三角形掛籃結構改造及應用技術

劉含濤

中鐵十四局集團第二工程有限公司 山東 泰安 271000

1 工程概況

南通市滬通鐵路九圩港(40+97+56.92)m單線懸灌梁大橋位于江蘇省南通市境內,全長226.72m,其中現澆連續梁32.8m,懸灌連續梁193.92m,橋跨布置為連續梁組合橋,跨越九圩港運河。梁體為分離式單箱單室變高度變截面箱梁結構,箱頂板寬7m,梁高3.8～6.6m。本橋每跨梁段采用三角形掛籃懸灌法施工,改造曾在江蘇省寧啟浮現電化工程跨京滬鐵路特大橋(48+80+48)m連續梁為本橋使用。

2 三角形掛籃結構及使用特點

每個三角形掛籃由主縱三角形桁梁、行走系統、底模裝置、后錨系統共4部分組成(圖1),自重包括底模和側模),適應外形尺寸為7m寬×6.6m高,設計懸澆荷載為1100KN,一次澆筑長度為4.5m的箱梁橋。

圖1 三角掛籃結構(單位:mm)

2.1 主縱桁架 主縱三角形桁梁是掛籃的主要承重結構,三角形桁架分2片立于腹板位置,其間用12雙槽鋼組焊成的門聯接系。每片主桁架均用2片30b槽鋼補強δ10mm鋼板組焊的矩形管而成,節點處用20mm鋼板和圓銷材質40Cr銷軸連接,每個桿件均用δ12mm鋼板作為兩個槽鋼鏈接綴板,增強承載力。

2.2 行走系統

2.2.1 行走系統為無平衡重導鏈牽引走行系統,行走軌道為I45工字鋼,每組置于腹板位置。掛籃后車以反扣支座裝置形式沿軌道頂板下緣滑行,三角形掛籃行走復雜,由于軌道為整體軌道,無法節段軌道拼裝,所以軌道需單獨行走,行走前需將三角形掛籃撐起,前支點脫離軌道,后支座反扣裝置錨固到位,使后支座反扣輪不與軌道下沿接觸,方可走行軌道。

2.2.2三角形掛籃行走前支點支撐及后支座錨固如圖2:

圖2 三角掛籃前支點支撐及后支座錨固示意圖

2.2.3 如上所述,可以看出三角掛籃行走復雜,需使用前支、后錨的方法使三角掛籃脫離軌道,使軌道無阻礙前行,這種情況下,三角形掛籃僅靠前4個支點支撐、后4個點錨固是非常不穩定的,這就需要在門聯位置增加支撐點,軌道行走時密切注意三角形掛籃前支點的穩定性,發現異常,需要停止走行,確保三角形掛籃的整體支撐的穩定。

2.2.4 由于三角掛籃后支座反扣裝置為走行輪結構,走行輪裝置與軌道頂面高度有限,走行時錨軌精扎螺紋鋼形成障礙,這就需要走行輪前面的錨軌精軋螺紋裝置在三角形掛籃前行時一個一個的予以拆除,為確保軌道的錨固性能,走行輪裝置后面的錨軌精軋螺紋裝置在三角形掛籃前行時一個一個的予以錨固軌道,這樣無形中大大的增加了現場施工人員的勞動強度,嚴重拖延施工時效,以及軌道的整體穩定性,目前有些菱形掛籃的后支座反扣裝置也設置為走行輪裝置,目的為行走便捷,但同時增加勞動強度和軌道的不穩定因素,在這里作者個人認為后支座反扣裝置設置為走行輪裝置行走弊大于利。

2.3 底模裝置 三角形掛籃底模裝置同菱形掛籃底模裝置相同,都是直接承受懸澆梁段的施工重量,由下橫梁和底?？v梁及吊帶組成。前吊帶的作用是為底模平臺提供前吊點,承受約50%的掛籃及混凝土荷載。后吊帶從箱梁的底板預留孔中穿過,下端與底模后底橫梁相連,上端2臺千金頂和扁擔梁支撐在箱梁底板頂面上。后吊帶承受約50%掛籃及混凝土荷載并將其傳給箱梁底板。吊帶采用Q345B鋼板及銷軸聯接。底?？v梁采用I32工字鋼,橫梁采用I40工字鋼。

2.4 后錨系統 三角形掛籃后錨系統同樣和菱形掛籃后錨系統相同,由后錨扁擔梁、反扣后支座組成,錨固方式分兩種:一種是通過梁體腹板內的豎向預應力鋼筋與走形軌道相連,同時通過下拉裝置將掛籃與走形軌道相連,此錨固方法安全性能不高,現大部分施工現場已不采用;另一種是直接利用梁體腹板內的精扎螺紋直接與掛籃相連,此錨固方法借用梁體豎向預應力精扎螺紋進行錨固,安全性能高,目前為廣泛采用的掛籃后錨方法,然而部分橋梁設計無豎向預應力,此時多為施工現場自行設置豎向預應力進行后錨。

3 三角掛籃改造設計

滬通鐵路九圩港(40+97+56.92)m單線懸灌梁大橋長度、高度及荷載相對比寧啟浮現電化工程跨京滬鐵路特大橋(48+80+48)m連續梁基本一致,最大梁段重量僅100.54t,大大的低于150t的梁重,由此得出結論,本三角形掛籃只需進行除銹、補焊、補充零件等改造工作,由于(48+80+48)m連續梁最長節段為4m,然而本橋最大節段長度為4.5m,只需調整施工方案即可。

4 三角掛籃施工方案

4.1 三角形掛籃行走施工方法 三角形掛籃行走復雜,需單獨走行軌道,這就增加了施工難度,具體方案已在本文2.2條三角掛籃走行系統中詳細敘述,在這里就不再重復論述。

4.2 九圩港單線懸灌梁大橋4.5m節段施工方法 本橋施工重點在于4.5m節段施工,目前懸灌梁施工節段一般為4m,4.5m梁段比較少見,本橋三角形掛籃懸臂長度為5680mm,由于前支點中心線需離梁段500mm,前吊帶中心線據三角掛籃前端478.7mm,這樣施工4m梁段時實際有效懸臂僅為4701.3mm。

如果三角掛籃仍按此位置設置,將無法滿足4.5m梁段施工,這種情況下需將三角形掛籃前支座支點位置前移100mm,使前支點中心位置距梁端400mm,即可解決,支座中心位置前移100mm不影響三角形掛籃后底錨固效果,施工4.5m梁段時實際有效懸臂僅為4798mm,梁端距前吊帶中心為307mm,滿足施工4.5m梁段要求。

5 掛籃整體結構的檢算

5.1 三角形主桁架檢算 根據掛籃結構,采用結構有限元計算軟件,建立結構計算整體模型,用以分析掛籃結構在受力情況下,整體結構受力情況及位移變形,菱形架采用雙[32b槽鋼組焊。

工況I為承重主桁最不利工況:F=347.31k N

計算結果:最大應力:69.6MPa。

承重主桁前吊點處撓度值為5.7mm。

5.2 現場試驗驗證 為確保懸臂澆筑施工安全,檢驗掛籃受力狀況,必須測定掛籃彈性及非彈性變形。在掛籃使用前荷載試驗,掛籃荷載試驗分為檢驗菱形架受力狀況的三角形架預拉試驗,掛籃荷載試驗和檢驗掛籃整體受力狀況的登載試驗兩部分。根據登載試驗結果,三角形架的塑性變形為5.2,滿足施工安全要求。

6 結語

由于三角形掛籃未進行改動,只進行除銹、補焊、補充零件等改造工作,整體結構及使用方法未發生變化,通過檢驗計算與現場試驗驗證,完全滿足施工要求。