轻型三角形挂篮在大跨度悬臂施工中的技术经济性分析

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  【摘 要】本文通过重庆市武隆土坎乌江特大桥大跨度连续刚构轻型三角形挂篮的设计,介绍所用轻型三角挂篮的结构形式、受力计算及特点。同时通过对其它桥梁所用挂篮的技术经济性比较,文章总结了降低挂篮制作安装成本的措施,证明该桥所用的三角形挂篮具有结构简单,受力明确,承载力大,使用方便、制作成本低、性价比高的特点。
  【关键词】三角形挂篮;悬臂施工;轻型化
  【中图分类号】U445.466
  【文献标志码】A
  Light triangular cradle technical and economic analysis of large-span cantilever construction
  Zhang Xu1,Cheng Jing2
  (1.Chongqing Communications Construction (Group) Co., Ltd Chongqing 401121;
  2.Chongqing Traffic Engineering Cost Management Chongqing 400060)
  【Abstract】Through Chongqing Wulong River Bridge soil large-span continuous rigid frame lightweight triangular cradle design, describes the structure used in the form of a triangular light hanging basket, force calculation and characteristics. While other bridges used by Cradle of technical and economic comparison, the article summarizes the lower production and installation costs Basket measures prove triangles Cradle bridge used has a simple structure, the force clear, large capacity, easy to use, making low-cost, cost-effective features.
  【Key words】Triangular cradle;Cantilever construction;Lighter
  1. 引言
  (1)悬臂施工法是施工中桥跨间不需要搭设支架,主要设备是悬臂吊机或挂篮,可用贝雷架、万能杆件、型钢组合桁架等组拼而成。在施工过程中,人员、施工机具、各种建筑材料或预制的桥跨结构构件的重量,完全由已建成的墩和梁段来承受。一般要利用托架先行浇筑好墩顶0号块件,然后在其上面安放悬臂吊机或挂篮,从两侧对称分段悬臂浇筑或悬拼施工。由于悬臂施工法的独特优越性能,目前已被广泛应用于修建预应力T型刚构、连续刚构、连续梁、斜拉桥等。
  (2)笔者亲自参与了重庆市武隆土坎乌江特大桥大跨度连续刚构悬臂施工法主要设备轻型三角形挂篮的设计,该轻型三角形挂篮具有结构简单,受力明确,承载力大,使用方便、制作成本低且性价比高的特点。本文重点介绍轻型三角形挂篮的设计应用及制作成本分析,与读者共享。
  2. 挂篮的设计
  2.1 土坎乌江大桥工程概况。
  土坎乌江大桥位于重庆市武隆县境内,系重庆至长沙高速公路上的一座特大型三跨预应力混凝土连续刚构桥,主桥全长420m,为左右幅桥分别设计,左右幅桥主桥上部箱梁尺寸及结构完全一致,桥面顶板宽12.0m,箱底宽6.0m,主梁梁段为单箱单室,跨度布置为:(110+200+110)m。主梁由0#块、悬臂浇注梁段、跨中合拢梁段、边跨现浇梁段和边跨合拢梁段组成,所有节段均通过纵向预应力张拉形成连续整体。悬臂浇注梁段是采用三向预应力混凝土结构,采用悬臂挂篮现浇施工方法。悬臂浇注梁段以0#块箱梁为中心,两边对称布置,每边各1#~22#梁段。最大悬臂浇注梁段为1号块,重量为274T。
  2.2 挂篮方案的选定。
  2.2.1 随着施工技术的不断改进,悬浇挂篮已由过去的压重平衡式发展到现在的通用自锚平衡式。自锚式挂篮结构的形式主要有桁架式、斜拉式两类。斜拉式挂篮主要有三角斜拉、预应力筋斜拉、体内斜拉等多种。
  2.2.2 在设计土坎乌江大桥挂篮形式时,需要挂篮具有结构简单,受力明确,承载力大,使用方便且性价比高等特点,综合土坎乌江大桥箱梁最大块重、节段高度高、桥面纵坡、工期等方面的因素,决定采用三角斜拉式挂篮,行走方式和平衡形式选用滑动式和自锚式。
  2.2.3 三角形挂篮主要特点如下:
  (1)三角形挂篮与菱形挂篮相比,降低了前上横梁的高度,挂篮重心位置大大降低,从而提高了挂篮行走时的稳定性。
  (2)结构简单,拆装方便,重量较轻,设计的三角形主桁架和主要结构体系采用钢板和型钢焊制的箱形结构,单件重量较轻,主桁架杆件采用高强螺栓连接,易于搬运和拆装。
  (3)三角形立柱与纵梁连接处设有预紧垫块,通过对立柱施加预顶力后安装预紧垫块,能有效消除销轴虚位,避免纵梁承受额外弯矩,全受力结构与计算模型更加吻合。
  2.3 挂篮的计算依据及取值。
  2.3.1 当挂篮按极限状态设计时,应考虑采用荷载标准值乘以相应的荷载分项系数和调整系数,本挂篮验算设计采用容许应力法设计,故不考虑荷载分项系数,但应按有关规定考虑容许应力提高系数。
  2.3.2 挂篮计算依据及取值如下:   (1)挂篮体系自重标准值根据挂篮设计图纸确定。
  (2)新浇筑混凝土自重;混凝土超载系数取1.05。
  (3)安全系数取1.2;挂篮走行时的冲击系数取1.3。
  (4)人群及施工机具荷载取2.0KPa;抗倾覆稳定系数取2。
  (5)前后下横梁及外模刚度取L/400,内模取L/250。
  (6)荷载组合:
  Ⅰ、混凝土重×1.05×1.2 + 挂篮自重 + 人群机具荷载 (强度、稳定性验算);
  Ⅱ、混凝土重×1.05 + 挂篮自重 (刚度验算)
  图1 挂篮总体构造图(尺寸单位:cm)
  2.4 挂篮的重量及技术指标。
  (1)挂篮设计采用 MIDAS软件进行计算,按空间整体及平面分别进行了建模,根据不同工况及挂篮计算依据取值进行计算,找出在各工况下各部件的最不利受力,作为设计控制值,计算结果表明,挂篮各部件应力值及主体变形均小于规范允许值,均能满足《公路桥涵施工技术规范》有关要求。
  (2)土坎乌江特大桥采用的三角形挂篮通过计算,其自重96吨,浇筑1号梁段时采用两套挂篮对接形式,此时单套挂篮重量与最重的1号梁段自重274吨的比值为0.35;浇筑2号梁段以后两只挂篮分开各形成标准挂篮形式,在不同工况下挂篮的最大变形(包括吊带变形的总和)15mm,重载及行走时抗倾覆安全系数大于2.7。挂篮制作安装成型后,进行荷载试验,预压荷载为最重梁段自重的130%,试验结果表明挂篮完全能满足设计及施工要求。
  3. 土坎乌江大桥挂篮构造介绍
  土坎乌江大桥挂篮主要由三角主体主承重系统、锚固系统、悬吊系统、模板系统、行走系统组成(挂篮总体构造图见图1)。
  3.1 挂篮承重系统。
  (1)挂篮受力主体是锚固在已浇箱梁上的悬臂支撑体系,为两片三角钢带斜拉式主梁,通过立柱间万能杆件横联、前后上横梁连接在一起,形成稳定受力体系。每片三角钢带斜拉式主梁由主纵梁、立柱和斜拉钢带组成。主梁和立柱均为钢板组焊的箱型结构,断面尺寸为64×40cm。
  (2)横梁分前后上下横梁,共4根。横梁与三角钢带斜拉式主梁间采用螺栓连接。前上横梁采用2I45b型钢组合梁,布置于三角钢带斜拉式主梁上前端40cm处。后上横梁采用2I28b型钢组合梁与钢带组成桁架体系,布置于三角钢带斜拉式主纵梁上,距前支点60cm。前下横梁均为40×45cm型钢组合梁,通过4组吊带锚于前上横梁上。后下横梁均为50×45cm型钢组合梁,通过中间两组吊杆锚于已浇梁段底板上,两侧各2组吊带分别锚于己浇梁段翼板和后上横梁上。
  3.2 挂篮锚固系统。
  (1)锚固系统的可靠性是挂篮施工的关键,锚固系统分混凝土浇筑锚固与行走锚固,挂篮锚点除浇筑2号节段在0节段上预埋32精轧螺纹钢筋锚固外,其他梁段挂篮后锚点处均使用锚杆提供反力,挂篮共设两组锚固梁,每组处设4道60mm40Cr材质锚杆,通过已浇梁段预留孔进行锚固,将两组型钢用60mm拉杆形成框架,锚杆直接锚于该两组型钢上,将挂篮主纵梁套于其中以形成反压限位锚固作用。
  (2)锚固梁与主纵梁接触处安装四氟板,顶推挂篮主体时主纵梁与锚固梁可相对滑移,完成行走阶段时的锚固,挂篮浇筑及行走可采用同一套锚固系统,这样可节约材料,省去两套锚固系统的转换工序,缩短挂篮行走工期。
  3.3 挂篮悬吊系统。
  (1)挂篮悬吊系统主要由20×2cm16Mn材质钢吊带和40Cr吊杆组成,用以悬吊模板平台,将其荷载传给挂篮主体及已浇箱梁上。底模平台前端由4根钢吊带分别锚固于前上横梁;底模平台后锚杆采用2根90mm40Cr材质吊杆锚固于已浇梁段底板上,另有4根钢吊带锚固于后上横梁和已浇筑梁段翼板上。
  (2)为适应节段高度变化,钢带分成多段组合,最上一节采用70mm 40Cr材质螺杆,以便于千斤顶对立模标高进行微调。
  3.4 挂篮模板系统。
  (1)模板系统分底模系统、外侧模、内模与堵头模系统。由于本桥对外观质量要求高,因此底模和外侧模均采用新制钢模,外侧模采用型钢焊接成桁架,作为模板支撑体系,内模为组合钢模,均采用型钢背楞,与外模拉杆固定。外侧模随节段高度变小,逐段拆除下部模板。
  3.5 挂篮行走系统。
  (1)三角形挂篮主梁前后均设计为船形拖子,在拖子正下沿主梁方向布置型钢滑道,拖子与滑道间搁8cm钢滚筒。三角形主梁后端安装反压锚固装置,反压锚固装置通过锚杆锚于已浇梁段,反压锚固装置与主梁后端间设四氟板,减少挂篮行走时的摩擦力,降低了挂篮行走的牵引力。
  (2)挂篮行走采用两台70t千斤顶顶推,由于节段长度较长,一次不能前移到位,反压装置需行走路途中倒换,直至挂篮行到下一节平面浇筑位置。行走时,型钢滑道前段设置限位板,挂篮主体后端用钢丝绳反拉,保证行走的安全。
  4. 挂篮制作安装成本
  4.1 三角形挂篮设计的轻型化。
  (1)挂篮设计的轻型化是降低制作成本的一个主要手段,根据桥梁技术规范对挂篮的设计要求,挂篮质量与梁段悬浇混凝土的质量比值宜控制在0.3~0.5。这个比值越低,表示承受梁段单位重量使用的挂篮材料越省,制作成本越低,整个挂篮设计越合理。查阅以下使用不同挂篮结构形式对应的桥梁,可知,比值较大的挂篮一般都采用万能杆件桁架形式或三角型组合式挂篮加配重形式,可见减轻挂篮自重采用的手段除优化结构形式外,最重要的措施是通过自锚形式代替平衡重,并改善行走滑移系统,同时改进力的传递系统。
  (2)土坎乌江特大桥所设计的三角形挂篮为无配重自锚形式,其自重轻,一个挂篮自重为96吨,挂篮总重与悬浇最大节段重量的比值为0.35,其设计符合桥梁技术规范规定,同时其轻型化设计具有较高技术水平(见表1)。   4.2 挂篮的制作安装费用。
  (1)交通部《公路工程预算定额》桥梁章节中,4-79金属结构吊装设备定额给出了一个悬浇挂篮设备的参考重量,其挂篮采用万能杆件桁架形式,通过提供的重量参考表反算挂篮总重与悬浇节段重量的比值分别为0.49、0.55、0.70,悬浇块件越重,比值越高。同时这个重量参考表也是设计人员在编制施工图预算时,所采用的参考值。因此在编制土坎乌江特大桥施工图预算时,挂篮的重量就是采用该《预算定额》提供的挂篮重量参考表数据,取140吨。笔者就目前重庆近来施工的几座连续刚构桥不同的挂篮重量及制作费用作对比,见表2:
  (2)通过上表的对比分析,我们发现三角形挂篮的挂篮重量与梁段重量之比相对其他挂篮形式较低,且制作成本低,其轻型化设计更为合理。目前在重庆市连续刚构桥梁施工中被广泛采用。因此,我们所设计的轻型三角形自锚式挂篮也成为土坎乌江大桥施工中的一个亮点,使桥梁梁段在悬浇施工中降低了辅助措施费,提高了工作效率。
  4.3 降低挂篮制作成本的措施。
  4.3.1 在挂篮设计满足轻型化的同时应充分考虑到通用化原则,该三角形挂篮各构件均为销接与栓接,便于运输和装拆,可提高挂篮的使用次数,稍加改装就可以适应在今后大跨度连续刚构桥中一般常见的箱梁截面,能获得较好的经济效益。本套挂篮以通用性、轻型化为出发点进行设计,已成功地运用到土坎乌江特大桥的施工中。
  4.3.2 通过对该轻型挂篮的设计制作安装,总结了几点降低挂篮制作安装成本的措施:
  (1)为了减少加工工作量,挂篮材料基本使用型钢,完成施工后可做它用。
  (2)考虑到挂篮需要周转使用,为了便于装拆,各主要构件基本使用销接或栓接。
  (3)除销子拉杆使用40Cr高强钢材,拉带及三角主梁使用16Mn钢材外,其它构件主要使用A3钢材,以求降低成本。
  (4)使用现有的万能杆件做横联,减少加工量,安拆简单。
  5. 结束语
  本文介绍的三角形自锚式轻型挂篮,因其结构简单,受力明确,自重轻,承载力大,使用方便,制作成本低且性价比高的特点,目前在大跨度连续刚构桥的悬浇施工中已逐步得到推广使用。每一座悬浇施工的大桥都有其自身的特点,应综合考虑大桥本身因素对挂篮选择的影响,在技术层面上,在设计思路上应本着安全、稳定、轻便、快捷及通用的原则,对选定的挂篮还需要进一步优化设计,不断创新,并满足经济指标,最终设计制作出轻型、通用、重载、可操作性强的挂篮。
  参考文献
  [1] 刘敏,张昶. 浅谈某公路桥梁三角挂篮的设计与改造应用[J]. 城市建设理论研究,2012(15).
  [2] 滕正伟,段长华. 三角形挂篮在连续刚构悬浇中的应用[J].科技资讯,2011(14):83.
  [3] 陈金水. 几种施工挂篮的设计与比较[J]. 公路与汽运, 2005(05):137~139.
  [4] 陈礼忠. 大跨度悬臂浇筑连续梁的挂篮设计和应用[J]. 建筑施工, 2012(04).
  [5] 何沁,黎训国. 大跨度连续刚构轻型三角形挂篮的设计[J]. 华中科技大学学报, 2004(12).
  [6] 交工发[1992]65号.公路工程预算定额 [S].北京:人民交通出版社.1997.5.
  (2)底模置于前后下横梁上的11组型钢纵梁上,纵梁与前后下横梁销接,以适应箱梁底板的线形变化。
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