平永河大橋菱形掛籃施工0#塊優(yōu)化設(shè)計

張海彬

(中鐵五局集團第四工程有限公司，廣東韶關(guān) 512031)

平永河大橋菱形掛籃施工0#塊優(yōu)化設(shè)計

張海彬

(中鐵五局集團第四工程有限公司，廣東韶關(guān) 512031)

以新建貴廣高速鐵路平永河大橋施工為例，通過對常規(guī)菱形掛籃優(yōu)化設(shè)計，利用菱形掛籃的主桁架、節(jié)點箱作0#塊托架，用菱形掛籃的上下橫梁作0#塊托架的橫梁，用掛籃的底模、縱梁作0#塊的底模系統(tǒng)施工0#塊，然后再拼裝掛籃施工懸臂箱梁。不需要另外單獨加工托架，節(jié)約了材料的投入成本。

菱形掛籃 0#塊托架 優(yōu)化設(shè)計

近年來我國對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投資不斷增加，高速公路、高速鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求越來越高，多采用以橋、隧代路的設(shè)計理念，而在跨越既有鐵路、公路、河道、山谷時多采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)懸臂現(xiàn)澆箱梁。此類結(jié)構(gòu)體系具有變形小、結(jié)構(gòu)剛度好、抗震能力強、養(yǎng)護(hù)簡易、施工技術(shù)成熟等優(yōu)點。掛籃法懸臂現(xiàn)澆是預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁施工中最常用的方法之一，本文結(jié)合貴廣高速鐵路平永河大橋連續(xù)懸臂現(xiàn)澆箱梁掛籃優(yōu)化設(shè)計及檢算過程，論述如何改進(jìn)菱形掛籃設(shè)計，利用菱形掛籃主桁架、橫梁、底模等構(gòu)件施工0#塊，然后再拼裝掛籃施工懸臂箱梁的設(shè)計工藝。

1 工程概況

貴廣高速鐵路平永河大橋位于貴州省榕江縣，中心里程DK200+557，橋全長508.469 m，本橋平面位于半徑5 500 m的曲線和直線上，縱坡位于-3‰的下坡線路上。全橋孔跨布置:1×24 m簡支箱梁+2×32 m簡支箱梁+(48+80+48)m連續(xù)懸澆梁+7×32 m簡支箱梁。樁基采用群樁基礎(chǔ)，承臺明挖，橋墩采用垂直圓端形墩及放坡圓端形墩，放坡圓端形橋墩墩身坡率采用外側(cè) 40∶1，空心墩內(nèi)側(cè) 60∶1(50∶1);橋臺采用矩形空心臺。主墩4#墩墩高36.0 m，5#墩墩高38.5 m，6#墩墩高33.0 m。梁體施工方法:貴陽臺—3#墩、6#墩—廣州臺間簡支箱梁采用鋼管柱支架法施工，3#墩—6#墩間的連續(xù)梁采用掛籃懸臂施工。

2 工藝原理

懸臂現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工法是利用已經(jīng)完成的墩頂0#塊段為起點，把箱梁分成若干個2.5～4.0 m的箱梁節(jié)段，通過掛籃對稱在墩身兩側(cè)就地現(xiàn)澆混凝土施工，來逐段完成混凝土澆筑及預(yù)應(yīng)力張拉、壓漿等工序的一種施工方法。墩頂0#塊一般用落地支架(15 m以下矮墩)和牛腿托架(15 m以上高墩)法施工。兩者均需在0#塊的兩側(cè)拼裝移動式掛籃，掛籃后半端與箱梁錨固在一起，前半端懸吊底側(cè)模，安裝鋼筋、預(yù)應(yīng)力束、澆筑混凝土，當(dāng)混凝土達(dá)到設(shè)計的強度和彈模后施加預(yù)應(yīng)力，并在管道內(nèi)壓漿，再將掛籃移至下一節(jié)段，循環(huán)作業(yè)工序，直至合龍。

掛籃是施工懸臂現(xiàn)澆梁的主要設(shè)備，在設(shè)計掛籃時，考慮掛籃能承受自身重量、最大節(jié)段重量，且滿足掛籃自身輕、強度安全可靠，剛度大變形小，移動靈活，拆卸方便的要求，同時也考慮利用掛籃的桁架、底模、橫梁等主要構(gòu)件，進(jìn)行0#塊施工時的托架設(shè)計。

3 適用范圍及結(jié)構(gòu)特點

優(yōu)化菱形掛籃施工適用于高墩懸臂現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，即用菱形掛籃施工0#塊及各節(jié)段塊件懸臂施工。其特點有:菱形掛籃承載能力和剛度均較好，施工操作空間大、行走方便快捷、拼裝靈活、工序銜接緊湊，安全可靠。菱形掛籃由主桁架承重系統(tǒng)、橫梁吊帶調(diào)高系統(tǒng)、走行及錨固系統(tǒng)、底平臺系統(tǒng)、模板系統(tǒng)五大部分組成，構(gòu)件簡單明確。利用菱形掛籃構(gòu)件施工0#塊時，對墩身無大的損傷，只需在圓端形墩頂部預(yù)埋槽鋼作銷軸孔，矩形墩部在墩身頂預(yù)留32 mm精軋螺紋鋼對拉孔，對拉牛腿銷軸座。施工0#塊托架的材料主要用菱形掛籃的主桁架、節(jié)點箱作0#塊托架，用菱形掛籃的上下橫梁作0#塊托架的橫梁，用掛籃的底模、縱梁作0#塊的底模系統(tǒng)。不需要另外單獨加工托架材料，節(jié)約了材料的投入成本，縮短了掛籃的安裝施工周期。

4 菱形掛籃優(yōu)化設(shè)計

4.1 掛籃設(shè)計說明

考慮要利用掛籃的主桁架拼裝0#塊托架的牛腿，設(shè)計采用菱形掛籃，掛籃結(jié)構(gòu)模型參見圖1。主要構(gòu)件包括 Z1，Z2，Z3，Z4，Z5 主桁架、立柱、橫向聯(lián)結(jié)系、前上下橫梁、后下橫梁、底籃、導(dǎo)梁、吊帶、模板等所有的承重系統(tǒng)。

掛籃設(shè)計檢算按照荷載傳遞順序?qū)臻g荷載進(jìn)行等代替換，由空間立體幾何體系轉(zhuǎn)化為平面桿件問題。轉(zhuǎn)化順序為:掛籃底橫、縱梁→底?！鷤?cè)模內(nèi)?！鷮?dǎo)梁→吊掛系統(tǒng)→前上橫梁→主桁。掛籃計算中對傳力作了如下的假定:

1)箱梁翼緣板混凝土及側(cè)模重量通過外導(dǎo)梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān);

2)箱梁頂板混凝土、內(nèi)模支架、內(nèi)模重量通過內(nèi)滑梁分別由前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān);

3)箱梁底板、腹板混凝土及底籃平臺重量分別由前一節(jié)段已施工完的箱梁和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。

掛籃材料選用Q235b普通型鋼鋼材(表1)，計算參數(shù):鋼材彈性模量 E=2.06×105MPa，密度 γ=7 850 kg/m3，容許彎曲應(yīng)力[σ]=145 MPa，容許剪應(yīng)力[τ]=85 MPa。銷軸材料用 Q45鋼材[σ]=200 MPa，[τ]=120 MPa。

表1 型鋼截面特性

掛籃設(shè)計基本參數(shù):

梁段混凝土重量26.5 kN/m3;人群及機具荷載取2.5 kPa;超載系數(shù)取1.05;新澆混凝土動力系數(shù)取1.2;掛籃行走時的沖擊系數(shù)取1.3;抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)2.0;荷載組合，①混凝土重+掛籃自重+施工、人群機具+動力附加系數(shù)(強度、剛度計算)，②掛籃自重+沖擊附加系數(shù)(行走穩(wěn)定性)。

4.2 掛籃主桁架

掛籃主桁架Z1—Z5構(gòu)件由雙拼[32b槽鋼與10 mm厚鋼板焊接一起，由節(jié)點箱通過80 mm的銷軸連接成掛籃主桁架，詳見圖1(a)。在施工0#塊時，把一支掛籃主桁架拆成4片三角架作為0#塊的牛腿托架，用φ32 mm精軋螺紋鋼對拉節(jié)點箱1固定在墩身上，安裝三角架牛腿，形成0#塊托架平臺，見圖1(b)。在平臺上橫鋪掛籃的底橫梁、縱鋪掛籃的底縱梁、底模、外側(cè)模、內(nèi)模，安裝0#塊鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋管道及各項預(yù)埋件，澆筑混凝土、養(yǎng)生、張拉、壓漿，拆除0#塊模板、托架，安裝掛籃，預(yù)壓掛籃，進(jìn)行掛籃塊件施工。本節(jié)以1#塊、0#塊的設(shè)計參數(shù)為依據(jù)對掛籃主桁架荷載進(jìn)行分析設(shè)計。

圖1 主桁架的兩種結(jié)構(gòu)(單位:mm)

4.2.1 作為掛籃主桁架時的驗算

作為掛籃主桁架時的內(nèi)力如圖2所示。

菱形主桁架結(jié)構(gòu)平面桿系共5根桿件，桿件截面為2[32b。以下對掛籃主構(gòu)件強度、穩(wěn)定性進(jìn)行分析。

Z2桿件受軸壓力最大(761.1 kN)，壓桿長5.06 m。本文只驗算Z2桿件。

1)軸向壓應(yīng)力N/A=761 100/0.005 51/2=69.1 MPa＜[145]。

2)壓桿穩(wěn)定性

構(gòu)件在彎曲面內(nèi)的細(xì)長比λ=5.06/0.126=40.2，彎曲系數(shù)φ=0.9。

圖2 掛籃主桁架受力示意(單位:kN)

4.2.2 掛籃主桁架作0#塊托架牛腿時檢算

0#塊箱梁懸出墩身部分按底板混凝土厚0.70 m，腹板高4.80 m，寬0.75 m，塊件長3.50 m取值，與1#塊掛籃相似受力分析可知0#塊托架底縱梁對三角牛腿的支點反力如表2。依此算出托架受力狀況如圖3所示。

表2 主桁架作0#塊托架1個牛腿荷載分析

圖3 0#塊托架荷載圖式及內(nèi)力

菱形主桁架結(jié)構(gòu)平面桿系共5根桿件，桿件截面2[32b。掛籃主構(gòu)件強度、穩(wěn)定性分析如下。

1)Z2桿件軸壓力411.93 kN，壓桿長5.06 m。

4.2.3 計算結(jié)果

綜上計算結(jié)果表明:掛籃主桁架結(jié)構(gòu)無論作為掛籃還是作0#塊托架牛腿強度、穩(wěn)定性均滿足規(guī)范設(shè)計要求。用同樣的方法也可驗證掛籃的底縱梁、橫梁作0#塊托架時的強度、穩(wěn)定性也滿足規(guī)范設(shè)計要求(計算過程略)。

5 結(jié)束語

通過對菱形掛籃的設(shè)計優(yōu)化，結(jié)合施工現(xiàn)場，特別對＞15 m高的橋墩0#塊托架及掛籃應(yīng)統(tǒng)籌考慮，使主要構(gòu)件重復(fù)使用。不僅從工法上對施工工期、質(zhì)量安全更可控，而且節(jié)約了0#塊托架材料的投入，以最小的成本最大限度地滿足了現(xiàn)場施工的實際需要?？蔀榻窈蟮膾旎@設(shè)計提供一定的參考。

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U445.466

A

1003-1995(2012)06-0019-03

2012-01-22;

2012-04-18

張海彬(1972— )，男，吉林長嶺人，高級工程師。

(責(zé)任審編 王天威)