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挂蓝设计
菱形桁架式挂篮在南京长江二桥
2006-1-189:
47:
00
【摘要】介绍菱形桁架式挂篮的主要构造及在南京长江二桥北汊主桥上部结构中的施工应用情况,并总结了该挂篮的优缺点。
【关键词】菱形挂篮南京长江二桥施工
一、工程简介
南京长江第二大桥北汊大桥主桥上部结构为90+3*l65+90(m)的五跨预应力混凝土连续箱梁。
其主跨165m为目前国内同类型桥梁中跨径之首。
根据设计要求,施工方法需采用悬臂灌筑施工工艺然后通过合龙及体系转换成为连续梁。
每个墩设23个悬浇段——5*2.5m+5*3.0m+5*3.5m+8*4.0m。
梁段最长4.0m,最大重量156吨。
箱梁横截面:
顶板宽15.42m,腹板宽7.5m,梁高由0号块的8.8m按二次抛物线渐变至23号块的3.0m。
预应力设计为三向预应力:
纵向采用27束及25束φj15.24钢绞线;横向采用四束φjl5.24钢绞线;竖向采用φ32精轧螺纹钢筋。
张拉控制应为0.75Ryb。
E2标为北汊主桥的一半,由中铁第十九工程局施工,根据该桥的特点并参照国内外已有各种型式挂篮,选择了菱形桁架式挂篮作为悬臂灌筑的主要设备。
该挂盘为中铁建集团总公司附属设计院设计,已多次应用于国内连续梁悬准施工中,但应用在如此大跨的桥梁施工中尚属首次。
二、菱形桁架式挂篮的构造
菱形桁架式挂篮由主构架、行走及锚固装置、底模架、内外侧模板、前吊装置、后吊装置、前上横梁等组成(图1)。
1.主构架
主构架由两片桁架连接系和门架组成。
两片桁架均使用2[40栓接成菱形,由连接系和门架将之联成整体,组成该挂篮主要受力结构。
2.底摸架及底模板
底摸架由六根纵梁和前后横梁组成,纵梁为桁架式结构,桁高12m,桁架长5.43m;前后横梁由2[40组焊而成。
底模为竹胶板,下垫100mm*100mm的方木,竹胶模板和方木用U形卡固定在纵梁上,以便脱模和固定。
3.前上横梁
前上横梁由2[40工字钢组焊面成,连接于主构架前端的节点处,将两片主构架流架连成整体。
4.钢吊带
前后吊带均由150mm*32mm的16Mn钢板用销子连接而成,设置间距为100mm的调节孔,用LQ30千斤顶及扁担和垫梁调节所需长度。
5.内外模板
箱梁外侧模采用5mm钢板和钢框组焊而成。
两外侧模各支承在两个走行梁上,走行梁通过吊杆悬吊在前上横梁和已浇注好的箱梁翼板上。
走行梁用2[30a组焊面成。
内模由内模桁架、竖带、纵带及组合钢模板组成,内模桁架吊在两根内模走行梁上.走行梁吊在前上横梁和已浇梁段的顶板上,内模脱模后可沿走行梁前行。
走行梁采用2[30a组焊面成。
6.挂篮走行及锚固系统
走行装置由轨道、钢(木)枕、前后支座、手动葫芦等组成。
轨道由[16a及δ10钢板组焊成Ⅱ型断面,底板每隔500mm开椭圆形长孔,以便与竖向预应力筋锚定。
竖向预应力筋为QL32精轧螺纹筋,外露0.3m,轨道根据梁段长度的不同分3.0m,1.0m两种。
挂篮设前后支座各两个,前支座支承在轨道顶面,下垫聚四氯乙烯滑板,可沿轨道滑行。
后支座以反扣轮的形式沿轨道下缘滑动,不需要加设平衡重。
挂盘前移时,使用手动葫芦牵引前支座,带动整个挂篮向前移动。
挂篮在灌注混凝土时,后端利用12根φ32精轧螺纹钢锚固在已成梁段上,轨道锚固在已成梁段的竖向预应力筋上,在锚固时,利用千斤顶将后支座钩板脱离轨道,然后锚固。
三、挂篮强度及变形检算
计算荷载:
按挂篮自重,梁段自重,施工机具、人员产生荷载,振捣混凝土时产生荷载组合来检算,其中混凝土容重取2.6t/立方米,施工机具、人员荷载取1.0KPa,混凝土振捣荷载取4.OKPa。
进行了主桁架、底模桁架及各部主要受力杆件的在最不利荷载位置的检算,并采用了同济大学的《桥梁结构综合计算程序》进行了相应复核。
检算表明:
单根上弦杆最大受力为72kN,小于单根上弦杆允许受力252kN;单很斜杆最大受力为39kN,小于单根杆允许受力129kN;单根竖杆最大受力为27kN,小于单根上弦杆允许受力为170kN。
还进行了挂篮的变形检算,计算结果显示,针对北汊大桥的梁段,其最大变形发生在16号节段,此时挂篮弹性变形值为21mm。
四、挂篮使用前的试验
为了检验挂篮的计算变形值并消除首次安装后的非弹性变形,在工厂进行了挂篮的地面加载试验。
同时在挂篮安装之后,为了检验地面试验结果,又选取了一对挂篮进行了现场压重试验。
在工厂对主桁架、销座、销子、前后吊带、前上横梁等构件进行了试验。
主桁架:
采用背对背方式,将后锚位置使用精轧螺纹钢筋锚死,对前吊点使用YC60千斤顶按每10t一级加载,得出每对主析架的变形曲线。
销座、销子、前后吊带、前上横梁也采用了类似方法进行了地面模拟加载试验,配以主桁架试验得出的结果取得每套挂篮的变形曲线。
首对挂篮拼装完成后,使用砂袋按梁段实际荷载情况进行了现场模拟压重试验,将其结果与计算变形值、工厂试验值对比,得出每套挂篮的在施工备节段时的变形值指导各梁段的立模施工。
参照挂篮设计及试验结果,挂篮变形使用公式:
Y=0.4X+2(其中,X为各节段前吊带处的受力值)。
五、拼装工艺
1.拼装准备
在工厂将主构架的菱形桁架拼装成形,拼装后运至现场吊装,编写拼装工艺,准备好拼装工具及各种连接螺栓,培训拼装工人。
2.铺枕
用1:
2水泥砂浆找平梁顶面铺枕部位,铺设钢枕。
3.安装轨道
从0号段中心向两侧安装2.5m长轨各两极,轨道穿入竖向预应力筋,抄平轨道顶面,量测轨道中心距无误后,用螺母把轨道锁定。
4.安装前后支座
先从轨道前端穿入后支座,后支座就位后安放前支座,前支应安放前,在相应位置轨道顶面置放一块四氟乙烯滑板(300mm*500mm),然后安放前支座。
5.吊装主构架
主构架在工厂拼成菱形后运至现场分片吊装,放至前后支座上,并旋紧连结螺栓,为防止倾倒,用脚手架临时支撑。
6.安装主构架之间的连结系、间架,旋紧连接螺栓。
7.用长螺杆(φL32精轧螺纹钢)和扁担架将主构架后端锚固在已成梁段上,前支应处用扁担架将主构架下弦杆与轨道固定。
8.吊装前上横梁
将前上横梁上的4个千斤顶、上、下垫梁及2根钢吊带,一起组装好后,整体起吊安装。
9.安装后吊带
在1号梁段底板预留孔内,安装后吊带,先安放垫块,千斤顶和上垫梁,后吊带从底板穿出,以便与底摸架连接。
10.吊装底模架及底模板。
11.吊装内模架走行梁,并安装好后吊杆,前吊采用钢丝绳和倒链。
12.安装外侧模板
挂篮所用外侧模首先用于1号梁段施工,在上述拼装程序之前,应将外模走行梁先放至外模竖框架上,后端插入后吊架上。
两走行梁前端用倒链和钢丝绳吊在前上横梁上。
用倒链将外侧模拖至2号梁段位置,在1号段中部两侧安装外侧模走行梁后吊架,解除0号段上的后吊架。
六、悬臂灌注施工工艺
每个T构从2号段开始,对称拼装好挂篮后即可进行悬臂灌注施工。
1.分片吊装底板及腹板构造钢筋并安放预应力管道。
2.将1号梁段内的内模拖出。
3.根据2号梁段的高度调整下部模板。
4.在顶板和腹板安装下料串筒位置留洞,在腹板的捣固位置,预留位置进行捣固。
5.安装端模板,并与内外模板连结。
6.绑扎顶板钢筋。
7.安放预应力管道、锚板等。
8.对称灌注2号梁段混凝土。
9.混凝土养护。
10.预应力筋张拉。
11.压浆。
12.挂篮行走
找平梁顶面并铺设钢(木)枕及轨道。
放松底摸架前后吊带。
底模架后横梁两侧的吊耳与外侧模走行梁之间安装10t倒链,即底摸架悬挂在走行梁上。
拆除后吊带与底模架的连结。
解除挂篮后端锚固螺杆。
轨道顶面安装两个5t倒链(每套挂篮)并标计好前支座的位置(支座中心距梁端50cm)。
倒链牵引前支座使挂篮、底摸架、外侧模一起向前移动。
移动时挂篮后部应设10t保险倒链。
安装后吊带,将底摸架吊起。
在2号梁段上安装外侧模走行梁后吊梁,先解除一个1号段上的后吊架,移至2号段,再解除另一个后吊杆移至2号段。
拉出内模,挂篮走行完毕。
六、挂篮的拆除
待合龙段施工前,便可拆除挂篮,拆除顺序如下:
1.在梁顶面安装卷扬机,吊着外侧模前后吊杆(底模架吊在走行梁上)徐徐下放,落至船
上。
或先放底模架,后放外侧模。
2.合龙段不用的内模、走行梁,在合龙段施工前拆除,余者可从两端梁的出口拆除。
3.拆除前上横梁。
4.主构架可移至塔吊可吊范围内,分片拆卸。
5.拆除轨道及钢(木)枕。
八、在南京长江二桥北汊大桥应用的菱形桥架式挂篮的主要技求参数
1.适用最大梁段重:
160t
2.最大梁段长:
40m
3.梁高:
8.8~3.0m
4.适用梁宽:
16m
5.走行方式:
无平衡重走行
6.挂篮自重:
49t
7.挂篮的倾覆稳定系数
空载时:
28
灌注时:
2.48
8.挂盘系数;3.0
九、应用菱形挂篮进行悬浇施工的主要体会
1.优点
菱形挂篮自重轻,在本桥施工中的利用系数达到了3.0,应是国内除滑动斜拉式挂篮外最轻的一种,由此而带来在加工、运输、拼装、移动、拆除等方面的省力,进而达到节省资金的目的。
总之,应用该挂篮施工可有较大的经济回报。
菱形挂篮内模、外模均采用纵向滑梁吊在桥面或挂篮上,纵向走行非常方便,且加固亦采用该滑梁,一梁两用。
菱形挂篮结构简洁,受力明确,加载后的实际弹性变形与理论计算值相差不大,如曾使用过该挂篮,可省去试验加载的程序。
挂篮由于设计成菱形,吊点均位于梁面以上空中,给施工人员提供的操作空间大,利于施工。
2.缺点及建议修改措施
外侧模设计略显单薄,加固时内外模间拉杆数量偏多,不利提高箱梁外观质量。
可在下一次设计时增加外侧模桁架刚度,减少拉杆数量。
挂篮横向纠偏无有力措施,如能在前吊带处加设液压式横移设备则会更好。
参考文献
[1]赵青山.菱形挂篮的研制及应用.施工技术,1994(3):
21-26
[4]王武勤.PC桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展.桥梁建设,1997(4)55-57
宿迁运河二号桥挂篮设计与施工
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摘 要:
本文主要介绍了宿迁运河二号桥施工用挂篮的结构型式、主要特点、结构计算、施工安装和注意事项,以及施工中采用的行走、穿束等系列轻便、快速施工工艺和挠度控制等。
关键词:
桥梁 挂篮 设计 施工
宿迁运河二号桥主桥为45+75+45m的PC连续箱梁体系,梁底按二次抛物线变化。
主桥施工分为2个单T,每个单T以墩中心线为对称轴向两边分成9段。
墩顶上部7m为0号段,1~5号段长3.4m,6~9号段长4.0m,最重梁段为1号段(886kN)。
该桥设计分为上下游两幅,两幅间设计为70cm宽湿接缝。
根据工期要求,挂篮设计必需考虑上、下游幅悬浇基本同步进行。
1 结构型式和主要特点
挂篮由主桁系统、配重及后锚固系统、走行系统、前后上下横桁、吊挂系统、底模、内外侧模几个部分组成。
1.1 主桁系统
该挂篮主桁设计为两桁,三路贝雷桁架片利用型钢联结片连成整体形成主桁,贝雷上、下加设加强杆。
设计最大允许弯矩为4700kN•m,两主桁置于腹板位置,中心距6.4m,纵向长12m。
1.2 后配重及后锚固系统
形成单只挂篮后,为保证挂篮不前倾,设计于两主桁间横担两根36号工字钢,其上放置重35t的钢箱装黄砂作为挂篮后配重;为抵消混凝土浇筑时的后拉力,主桁尾部50cm处以两根配重横梁作锚梁,每道主桁设计用2根Ⅳ级32精轧螺纹与已浇箱梁锚接起来。
配重与锚杆同时作用确保了挂篮的安全,同时精轧螺纹可自由拆卸、安装、效果良好。
后配重的黄砂、悬浇结束后材料可全部回收使用,大大降低成本。
1.3 行走系统
1.3.1 上横桁移动
在两根前后上横桁于主桁位置处直接焊辅两块δ=12mm钢板,覆盖于主桁上作为横桁滑移使用,在挂篮移向2#块时,用50kN倒链将前后上横桁移至施工位置。
1.3.2 挂篮整体走行系统
本次设计中彻底放弃了以往的滑道施工工艺,而直接用贝雷平滚置于主桁前支点下(已浇混凝土段端面向内50cm),后支点(配重位置)下设置16号工字钢加工的托板,下用32圆钢作滚筒,混凝土梁段上铺5mm钢板作为滚筒跑道。
挂篮整体行走时,于已浇梁段顶部预埋16拉环一只,利用转向葫芦直接采取卷扬机牵引的施工工艺,当行走到待浇梁段位置时,前支点处用钢板垫牢,保证混凝土浇筑时的支点承载。
该施工工艺在施工中每行走4m长块件时,所需时间仅约20min,而所有准备工作均可以在等待混凝土强度上升、张拉压浆阶段穿插完成。
1.4 前后上下横桁系统
上横桁由两根45号工字钢组成,下横桁由2根36号工字钢组成,前后横桁中心距5m,横桁长13m,上横桁悬臂长3.5m。
前后横桁上分别设有底模平台及内外侧模的吊挂点。
1.5 吊挂系统
浇筑混凝土时,底模平台及其它各部分的重量吊挂是通过钢吊带实现的。
前横桁设计有5根δ=4cm钢吊带,后横桁于箱梁截面以外设计有2根δ=4cm钢吊链,箱梁截面底宽6.5m范围内设计有3根Ⅳ级32精轧螺纹锚杆,施工中用两只32t千斤顶对每根锚杆加有约500kN的预紧力,使底模与成品混凝土夹紧不漏浆,而且承担混凝土浇筑时的部分竖向分力。
1.6 模板
由底模、外侧模、内芯模和端模组成。
底模系将δ=12mm钢板直接固定在底模平台上,底模平台长6m、宽13m,承担浇筑时混凝土重量及施工机具设备的重量,并兼作施工操作平台。
底模平台以型钢(7组2根28号槽钢加6组2根20号槽钢)拼成加劲梁,并与前后下横桁直接焊接。
为保证梁底线型,加劲梁加工时中段进行预压弯约8mm。
外侧模用10号槽钢依照翼缘尺寸加工成定型骨架片,按1#块尺寸连接组拼成整体骨架,满足不同长度块件使用。
整体骨架表面钉附δ=16mm竹胶板作为面板,保证混凝土表面的平整、光洁。
内侧模为组合钢模与木模相结合,通过16拉杆内外侧模连接定位,控制变形。
用内径20的硬塑料管作拉杆套管,且伸出内外侧模板,以消除混凝土浇注时套管进浆导致拉杆无法抽拔。
结果表明,除个别套管因振捣碰撞破裂进浆,造成拉杆抽拔失败外,拉杆回收率达100%。
拆模后,伸出混凝土表面的套管只需用铁铲铲断即可,既保证了外表美观,也避免了繁琐的修复工作。
芯模顶板施工采用搭设木排架,上铺组合钢模。
端模用组合钢模与木模结合,利用梁体钢筋临时固定,内外模将其夹紧、定位。
2 结构计算
2.1 主桁未分离计算
浇筑1#、2#块时,结构为双悬臂筒支梁,主要计算主桁前支座反力,验算主桁片的抗压变形破坏;其次计算主桁片的弯曲应力,以及上横桁承载及变形。
2.2 形成单只挂篮计算
此时结构为单悬臂的简支梁,后锚固受拉,前支座受压,主要验算混凝土浇筑及行走时的倾覆稳定性。
2.3 其它计算
挂篮前后下横桁在灌注混凝土时按4跨和3跨连续梁计算,行走时按简支梁计算,挂篮后上横桁按双悬臂简支梁计算。
2.4 技术指标
挂篮行走时倾覆稳定系数K=2.28>1.5;
后锚固允许受力与最大受力比值K=3.24>1.5;
混凝土浇筑时主桁承载(考虑贝雷组拼承载能力的削弱×80%)K=3.57;
上下横桁承载安全系数K=1.89。
3 施工安装
(1)根据已有起吊设备,主桁先在岸上分段组装,底模平台拼装于浮箱上,侧模骨架拼装结束后放于底模平台上。
(2)在已浇0#块上整体拼装。
按照主桁支座、主桁、前后上横桁及吊挂系统、配重系统的顺序逐步安装。
上横桁就位后,在0#块顶安放四台卷扬机,通过转向葫芦将拼装于浮箱上的底模、侧模系统起吊到位,通过吊带销接完成全部拼装。
(3)挂篮的一个循环周期大约经过如下步骤:
①混凝土养护期间拆除外模架支点,将外模架落于底模平台上,穿跑挂篮用的卷扬机开口、钢丝绳。
②混凝土强度达设计值90%时,张拉、压浆。
③拆除底锚、后锚,用千斤顶安装前支座平滚。
④前后吊带系统下落10~20cm。
⑤用卷扬机将挂篮整体行走到下一块的位置,锚好后锚杆,垫实前支点。
⑥底模平台调整,侧模调整,吊带系统调整固定。
⑦绑扎底板钢筋、腹板钢筋,组拼内模,上对拉杆,绑扎顶板钢筋。
⑧立端模准备浇筑新的块件。
本次挂篮设计结构受力明确、操作方便、施工进度快、质量好。
自1998年8月29日浇筑上游1#块至10月29号浇筑下游9#块全部结束,历时61d,共悬浇18块件。
平均6d一周期,最快块件4.5d。
4 挂篮施工中的几个问题
(1)要确保混凝土浇筑时主桁前支座材料强度满足受力要求,并因此支点反力较大,必要时须对主桁片进行加固,防止出现压杆破坏。
(2)外侧模底部与底模接触处设置必要的横向刚撑,确保底角不漏浆,影响外观。
(3)设置必要的腹板拉杆数量,防止出现面板变形,影响质量。
(4)挂篮悬浇至7#块结束时,由于钢绞线较长,且预埋波纹管采用内接白铁皮管接头,使索道孔内径减小,人工穿束困难。
经现场研究,决定采用卷扬机牵引的施工工艺:
先穿一根8钢筋,出孔处连接卷扬机钢丝绳,将悬浇束12根钢绞线(板束为19根)于索道进口处整体焊接在钢筋上,注意焊接时要尽量使钢绞线排列成圆形截面,然后直接用卷扬机牵引。
施工结果表明,此工艺不仅节省人力,且大大缩短穿束时间,索道接头铁皮管有时亦能被强行拉出,平均每道穿束时间为30min。
(5)由于梁体悬臂较长,根据施工实践,侧模骨架片采用10号槽钢加工易产生弯曲、扭曲变形,后用14号槽钢加固,将原骨架片两支腿改为三支腿,效果良好。
(6)挂篮在走行时出现主桁尾端横向弯曲达30cm,有安全事故隐患。
经分析原因有二:
一是因三路贝雷底面不在同一水平面上,主桁有倾斜现象,置于主桁的后配重产生水平分力;二是主桁后支点偏前,配重位置下无支点,侧向分力无法消除,最终导致端贝雷出现横向弯曲。
根据上述原因,将主桁后支点移于配重位置下,同时调整使每组桁片贝雷底标高相同,行走时随时注意观察、调整,处理效果良好。
5 箱梁挠度控制
箱梁的挠度、底板线型控制一直是悬浇工艺中的难点。
本次挂篮设计对前后上下横桁、吊带节点的伸长、主桁弹变的叠加均作了计算,最后取值为1.5cm。
浇筑过程中定时观察,根据设计单位提供每节段预拱度及时调整底板标高,最后测得主桁前端平均弹性变形为12cm,非弹性变形为0.5cm,与计算基本相符。
在块件张拉前后,实测块件标高,结果表明悬浇束的张拉对箱梁的起拱极小,适当减小预拱度值进行下一块件的施工。
全桥悬浇结束后,梁段底表面平整、光洁,而且底板的线型曲率圆滑流畅,效果很好。
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