抗傾覆系數(shù)為2.8,滿足設(shè)計要求。

3.5 掛籃走行設(shè)計

走行過程中的抗傾覆力經(jīng)后錨小車、軌道及兩根精軋鋼筋傳遞給梁體,通過三維建模計算,走行抗傾覆系數(shù)為2.2,滿足設(shè)計要求。后錨小車選用雙輪反扣于雙排工字鋼軌道上,既便于走行又能保持穩(wěn)定。內(nèi)模在鋼筋綁扎完成后采用手拉葫蘆沿內(nèi)模走行梁滑移就位。

4 掛籃主桁架加載試驗(yàn)

主桁架在0號段頂面利用預(yù)埋掛籃錨固精軋螺紋鋼筋和張拉設(shè)備進(jìn)行加載試驗(yàn),模擬最重梁段施工工況,以檢驗(yàn)主桁架的強(qiáng)度、剛度、工作狀態(tài)后錨和前支座的安全性。

4.1 主桁架加載試驗(yàn)程序

首先模擬最重梁段施工工況的加載試驗(yàn),然后進(jìn)行走行狀態(tài)最不利工況的加載。最重梁段施工工況分4級加載,分別為實(shí)際荷載的10%,50%,100%,120%。每施加1級荷載均應(yīng)記錄主桁架前節(jié)點(diǎn)中心、主桁架前支座中心、主桁架后節(jié)點(diǎn)中心處位移,并仔細(xì)觀察主桁架節(jié)點(diǎn)、桿件、后錨有無異常。荷載值以油表讀數(shù)控制,位移值采用精密水準(zhǔn)儀測量。

4.2 數(shù)據(jù)分析

先計算各級荷載作用下主桁架三個節(jié)點(diǎn)中心處的位移值,然后消除主桁架前支座下沉、后節(jié)點(diǎn)抬高及其他非彈性變形的影響,重新計算主桁架前節(jié)點(diǎn)彈性位移值,并以此值作為實(shí)測值與理論計算值比較(見表1)。

表1 掛籃主桁架試壓變形觀測計算分析表

掛籃變形回歸方程:y=a+bx。

其中,a=-0.837 2;b=0.021 78。

主桁架加載試驗(yàn)數(shù)據(jù)見圖3。

1)本次加載試驗(yàn),掛籃的工作狀態(tài)與正常進(jìn)行循環(huán)施工時掛籃的工作狀態(tài)有一定的差別,因此試驗(yàn)大致模擬了掛籃的受力狀態(tài),檢驗(yàn)了掛籃主體結(jié)構(gòu),主要是承重系統(tǒng)的安全性,所取得的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對以后的掛籃施工具有一定的參考意義。

2)本掛籃為新加工設(shè)備,設(shè)計時取用了較大的安全系數(shù),同時掛籃主縱梁與底平臺之間吊桿每次都要進(jìn)行預(yù)拉以消除掛籃吊桿的非彈性變形,因而掛籃的變形主要是由于主縱梁的彈性變形引起的,其變形與在該種工況下設(shè)計計算值較為吻合。

5 結(jié)語

實(shí)踐證明,該三角形掛籃結(jié)構(gòu)簡單,受力明確,重量輕、剛度大、使用安全可靠,在排調(diào)河大橋上的應(yīng)用是成功的,對高墩大跨連續(xù)梁掛籃設(shè)計具有參考價值。

[1] TB 10203-2002,鐵路橋涵施工規(guī)范[S].

[2] GB 50017-2003,鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[3] 蘇維才.橫瀝大橋掛籃設(shè)計與施工[J].山西建筑,2008,34(2):324-325.