连续刚构桥挂篮的设计与施工

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摘 要：结合俄翅膀大桥连续刚构的施工,阐述了挂篮设计总体构思和挂篮各构件的传力机理，介绍了采用材质为16Mn的架桥机，且架桥机上下缘各蒙10mm钢板作为主桁浇筑主梁的设计验算及施工方法，并通过实桥证明了该方法的可行性，对同类桥梁的施工具有一定的参考意义。

关键词：刚构桥 挂篮 设计验算 施工

随着高等级公路建设的飞速发展桥梁结构向高墩、大跨、薄壁、轻型、整体的方向发展，特别是在山区由于受地理条件的限制，高墩大跨预应力混凝土连续刚构桥修建得越来越多，由于高墩大跨主梁是通过挂篮悬臂浇筑的，所以挂篮的设计与施工就显得极其重要。目前已有很多人对挂篮设计与施工作了研究，但由于不同的工程背景就有不同的挂篮设计，因此，研究挂篮的设计与施工对同类桥型的挂篮设计可以提供一定的参考。

1.工程概况

俄翅膀大桥上部结构为45+80+45米预应力混凝土连续刚构箱梁桥，主桥墩身为矩形薄壁空心结构，墩身高度：3＃墩为69m、4＃墩为68m。墩身外形尺寸为5.4m×4.0m的箱形截面。悬臂浇筑砼箱梁分段长度为：1#-4#段3.75m，4#-8#段4.6m，合拢段2.0m，箱梁底板宽5.4m，顶板宽10.5m，箱梁高度变化范围：5m~2.2m，中间按二次抛物线变化。浇筑箱梁的最大重量为111t，节段梁长为3.75m，节段最大梁长4.5m，重量为89t。

2.挂篮构件设计

2.1 挂篮设计总体构思

挂篮设计中，根据现有资料和实际施工要求，选取挂篮形式、连接方式和杆件，然后进行检验。根据国内外挂篮施工现有水平，开发的轻型挂篮应满足实际桥梁悬臂施工的需要，设计要注重整体功能，不片面追求轻型指标，总体构思往往体现在以下几个方面：减轻挂篮自重途径、缩短挂篮施工周期、保证悬灌混凝土质量、改善施工条件和环境、考虑通用性。

2.2 挂篮各构件传力机理

作为待浇梁段混凝土的支撑面，内、外顶模支撑翼缘板与顶板的混凝土重量；模版以上的重量则由间隔分布的内、外纵滑梁承受；内、外纵滑梁则把力传递到已浇筑梁段的顶板和前上横梁安装的吊杆上。待浇腹板和底板混凝土的重量则通过底模传递给底蓝纵梁、横梁，通过前、后下横梁上安装的吊带传力给已浇筑梁段的底板和前上横梁，前上横梁的所有荷载则都传递到主桁架上。主桁架的前支点和后锚点把力再传给已浇筑梁段的顶板。

2.3 挂篮构造

结合本桥结构特点、现场既有材料及考虑施工简便、安全的要求，本桥挂篮设计为平行桁架式挂篮。设计挂篮总重45t，挂篮结构设计如图1所示。

（1）底平台系统。底平台主要采用前、后下横梁承重，上面铺设底蓝纵梁。底蓝纵梁采用支撑铰座和下横梁连接，底蓝纵梁同时作为底模的承重骨架。前下横梁采用2I40b工字钢,总长6米，后下横梁采用2I32b工字钢,后下横梁总长12m。底蓝纵梁采用全焊接型钢桁架，挂蓝纵向桁架共14道，其中腹板区桁架2×4道（间距150mm）、底板区6道（间距600mm）。

（2）吊挂系统。吊挂系统主要包括前吊带和后吊带，前吊带采用16Mn的钢板，后吊带采用Ф32精扎螺纹钢筋。

（3）承重系统。承重系统由两片主桁组成，每片主桁由1个9米长，1.87米高，0.65米宽的架桥机（材质为16Mn）组成，架桥机上下缘各蒙10mm钢板。

（4）锚固系统。后锚系统由锚固扁担梁、竖向预应力筋和连接锚筋组成，本挂篮后锚固杆件与结点板之间采用14根Φ22高强螺栓连接。

图1 挂篮结构设计整体布置图 图2 纵梁计算模型简图

3.挂篮结构验算

根据挂篮构造采用分解法进行验算。

3.1 验算荷载

浇筑箱梁的最大重量为111t；施工机具及人群荷载2.5kPa；考虑箱梁混凝土浇筑时胀膜、动力等因素的超载系数取1.05；浇注混凝土时的动力系数取1.2；主桁架荷载不均匀系数1.2；16Mn钢容许弯曲应力取1.3[σw]=1.3×210=273MPa，A3钢容许弯曲应力取1.3[σw]=1.3×145=188.5MPa。

3.2 挂篮构件验算

（1）底模下纵梁验算

以第一段箱梁底板下的14个下纵梁作为验算对象，前、后下横梁间距为4.2m，底模、人群及施工荷载为0.6kN/m，混凝土荷载为25.2kN/m，计算模型如图2。计算最大应力为72.15MPa

（2）下横梁验算

1、前下横梁计算。前下横梁采用2I40b工字钢,总长6米。腹板区荷载为48.2kN/m，底板区荷载为19.7kN/m，计算模型如图3。计算最大应力为18.52MPa，小于最大容许应力值160MPa，计算最大竖向挠度为0.3mm，小于最大容许挠度值4.5mm，满足强度、刚度要求。

图3 前下横梁计算模型简图 图4 后下横梁计算模型简图

2、后下横梁计算。后下横梁采用2I32b工字钢,后下横梁总长12m。腹板区荷载为51.9kN/m，底板区荷载为20.7kN/m，计算模型如图4。计算最大应力为27.6MPa小于160MPa，计算最大竖向挠度为0.4mm，小于10.2mm，满足强度、刚度要求。

（3）吊带验算

前吊带采用16Mn的钢板，后吊带采用Ф32精扎螺纹钢筋，而在各工况下，得到前横梁吊带最大拉力为513.10kN，后横梁吊带最大拉力为552.32kN。

实际设计时，前上横梁吊带采用16Mn的钢板，后横梁吊带采用2根Ф32，吊带16Mn钢板最小横截面积为125×30mm2，其施工容许拉应力为125×30×210=787500N=787.5kN，Ф32精轧钢筋的许用拉力按50%的设计拉力考虑，即施工许用拉力为542kN×0.5=271kN。因此，混凝土浇注前、后吊带满足实用要求。

（4）上横梁验算

1、前上横梁计算

挂蓝前上横梁全长8.5m，采用2I40b，根据实际吊点布置对前上横梁进行计算。计算模型如图5。

计算最大应力为81.30MPa小于160MPa，满足强度要求。计算最大竖向挠度为0.9mm，小于14.4mm，满足刚度要求。支点最大反力Fmax=151.11kN。

图5 前上横梁计算模型简图 图6 后上横梁计算模型简图

2、后上横梁计算

后上横梁采用2I32b工字钢,长12m,重23.20kN，后下横梁最不利阶段在挂篮行走，底模平台一半的重量均由后上横梁承担。如图6。计算最大应力为126.70MPa小于160MPa，满足强度要求。计算最大竖向挠度为12.2mm，小于15.1mm，满足刚度要求。支点最大反力Fmax=61.01kN。

（5）主桁验算

主桁主要承受底模平台、内模及导梁系统和外吊挂梁通过前上横梁传递的荷载，单片荷载394.73/2=197.37KN，计算最大应力为236.01MPa，小于最大容许应力值273MPa，满足强度要求。计算最大竖向挠度为17.1mm，小于27mm，满足刚度要求。

4.结语

结合本桥结构特点挂篮设计为平行桁架式挂篮的方法设计简单,受力明确；实践证明,采用架桥机并在上下缘各蒙10mm钢板作为主桁的设计合理,施工难度较小,结构安全可靠，工期和成本都有很大的节约。

参考文献：

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