異型斜拉式菱形掛籃在大跨度連續剛構中的應用

王榮喜WANG Rong-xi

（中鐵二十三局集團第三工程有限公司，成都 610000）

0 引言

在建恩高速公路施工中，由于需跨越較寬的城市道路或者河流，往往此處設計為懸臂連續梁或連續剛構。在跨越兩溪河時由于河道較寬，此處設計為80+150+80m 連續剛構。該處連續梁跨度較大，單個節段重量較重，在保證施工安全且滿足施工質量的前提下，異型斜拉式菱形掛籃相對于其他類型掛籃更為輕便，使用材料較少。

1 工程概況

建恩高速公路第TJ-1 標段，兩溪河大橋80+150+80m連續剛構位于建始縣興安壩跨兩溪河。預應力混凝土連續剛構箱梁根部高度9m，跨中高度3.2m，箱梁根部底板厚100cm，跨中底板厚32cm，箱梁高度以及箱梁底板厚度按1.8 次拋物線變化。箱梁腹板根部厚70cm，跨中厚50cm，箱梁腹板厚度從根部至跨中兩個節段直線變化。箱梁頂板厚度28cm，0 號節段頂板厚48cm。箱梁頂寬12m，底寬6.5m，頂板懸臂長度2.75m，懸臂板端部厚20cm，根部厚70cm。箱梁頂設有橫坡，箱梁澆筑分段長度依次為：12m長0 號段+8*3.5m+10*4m，邊、中跨合攏段長均采用2m，邊跨現澆段長3.84m。其中1#段為懸澆段最重節塊，混凝土方量為53.6 方，重142.04t。

該連續梁最大懸臂段重量142.04t，經計算，若采用三角掛籃或普通菱形掛籃，掛籃重量最小為75.6t，超過規范所要求的掛籃重量不得超過節段重量的50%的規定，因此為滿足施工要求和相關規定，需對掛籃進行優化設計，經綜合優化后，將掛籃設計為異型菱形掛籃，從而使得掛籃重量減小到63.2t，不但掛籃滿足施工需求，也使得掛籃重量符合有關規定。

2 掛籃設計

2.1 主要技術參數

①砼自重G=26kN/m3；

②鋼彈性模量Es=2.06×10MPa；

③材料強度設計值：

Q235 鋼[σ]=205N/mm2，[τ]=120N/mm2

Q345 鋼厚度或直徑≤16mm，f=300N/mm2，f=175N/mm2

厚度或直徑＞16～35mm，f=295N/mm2，fV=170N/mm2

40Cr 鋼小于100mm，抗拉735MPa，屈服540MPa；

100mm～300mm，抗拉685MPa，屈服490MPa；

300mm～500mm，抗拉685MPa，屈服440MPa；

500mm～800mm，抗拉590MPa，屈服345MPa。

剪切力=0.6*抗拉強度

2.2 掛籃構造

掛籃為菱形掛籃，菱形架各桿件采用2[32b 普通熱軋槽鋼組焊，前上橫 梁采用2I40b 工字鋼組焊，外導梁由2[36b 普通熱軋槽鋼組焊、內導梁由2[32b 普通熱軋槽鋼組焊，外模提吊梁由2[28#普通熱軋槽鋼組焊，中門架采用120*120*6 及120*60*6mm 方管組焊，底托系統托梁由2I40b 普通熱軋工字鋼雙拼，底縱梁由I32b 熱軋工字鋼，吊桿采用PSB830φ32 精軋螺紋鋼，具體結構形式見圖1。

圖1 掛籃結構示意圖

3 掛籃結構的強度計算

3.1 主桁架應力計算

計算采用有限元軟件MIDAS/civil 進行計算，計算采用整體模型，主構架各節點的連接釋放銷軸的自由度，計算模型如圖2 所示。

圖2 掛籃整體計算模型

3.1.1 荷載組合

混凝土荷載+掛籃自重+模板自重+施工機具及人群荷載+傾倒和振搗混凝土荷載+防護平臺荷載。該工況主要用來計算掛籃的主桁承重系統強度和穩定性。此種荷載組合適用于掛籃混凝土澆筑要結束前的一種最不利荷載工況，此時所有混凝土澆筑完畢（考慮混凝土脹模的影響）q1=1.05×G 混凝土，振動系統仍然在振搗，所以還要考慮掛籃施工的動力附加荷載，人員機具仍在施工，因而掛籃結構還要承受人員機具荷載（如圖3 所示）。

圖3 荷載組合1 計算模型

3.1.2 應力結果分析

①底托系統最大應力為120.7MPa＜[σ]=205N/mm2，位于腹板下縱梁位置，如圖4，符合要求。

圖4 底托系統應力計算結果

②導梁系統最大應力為119MPa＜[σ]=205N/mm2，符合要求。

③前橫梁最大應力為64.4MPa＜[σ]=205N/mm2，如圖5，符合要求。

圖5 前上橫梁應力計算結果

④主構架最大應力為106.3MPa＜[σ]=205N/mm2，如圖6，符合要求。

圖6 主構架應力計算結果

⑤吊桿最大應力為296.8MPa＜[σ]=830N/mm2，符合要求。

3.2 主桁架軸力受力計算

3.2.1 立桿計算

桿件的截面特性為：Ix=150212438.6mm4，Iy=164087969.6mm4，A=9699.6mm2，ix=125mm，iy=130mm

計算長度l=3500mm，ix=125mm，λx=3500/125=28，

λy=3500/130=26.9，[32a 相對弱軸的回轉半徑i1=25mm，λ1=800/25=32（800mm為綴板凈距），則：λox==41.8，查鋼結構規范表得穩定系數φ=0.895，立柱最大軸力N=519.3kN，σ==519.3×103/（0.895×9699.6）=59.82MPa＜fd=190MPa

3.2.2 斜拉桿計算

計算長度l=5050mm，ix=125mm，λx=5050/125=40.4，λy=5050/130=38.8，[32a相對弱軸的回轉半徑i1=25mm，λ1=800/25=32（800mm 為綴板凈距），則：λox==50.2，查鋼結構規范表得穩定系數φ=0.856，壓桿最大軸力N=753.3kN，σ==753.3 ×103/（0.856 ×9699.6）=90.72MPa＜fd=190MPa

4 掛籃使用安全注意事項

①掛籃操作人員在施工作業時嚴禁相互打鬧和酒后作業；②用于掛籃制作的所有精軋螺紋鋼一定要妥善保護，絕對不可以存在電焊和明火燒傷現象；③嚴禁堆放任何物料或機具在掛籃所有的工作平臺上；④采用倒鏈葫蘆吊掛調節底籃高度時，必須保證各吊點倒鏈葫蘆同步起升，以防止底籃扭曲變形；⑤在掛籃懸灌過程中，所有倒鏈葫蘆不承擔施工載荷，僅作為調節標高作用，主要荷載由相應位置吊桿承擔；⑥掛籃移位時必須有專人員統一指揮，有專人看守模板系統、底籃系統移動情況及掛籃行走輪工作狀態，發現異常情況應立即叫停并報告處理；⑦在拆除模板錨固、掛籃主桁后部錨固、手拉葫蘆及其他錨固錨桿前，必須事先確認相關替代錨固裝置已發揮作用，否則存在重大安全隱患；⑧掛籃移位操作時要緩慢、均勻進行，以確保同一T 構兩端掛籃移位同步；⑨掛籃主桁前支點中心位置與梁段之間距離不得小于40cm；⑩在混凝土澆筑之前，務必仔細檢查前滑座、底籃后橫梁錨固吊桿、后錨裝置、底籃前橫梁吊桿及所有連接器是否處于正常工作狀態，發現異常后應暫停一切施工，排查風險，確認安全后方可繼續進行；?掛籃施工過程中，必須安排專人定期檢查掛籃錨固錨桿、連接螺栓、吊掛系統及各受力桿件的使用情況，加強對千斤頂、倒鏈葫蘆、精軋螺紋鋼筋、鋼絲繩等機具設備的維修保養；?雙側同一節段塊混凝土澆筑必須同步對稱進行；?當錨桿或吊桿發生螺紋受損、桿件彎曲等情況時，應及時進行更換，嚴禁材料帶傷施工；?精軋螺紋鋼筋在使用過程中，應采取防火、防熱及防腐措施，并應避免電火花、電焊等觸及；?每一節段澆筑完畢后，應及時清除散落在掛籃上的混凝土廢料。帶螺紋的桿件應采取保護措施，避免混凝土散落到螺紋上凝固硬化后影響使用。

5 結束語

通過采用異型斜拉式菱形掛籃，不但滿足了大跨度連續剛構的節段施工，而且將掛籃所占的施工重量比控制在規定范圍內，從而保證了梁體的施工質量和線性要求。掛籃重量的減少也直接降低了施工措施費用，并簡化了掛籃的安拆工序。不但滿足了掛籃受力要求，且自重也大幅度減輕，該類型掛籃也為類似施工提供了有效參考。