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1、预应力变截面连续箱梁施工挂篮设计与应用预应力变截面连续箱梁施工挂篮设计与应用 - 工程事故分工程事故分析析预应力变截面连续箱梁施工挂篮设计与应用摘要：本文以云南元磨高速公路 K306+814 特大桥为例，主要介绍了混凝土箱梁施工挂篮必选、工况分析、计算原理及加载试验。关键词：箱梁，三角挂篮，设计优化1 工程概况云南元磨高速公路 K306+814 特大桥为三跨（84m+140m+84m）预应力连续刚构桥，全长 328 米，桥宽 22.5 米，全桥宽断面为一单箱单室，箱梁顶面宽为 22.5 米，底部宽为 11.5 米。箱梁根部宽度为 7.5 米，跨中及合拢段断面梁高为 3 米。箱梁底板下缘按二次抛
2、物线变化，从悬臂根部至悬浇段结束处 95cm 连续变化至 32cm，箱梁腹板厚度墩顶梁段为 70cm，其它各梁段均为50cm。箱梁 0 号及 1 号块用托架浇筑施工。2#19#块由挂篮悬臂浇筑；2#11#块长度均为 3 米，12#19#块均为 4 米。挂篮浇筑最12#砼重量为 222.7 吨，最轻块 19#块砼重量 156.0 吨，2#块砼重量为 178.8 吨，7#块砼重量为 213.9 吨。2 挂篮设计2.1 挂蓝选型在挂篮的选型及方案比较时，根据该桥的特点及设计院的要求（挂篮自重包括模板重不超过 133.6 吨） ，随着挂篮的日益发展与成熟，主要进行以下的比选（表 1）通过比较及以前的施
3、工实践经验，最后确定设计为三角挂篮。2.2 挂蓝基本构造施工挂蓝主要由主桁、底蓝、悬吊系统、后锚、模板系统以及配重组成。(1) 主桁主桁为三角桁片，一个挂蓝两个三角桁片通过横梁、平联、后横联连接。一片主桁由立柱、谢拉带、主梁组成，共同承受主桁前、中横梁传给的外荷载。其中主梁由 2 根 150d 型钢组成，单根长 1390cm，是挂蓝主要的承重结构，挂蓝两根主梁之间设平联，以减少负荷后侧向变形，增加整体稳定性，主梁与立柱、斜拉代的连接，为了保证三角桁架拼装后受力良好，防止拼装后处于应力过大或无应力状态，加工主梁销孔时应严格按照设计图纸尺寸加工，一个主桁主梁的相邻距离只能出现负误差，误差范围为 0
4、1mm；立柱山 2 根 I45a 型钢加工而成，单根长 545cm，销孔间距为471.5cm，加工时，立柱销孔间距误差范围为1mm；立柱与主梁用牛腿连接，立柱横联采用由槽钢20a 及脚钢808010 焊接而成的刚性桁架；斜拉带材料为 16Mn 钢，前斜拉带由一根 428cm 钢板加工而成，后斜拉带由两根 228cm 钢板加工而成。斜拉带端部扩大，并加焊加强板。加工时斜拉带孔距只允许出现正误差，误差范围 01mm。斜拉带加工时加工线型必须平滑，防止局部应力集中。(2) 底蓝底蓝由前横梁、后横梁、纵梁等组成，其中底蓝前横梁为桁架梁，由两片桁片加工而成，单片桁片上弦、斜杆及竖杆均为两根12.6。两桁
5、片通过平联板连接；底蓝后横梁为桁架梁，由两片桁片加工而成，单片桁片上弦为 1 根 I36a 型钢，下弦、斜杆及竖杆均为两根12.6。两桁片通过平联板连接；底蓝纵梁为桁架梁。纵梁上弦为 1 根 I20a，下弦及竖杆、斜杆均为 2 根8。纵梁高 70cm。(3) 悬吊系统悬吊系统主要由桁架式前横梁、中横梁和前、后吊带及箱内后锚带组成，其中前横梁由两片桁片加工而成，单片桁片上弦为 1根 I10a 型钢，下弦、斜杆及竖杆均为两根12.6，两桁片通过平联板连接，中横梁由两片桁片加工而成，单片桁片上弦 1 根 I32a，下弦、斜杆及竖杆均为两根12.6。两桁片通过平联板连接；前后吊带、箱内后锚带均为 16
6、5Mn 钢，后锚带截面为 184cm，前吊带截面为164cm，后吊带及行走吊带截面为 162cm。(4) 后锚及平衡重后锚由锚固梁、锚杆组成，上端通过锚固梁锚于主梁尾部，下端通过 4 级直径为 32mm 的锚杆及连接器锚于竖向预应力筋上。一个挂蓝共设后锚 8 根，在主梁后支点前后各设 4 根，平衡重则由两根 I45a 组成平衡重梁即后横梁，每根长 14m，双悬臂于主梁上，单个挂蓝平衡重为 26 吨。施工时必须严格控制此压重，以保证挂蓝空载行走时安全，并达到足够的抗倾覆系数，及在挂蓝使用过程中，不致使后锚带产生过大变形影响挂蓝前端挠度。(5) 行走系统：整个桁架结构支承在由于钢加工面成的前后支腿
7、上。每根纵梁支腿下设一对间距为 16cm 的 13kg 级钢轨，钢轨下铺20*18*100cm 枕木，前后支腿处枕木为并排的四根，其余间距为50cm。在钢轨与支腿之间放置走棍（15mm） ，通过走棍的滚动挂篮前移。挂篮前移时，由手拉葫芦牵引前进（严禁使用卷扬机牵引） ，并在每片主梁后端设两个 10 吨限速、限位、正滑葫芦。为了保证挂篮行走的安全，应在箱梁前端及钢轨前端设置限位装置（本图未示） ，以防止挂篮滑出钢轨或箱梁前端引起挂篮倾覆。(6) 模板系统模板系统由外侧模、侧模架、底模板、顶模板、内模架组成，并控制模板总重 17.8 吨。(7) 张拉平台及安全防护设施在底篮两侧及前端设置防护栏杆及
8、防坠网，在主珩上特别是前横梁吊带处设置安全防护栏，确保施工安全。2.3 结构设计验算4.1 基本载荷：节段混凝土质量、钢筋及钢绞线；挂篮、模板自重；风荷载；施工机具、人员等施工荷载4.2 挂蓝的计算原理：4.2.1 底篮计算先将荷载分配到主梁桁架纵梁上，分别验算其强度与刚度，然后再验算前横梁后横梁的强度与刚度。4.2.2 主桁计算：通过吊点分配梁计算得出的吊点反力作用于主桁上、验算主桁各部件，吊点的强度与刚度。验算各节点的局部应力。4.2.3 抗倾覆稳定性验算：通过主桁计算得出的配重力来验算挂篮的整体抗倾覆性能。4.3 计算主要结果如下：4.3.1 纵梁：在 12块施工时挠度最大：Fmax=3
9、.27mm4.3.2 底蓝后横梁：在 2块施工时挠度跨中：F=5.1mm；最大：F=6.3mm(已包括吊带的伸长量、中横梁挠度)4.3.3 底蓝前横梁：在 12块施工时挠度最大：F=7.8mm（已包括吊带伸长量、前横梁挠度）4.3.4 前横梁：前横梁跨中挠度在施工 12块施工时最大：F=2.6mm4.3.5 中横梁：在 2块施工时挠度最大：F=1.07mm4.3.6 前吊带：在 12块施工时伸长量最大：L=2.91mm4.3.7 挂蓝主桁前横梁吊带处挠度：2块施工时：F=9.54mm、12块施工时：F=11.97mm4.3.8 挂蓝行走时后横梁跨中最大挠度为 F=36.11mm。4.4 工况分
10、析：4.4.1 混凝土浇筑状态：即该节混凝土浇注完毕，还不能考虑砼初凝对结构的影响，相当于该节段砼完全作用与该挂篮上，并且还有混凝土浇注及振捣的轻微冲击的影响，以及挂篮自重与施工荷载等。此桥挂篮设计以 2 号块和 2 号块两个工况进行计算。在此荷载组合下分别验算底篮、主桁、吊带、后锚等结构的强度及刚度，验算挂篮整体的抗倾覆稳定性及横向稳定性。4.4.2 行走状态：主要验算挂篮自重、施工荷载等荷载组合下的配重及吊带等结构。4.4.3 拼装状态：主要验算底篮拼装成整体后在自重作用下四点吊装时的强度及刚度。3 荷载试验为检验挂篮主要受力构件的实际能力、挂篮加工质量和安全可靠性，对挂篮进行等代荷载法加
11、载试验，以测试挂篮主要受力构件的挠度，获得弹性变形值消除非弹性变形，为箱梁立模标高提供数据。加载方法为采用液压千斤顶配合油泵、压力表进行，加载过程分别按设计荷载的 60%、100%、130%三种吨位分级缓慢进行，以便保持各千斤顶的同步协调，达到理论荷载并稳定后，即可进行有关项目的测试，主要试验项目及其挠度试验结果如：6.22#块施工：安装底模、侧模；调校模板位置和标高后，模板和腹板底篮；安装内模架；绑孔顶板和翼板钢筋，用波文管设置预留孔；一对挂蓝对称浇筑底板、腹板、翼板、顶板混凝土；混凝土终凝后，张拉预应力前测量挂篮和施工块梁各测点标高；混凝土达到张拉强度后张拉纵、横竖向预应力束，并压浆；对挂
12、篮后锚预应力筋应先张拉后在锚固；张拉后测量各块段箱梁测点标高。6.33#块箱梁施工在 2#块箱梁达到规定强度，且张拉纵横向预应力束并压浆后挂篮解体(详见图 03)并加配重，前移就位，进行下一块段施工。重复 2#块施工步骤。6.44#19#块箱梁施工6.4.1 挂篮前移在 3#块箱梁达到规定强度，且张拉纵横向预应力束并压浆后挂篮前移就位，进行下一块段施工。6.4.2 重复 2#块施工步骤。6.5 施工测量在每一块箱梁应设置观测点，施工前、后及施工过程中，应加强测量监控，连续观测各阶段箱梁挠度，以便必要时对箱梁预拱度进行调整，测点布置图如下：在各块段浇注前、浇注砼后、预应力张拉后都应观测所有已浇混
13、凝土各块段测点标高。4 挂篮施工技术措施4.1 挂蓝拼装（1）严格按照设计图纸要求进行加工，螺栓孔眼及销孔位置必须严格控制。（2）销孔处型钢缀板必须保证等强度焊接。（3）对于多方连接的杆件（如主梁、立拄、斜拉带等）必须制作样板精确加工，以减少安装时麻烦。（4）所有焊接焊缝应按图纸要求施焊，并且应满足等强度焊接。（5）进行构件加工时，应先阅读图纸说明，了解各种材料的材质、规格、然后才能加工。本挂篮斜拉带、呆带及标明的钢板为16Mn 钢；所有销子均为 45#钢，并作热处理；其余材料均为 A3 钢。5.1.2 拼装要求（1）三角桁片拼装完成后，主梁、立柱和斜拉带应处于一定的安装应力状态。（2）三角桁
14、片主梁顶、底面均应与前横梁连接牢固。（3）底篮纵梁与底篮前、后横梁间应栓接紧密。5.2 拼装程序5.2.1 准备工作：在 1#块由托架施工完毕，张拉后，用 1：2水泥砂浆找平铺枕木部位；每根纵梁下设一对间距为 16cm 的钢轨，钢轨下按要求铺枕木。5.2.2 拼装主桁：安装主梁、施加主梁后锚、安装主梁平联、安装立柱、立柱平联及斜拉带，形成三角桁架：然后安装主桁中横梁及前横梁，为加强挂篮的整体性、牢固性，在三角桁架安装应力调整后，立柱平联应与立柱焊接，主梁平联及中横梁应与主梁焊接。安装吊带。5.2.3 安装挂篮底篮后横梁，安装底篮前横梁，安装纵梁。5.3 挂篮施工完成后拆除：按照底篮纵梁、底篮横梁、吊带、前横梁、斜拉带、立柱、中横梁、主梁平重、配重、主梁的顺序进行挂篮的拆除，拆除过程过必须采取安全防护措施，以确保高空作业安全。5 结论在高速公路连续刚构特大桥的施工控制中，除基础施工外，上部结构连续刚构也是工程施工的控制重点，因此在满足设计要求的前提下，合理优化挂篮设计，确保顺利完成各个阶段的施工任务的关键。参考文献1.公路桥涵设计通用规范JTJ021-892.公路桥涵钢结构及木结构设计规范JTJ025-863.公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000
