前支点挂篮与后支点挂篮的设计与施工

2014年4月第40卷总第178期2014年第2期SichuanBuildingMaterialsDOI:10.3969/j.issn.1672-4011.2014.02.089前支点挂篮与后支点挂篮的设计与施工张建飞1,2,胡强圣2(1．合肥工业大学土木与水利工程学院,安徽合肥　230009;2．安庆职业技术学院建筑工程系,安徽安庆　246003)作者简介:张建飞(1987-),男,江西南丰人,硕士研究生。　　摘　要:本文主要介绍挂篮的现状和力学原理特点,概括前支点挂篮的设计与施工,结合在宁波北环线铁路枢纽中的一座72m三跨连续梁中挂篮的使用,着重论述后支点挂篮的设计及施工过程,简述该挂篮的在边跨现浇的应用。　　关键词:前支点挂篮;后支点挂篮;悬臂;设计;施工　　中图分类号:U445．466文献标志码:A文章编号:1672-4011(2014)02-0207-05　TheDesignandConstructionofFrontandBackPivotHangingBasketZHANGJianfei1,2,HUQiangsheng2(1．SchoolofCivilandHydraulicEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China;2Departmentofconstruc-tionengineering,Anqingvocationalandtechnicalcollege,An-qing246003,China)Abstract:Thispapermainlydescribesthecurrentstatusofthehangingbasketandcharacteristicsofmechanicalprinciples,summarizesthedesignandconstructionoffrontpivothangingbasket.Bycombiningtheuseofhangingbasketina72mthree-spancontinuousbeamrailwayhubinNingboNOL,itfocusesonthedesignandconstructionprocessofbackpivothangingbas-ketandnarratestheapplicationofthehangingbasketinthecast-in-placesidecross.Keywords:frontpivot;hangingbasket;backpivotHangingBasket;cantilever;design;construction0　前　言悬臂浇筑法施工最先使用于前西德的20世纪60年代,发展至今,已成为修建大中跨径桥梁的一种有效的施工手段。挂篮作为悬臂浇筑法的主要设备,在桥梁施工中起着举足轻重的作用,受到施工单位的青睐。我国的挂篮设计及制作从最初的平行桁架式逐渐发展为多样化,结构越来越轻型,受力越来越合理,施工越来越方便,应用也越来越广泛。随着我国经济的发展,基础建设的投入加大,桥梁不断地涌现。挂篮在桥梁建设中拥有很大的发展空间,未来挂篮设备趋向规格化、系列化、工厂化,重复利用率高,有利于缩短工期、节约成本。1　挂篮设计的控制指标　　挂篮设计主要的控制指标:K1=挂篮总用钢量/最大块件质量;K2=主桁架用钢量/最大块件质量。K1值愈低,表示整个挂篮设计愈合理;K2值愈低,表示挂篮承重构件愈合理,使用材料愈节省。国内对挂篮所用材料数量常用挂篮利用系数来表示:挂篮利用系数=浇筑最大梁段混凝土质量/挂篮总质量。2　挂篮的力学原理特点前支点挂篮的受力原理:将后支点挂篮的悬臂状态转为前支点挂篮的简支状态,从而减少挂篮的挠度和弯矩,提高挂篮的承载能力,更适应较长节段混凝土梁段悬臂施工,多用于钢筋混凝土斜拉桥施工中。力学特点:靠牵索拉力的竖向分力来平衡主桁竖向荷载,牵索拉力产生的水平分量由锚固系统的斜拉杆来平衡。后端荷载主要靠锚固系统的竖吊杆承受。后支点挂篮的受力原理:是悬臂结构状态,挂篮尾部采用预应力筋或精轧螺纹钢锚固在已浇筑的梁段顶板,端部悬挑,其长度长于待浇筑梁段,通过锚固装置及支点将挂篮所承受的重量传递到已浇梁段,多用于连续梁桥和连续钢构桥中。二者结构受力简式如图1。已浇筑梁段待浇筑梁段待浇筑梁段已浇筑梁段后支点挂篮（悬臂）前支点挂篮（简支）图1　挂篮简式3　挂篮的总体设计无论是何种结构受力特点的挂篮设计,选择何种挂篮形式必须结合施工现场要求和现有的资料,才能使挂篮更符合实际。3．1　悬臂浇筑的分段长度往往在桥梁设计检算中结合了施工方式和分段长度,分段长度关系到预应力的长度及布置形式。分段长度有时取决于设备和施工条件。分段长度的长短与施工速度相关,分段长度长,挂篮的周转次数少,但混凝土浇筑的数量多,挂篮的结构要求高,所需材料要求高。所以,设计中需把握其中的关系,才能做到结构合理、经济。3．2　挂篮横断面挂篮横断面和个数取决于桥梁的宽度和箱梁的断面形·702·2014年4月第40卷总第178期2014年第2期SichuanBuildingMaterials式,对于宽度大且多箱室截面,有时采用两个挂篮施工更灵活。3．3　构　思1)必须保证能够满足主梁施工的安全需要,特别是吊杆薄弱部位的安全系数要高。2)尽量减轻挂篮自重,选择质优高强,受力合理的轻型材料作为主桁。3)尽量缩短挂篮的施工周期,挂篮行走升降采用液压自动容易操作的设备,悬吊锚固系统利用安装、调整、拆卸。4)模板依靠于挂篮,模板的制安能满足要求,能保证混凝土浇筑的质量。5)挂篮的施工环境和条件尽可能有利于施工,挂篮能重复周转使用。3．4　挂篮的检算挂篮的荷载取值除满足规范要求外,还需考虑施工实际发生的荷载,取最不利组合进行验算。主要验算主桁架各杆件的内力、强度、刚度、倾覆稳定等。4　前支点挂篮的一般构造前支点挂篮主要由承重系统、模板系统、挂索系统、锚固系统、止推系统、行走系统组成。4．1　承重系统它置于主梁的下面,前端与斜拉索相连,中间通过垂直吊杆锚固在已浇主梁顶面或通过C形挂钩吊挂在已浇主梁顶面,后端用螺栓通过预留孔锚固在已浇主梁上。4．2　模板系统由底模、外侧模、内模及横隔板模组成。根据主梁结构不同,可自行设计造成箱形梁、板肋梁等形式的模板。4．3　挂索系统一般由异性接头、牵引杆吊耳、水平调整高强螺杆、扁担梁、元宝梁及千斤顶组成。吊耳位于挂篮纵梁的锚固滑槽内,元宝梁与吊耳之间采用冷铸锚头连接,另一端与牵引杆连接,牵引杆通过元宝梁和扁担梁进行锚固,元宝梁和扁担梁之间安置千斤顶。挂索系统中,关键工艺是转动锚座的设置,它能适应斜拉索不同角度的变化,能适应三维空间的移动,如图2。挂篮主桁架千斤顶张拉杆锚杆锚圈转动锚座斜拉索拉索冷铸锚头图2　前支点挂篮的转动锚座示意图4．4　锚固系统由后锚点和C形挂梁组成。后锚点位于挂篮尾部,一般由直径为32mm的精轧螺纹钢通过预留孔将纵梁锚固在已浇梁段上,并设液压顶升装置进行调节。C形挂钩用A3钢板拼焊,位于挂篮中部主梁侧面,其上端挂在已浇梁段顶面前端,下端与挂篮纵梁相连。C形挂钩上安装有液压式千斤顶,后锚点及C形挂钩的千斤顶分别顶在转铰座上,如图3。65124378I9I932101141-已浇梁段、2-C形挂钩;3-千斤顶、4-转角座、5-后锚点千斤顶、6-后锚点转铰座、7-待浇梁段、8-斜拉索;9-主桁架、10-横梁、11-肋板梁图3　前支点挂篮后锚点及C形挂钩悬吊示意图4．5　止推装置在每段已浇梁上设置止推装置,挂篮上对应设置止推装置,通过梁止推座和挂篮止推座,挂篮系统可达到水平止推的效果。梁止推底座安装在箱梁翼板底面位置,它与翼板底面的预埋板通过高强螺栓和精轧螺纹钢相连。挂篮止推座做成一活动结构,它通过精轧螺纹钢筋及纵梁上高度很低的水平抵抗结构与纵梁连为一体来抵抗斜拉索分力。挂篮行走时,将挂篮止推座移至纵梁侧边,以避开斜拉索齿板的阻碍。梁止推座与挂篮止推座之间设置千斤顶使两者之间能够紧密接触,实现止推作用。4．6　行走系统由行走滚轮、滑板、牵拉精轧螺纹钢或钢绞线及穿心式连续千斤顶及导向轮组成。滑板铺放在主梁顶面,其前端设顶座。行走滚轮安装在挂篮尾端横梁上,行走时,精轧螺纹钢筋或钢绞线一端与C形挂钩连接,另一端与安放在滑道顶座上的穿心式千斤顶连接,形成行走系统。C形挂钩的后锚点用以抵抗挂篮的悬臂倾覆趋势,导向轮位于梁两侧,确保挂篮不左右摆动。该系统的主要作用是当挂篮施工完成一段后,将其转移到下一段。5　前支点挂篮的施工0#块混凝土灌注➝挂篮拼装和预加载➝挂篮行走➝梁段混凝土的灌注施工。5．1　0#块混凝土施工0#块位于桥墩正上方,灌注0#块相当于给挂篮提供一个安装场地;在桥墩两侧设托架或支架现浇0#块;完成0#块施工,并挂1#索。5．2　挂篮拼装挂篮运至工地后,应在试拼台上试拼,以及时发现由于制作不精良及运输中变形造成的问题,保证正式安装时的顺利及工程进度。5．3　正式安装前的试验在挂篮拼装完成后,需对挂篮进行压载试验,目的是检查挂篮的实际结构内力状态及变形与设计是否吻合,了·802·2014年4月第40卷总第178期2014年第2期SichuanBuildingMaterials解挂篮的弹性变形及非弹性变形情况,从而确定施工时的立模标高。5．4　挂篮施工等梁段混凝土强度符合张拉条件后,张拉各向预应力束,张拉斜拉索,完成体系转换,将临时锚固在挂篮上的斜拉索锚固到主梁上;利用前后吊杆,将平台下降一定高度,并完成力系转换;将吊杆所受的荷载转移到后挂钩和挑梁上;移动三角架到下一梁段,使用千斤顶,使挑梁所受的力转移到走行吊杆上;利用千斤顶及拉杆移动平台到下一梁段,安装前后吊杆,并利用前后吊杆提升挂篮;安装剪力键,并将挂篮斜拉索临时锚固在挂篮上,安装钢筋、预应力束和模板,经检查无误后,浇注混凝土。挂篮到位后,先将两侧中错的垂直吊杆临时锚固,再将有关的锚固件和模板前移安装,再用中间的中锚吊杆将主桁提升并进行相应锚固,然后精确调整后即可施工下一梁段。6　后支点挂篮的设计与施工6．1　工程概况以宁波市新建北环线铁路枢纽上一座三跨72m连续梁施工为例。本座(40+72+40)m连续梁位于宁波市江南路与经七路交叉口南侧,全长为153．2m,两侧梁端至边支座中心各0．60m。梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。在中支点处梁高为5．8m,边支点和跨中处为3．2m,梁底按圆曲线变化,半径R=217．117m。箱梁顶宽为11．0m,底宽为5．8m,顶板厚度为37cm,腹板厚度为50~90cm,底板厚度为50~100cm。边跨为11个节段,主跨为10个节段。A0#块长为12．0m,梁高为5．225~5．880m,节段重为688．68t,采用墩旁牛腿托架现浇施工。A1#块~A8#块(B1#块~B8#块)为悬臂浇筑,长度为3．0~4．0m,重为107．37~136．4t;A9#块为边跨合拢段,长为2．0m,重为50．80t;A10#块为边跨现浇段,长为3．6m,重为124．35t;B9#块为中跨合拢段,长为2．0m。6．2　挂篮的设计本项目中有一座主跨为468m的跨江斜拉桥,主桥边跨为现浇箱梁,采用贝雷梁钢管支架现浇施工。贝雷梁用量大,所以连续梁悬臂施工时,不仅要满足受力要求,还应充分利用现有的材料,故采用贝雷梁桁架式挂篮。6．2．1　承重系统采用“321”贝雷梁结构作为承重结构,每幅挂篮由两组主桁组成,每组主桁长12m,截面由4片贝雷梁组成。贝雷片之间采用配套的连接片连接,两主桁横向之间采用双拼I450a工字钢连接,分别作为前后扁担梁。6．2．2　平台系统平台系统主要是为施工提供一个工作平台,有利于张拉预应力钢筋,浇筑混凝土,立模板,调整立模标高等。由底板处的前托梁、后托梁、底模纵梁,翼缘板下的外侧提吊梁和顶板箱室内的提吊梁组成。托梁采用双拼I450a工字钢,吊梁采用双槽钢][280,底模纵梁采用双HW250×250型钢。6．