跨京杭運河90+180+90連續(xù)梁施工菱形掛藍設計

呂改賢

(中鐵三集團第七工程有限公司，陜西 西安 710100)

概述

京滬高速鐵路跨京杭運河特大橋主跨為90m+180m+90m預應力連續(xù)梁拱橋，其主梁為單箱雙室變高度箱形截面，中支點處梁高10.0m，跨中及邊支點處梁高4.5m，梁底按二次曲線變化；箱梁頂寬14.2m，底寬10.8m；箱梁腹板厚0.4-0.7m，底板厚0.4-1.049m。主梁共分79個梁段，除0號梁段及K21*梁段在支架上施工外，其余梁段均采用掛籃分段對稱懸臂澆筑施工，掛藍懸臂澆注梁段長分3.0m、3.5m、4.0m、4.5m四種，懸澆梁最重段為3430kN。

一、掛藍結構形式選擇。由于該橋為單箱雙室變高度箱形截面，節(jié)段重量較大，在滿足設計、施工使用要求的前提下，同時必須考慮結構成本問題，結合設計院對掛籃自重必須控制在1350kN以內(nèi)的要求，本橋懸灌施工用掛藍結構形式采用簡易菱形結構。簡易菱形結構掛藍具有自重輕，受力明晰、合理；結構簡單、精度高，砼施工時掛藍累積撓度及變形量小等優(yōu)點。同時為方便大型掛藍行走、立模及脫模操作，本掛藍采用全液壓操作，安全方便，很大程度減少掛藍走行操作時間。

二、掛藍結構簡介。本橋所用菱形掛藍由主桁系、底模系、外模內(nèi)模系、前吊系、底錨系、走行系和施工平臺組成。

1、主桁系。主桁結構共有3組，分別為中桁一組和邊桁兩組。中桁片由2{40b槽鋼和上、下各14mm鋼板構成結構桿件截面；邊桁片由2[36b槽鋼和上、下各10mm鋼板構成結構桿件截面。主桁系是掛藍結構中的主要受力結構件，在掛藍懸灌施工作業(yè)中主要承受底模系傳來的豎向拉力。主桁系每組主桁結構由五組桿件鉸接構成，外型呈菱形機構。各桿件由型鋼和鋼板焊接成型，通過主銷軸鉸接在各節(jié)點結構上，叁片主桁結構通過前橫梁和主桁橫聯(lián)連接構成整體穩(wěn)定結構。前橫梁由20mm鋼板和10mm鋼板焊接成型為箱形截面。主桁系每組主桁滑動鉸座處均設有液壓缸，保證掛籃能平衡同步行走。

2、底模系。掛藍底模系位于懸灌箱梁底部，是掛籃主要受力機構，承受著箱梁懸灌施工荷載。底模系主要由前托梁、后托梁、縱梁和工作梁組成，與砼接觸處配有上模板，上模板為10mm面板。為控制底模系后托梁在掛藍空載走形時撓度過大，在后托梁下部加設一片桁片，既可以控制掛藍空載走行時底模系的撓度又可以作為施工工作平臺用。同時底模系輔助設有前、后工作臺和側工作臺，進一步方便掛藍操作，又為掛藍做好安全防護。

3、外模、內(nèi)模系。外模系主要承受施工梁段腹板砼產(chǎn)生的側壓力和翼板砼的荷載。考慮到施工安全和空間，外側模分為三部分。

內(nèi)模系為兩套，主要承受頂板砼荷載，內(nèi)模系分別通過兩根內(nèi)滑梁懸吊在前橫梁和已成梁段上。內(nèi)模由桁片及55mm厚組合鋼模板構成，為滿足橋梁箱內(nèi)加肋混凝土的灌注，內(nèi)模分三段，前后段為液壓缸控制脫模，中間加肋段可用支撐形式澆注成型。

4、前主吊系。前主吊系采用8根φ32mm精軋螺紋鋼進行受力，承受底模前部拉力。

5、底錨系。底錨系是底模系中后托梁和已成梁段底板之間錨固用系統(tǒng)，主要承受底模系后部拉力。

6、走行系。走行系橋面部分主要由滑軌、滑動鉸座、反扣裝置、主桁橫聯(lián)、分配梁、油缸頂座、液壓油缸構成。。在滑軌上固定有油缸頂座，通過液壓缸頂推活動滑動鉸座使整個掛籃沿著滑軌走行；走行系橋面以下部分為四根內(nèi)滑梁和滑梁后吊架。

7、施工平臺。為方便施工人員對掛藍操作，確保掛藍施工時人員的安全，掛藍施工平臺主要由底模系工作平臺、側模系工作平臺和主桁系工作平臺組成。

8、掛藍結構附圖：

三、掛藍設計

1、掛籃設計參數(shù)

梁段最大重量為3430KN，梁段最大長度為4.5m，梁段最大高度為10m。掛籃前移方式為液壓動力推動滑移，掛籃總重小于135噸。混凝土比重取2.65噸/M3，動力系數(shù)取1.2，混凝土超載系數(shù)取1.05，掛藍前移走行時的傾覆安全系數(shù)大于2.0；掛籃工作時的錨固傾覆安全系數(shù)不小于2.2。

2、設計依據(jù)。A、懸灌幾何特征:主要參照北京至上海高速鐵路鎮(zhèn)江京杭運河特大橋（90+180+90）連續(xù)梁拱橋《京杭高徐滬施圖V（橋）-110-2》。B、施工荷載：采用《京杭高徐滬施圖V（橋）-110-2》K7段 節(jié)段荷載。C、設計規(guī)范：①《高速鐵路橋涵設計和施工規(guī)范》，②《鋼結構設計規(guī)范》，③《機械設計手冊》，④《路橋施工計算手冊》

3、設計計算。在掛藍初步計算確定桿件及其他結構后，運用有限元結構分析軟件對掛藍進行整體結構計算復核 ，按施工實際受力情況進行了結構模擬加載，對掛藍各機構受力情況進行進一步分析。

4、計算結果分析

1）、掛藍各構件在全載條件下剛度、強度和穩(wěn)定性均滿足施工要求。

2）、荷載下主梁前點最大位移分別為7.89mm(邊桁)、8.75mm（中桁）；底模吊點處組合位移11.5mm。

3）、計算詳細結果

A、10根前吊桿受力（邊起往中排）分別為:188KN,235KN,223KN,186 KN,

194KN,194KN,186KN,223 KN,235KN,188KN;6個底錨點受力（邊起向中排）分別為：192KN,553KN,454KN,454 KN,553KN,192KN。

B、主要受彎構件彎距:托梁147KN/M2,縱梁201KN/M2,內(nèi)滑梁180KN/M2,前橫梁408KN/M2

C、主桁各桿受力及支點反力

結論京杭運河菱形掛籃投入使用后，施工質(zhì)量好，操作簡單、方便，工作效率高，已順利完成了所有梁段砼的施工，且實際工期比計劃有所提前，現(xiàn)場反映良好。

根據(jù)現(xiàn)場工作情況總結，該簡易菱形掛藍拼裝簡單，受力明確，操作方便。尤其對主桁系的簡化和鉸接設計，進一步減小了掛藍的累積變形，大大地增強了掛藍的技術性能和安全性能。同時對于外側模和底模系，由于系統(tǒng)整體性好，剛度大，從而使砼的灌注質(zhì)量提高，外形美觀。該掛籃在實際應用中體現(xiàn)出了易于組裝移動和模板調(diào)整簡單的特點，掛籃的前移僅需3個小時，模板調(diào)整3個小時。 為爭取京杭運河連續(xù)梁橋梁的總體工期創(chuàng)造了有利條件。