GL-XL230型掛籃的設(shè)計(jì)在橋梁工程的應(yīng)用

摘要： 介紹GL-XL230型掛籃的設(shè)計(jì)及其在粵西沿海高速公路臺山鎮(zhèn)海灣特大橋施工中的應(yīng)用，該掛籃具有承載力大、自重輕、主要承重構(gòu)件剛度大、穩(wěn)定性好、加工簡單、裝拆方便、施工便捷易控制、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 掛籃設(shè)計(jì) 鎮(zhèn)海灣大橋 施工應(yīng)用

1 概 述

　　GL-XL230型掛籃是橋梁施工中用來逐段推進(jìn)混凝土箱梁模板的懸掛設(shè)備,具有承載力大、自重輕、主要承重件剛度大、穩(wěn)定性好、加工簡單、裝拆方便、施工便捷易控制、工人勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)。通過粵西沿海高速公路臺山鎮(zhèn)海灣特大橋的使用證明，該掛籃性能良好、安全可靠、操作方便、外觀接縫平順，掛籃移動(dòng)及就位調(diào)整速度較快，一次只需3～4h，與以往的掛籃相比，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大幅減低，提高工效200%，是全橋提前完工的一個(gè)重要保障措施，在取得了良好的企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益時(shí)，也帶來了巨大的社會(huì)效益。

2 GL-XL230型掛籃設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則
根據(jù)鎮(zhèn)海灣特大橋主橋190m跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁采用懸臂澆筑施工這一需要，再考慮到以后掛籃構(gòu)件盡可能在多場合使用的要求，我們確定GL-XL230型掛籃的設(shè)計(jì)原則如下：
（1）安全可靠，重量輕，盡可能利用型鋼，減少機(jī)械加工量；掛籃裝拆要方便，施工易控制、速度快，工人勞動(dòng)強(qiáng)度小。
（2）為保證箱梁外觀接縫平順，承重系統(tǒng)的主要構(gòu)件截面尺寸由剛度控制設(shè)計(jì)。
（3）掛籃設(shè)置定向滑道，除滑道及內(nèi)模外掛籃一次性整體前移到位。
（4）通用性強(qiáng)，在適用不同的橋梁施工時(shí)，掛籃的改造量要小。
（5）解體后最大構(gòu)件重量不超過3t，且運(yùn)輸上能滿足公路及鐵路運(yùn)輸?shù)囊�求�?br /> 2.2 設(shè)計(jì)參數(shù)
（1）箱梁的結(jié)構(gòu)參數(shù)：箱梁的節(jié)段長度為3.25～5m，箱梁底板寬7m，頂板寬13.5m，梁段高變化范圍為10.5～3.203m，箱梁為單箱單室。
（2）設(shè)計(jì)荷載：箱梁節(jié)段混凝土最大重量為232.4t，人群荷載3t，施工振動(dòng)力2t，模板系統(tǒng)重量30t，考慮施工及掛籃加工過程中的一些不利因素，設(shè)計(jì)荷載中混凝土的重量乘以1.2倍，即設(shè)計(jì)荷載為313.9t。
（3）設(shè)計(jì)變形：fmax=L/600。
2.3 掛籃的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)
GL-XL230型掛籃主要由上部承重系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、吊帶、側(cè)模系統(tǒng)、行走系統(tǒng)以及后錨固系統(tǒng)組成。
2.3.1 上部承重系統(tǒng)
本部分主要由兩片三角形平面桁架、橫聯(lián)、邊后上橫梁、中后上橫梁以及前上橫梁組成。
三角形平面桁架由通過螺栓連接的前后兩段主梁、立柱、拉桿以及銷子等組成，通過2根25槽鋼及節(jié)點(diǎn)板連接到兩片三角形平面桁架的立柱組成空間桁架。三角形桁架各桿件受力明確，且迎風(fēng)面積減小，增加了抗風(fēng)力�？紤]到主梁及立柱為壓彎構(gòu)件，為保證三角桁架的穩(wěn)定性及掛籃剛度要大這一設(shè)計(jì)要求，主梁及立柱采用A3鋼板焊接箱型梁的結(jié)構(gòu)形式。
后上橫梁分為左、中、右三段，與主梁在同一平面，分別通過螺栓連接到前段主梁的支座位置處，左右兩邊的后上橫梁還通過側(cè)斜拉桿與立柱斜拉，以減小混凝土箱梁頂板外側(cè)的撓度。
前上橫梁采用兩條I56a工字鋼制作，通過螺栓固定在主梁的前端。
掛籃的三角桁架先運(yùn)用SAP84結(jié)構(gòu)計(jì)算程序進(jìn)行各桿件的受力及變形分析，然后再通過手工計(jì)算進(jìn)行復(fù)核。考慮到加工及安裝時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些偏差，三角桁架的立柱有可能出現(xiàn)不垂直或偏心狀態(tài)，故在建模時(shí)把立柱頂端向前或向后偏離10mm、并同時(shí)向側(cè)邊偏移10mm以模擬其最不利的受力狀況。
2.3.2 底籃系統(tǒng)
底籃的主要承重構(gòu)件由橫梁及縱梁組成。前后下橫梁采用2I56a工字鋼組焊，縱梁采用7m長的2[28a槽鋼組焊，縱梁與橫梁之間采用鉸接，以適應(yīng)箱梁底板的變坡。
底模長5.5m，寬7.0m，面板采用8mm厚鋼板，肋板采用8根槽鋼制作。
2.3.3 吊帶
考慮到箱梁鋼筋骨架焊接或者運(yùn)輸及安裝時(shí)有可能導(dǎo)致吊桿的局部損傷，設(shè)計(jì)時(shí)未采用通常用Ⅳ級精軋螺紋鋼的做法，而是采用30mm厚的16Mn鋼板作為聯(lián)系上部承重系統(tǒng)與底藍(lán)的吊帶。吊帶上鉆有一系列的孔，在調(diào)整底模標(biāo)高時(shí)，通過螺旋千斤頂、插銷、扁擔(dān)梁以及不同厚度的墊塊來實(shí)現(xiàn)。此種做法盡管稍顯復(fù)雜，但安全性大為提高。
2.3.4 側(cè)模系統(tǒng)
外側(cè)模采用整體式鋼模，骨架用14根槽鋼、I25工字鋼及L75角鋼與模板背面肋板焊接形成一個(gè)整體。外側(cè)模通過吊桿調(diào)整垂直方向標(biāo)高，通過長度可調(diào)的側(cè)模撐桿調(diào)整水平方向位置。外側(cè)模通過側(cè)模吊桿、側(cè)模撐桿與掛籃上部承重系統(tǒng)及底籃系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)整體前移。
由于箱梁截面變化較大，內(nèi)側(cè)模采用組合鋼模及木模拼裝，不與掛籃同步前移。
2.3.5 行走系統(tǒng)
掛籃行走系統(tǒng)是通過下部的滑動(dòng)摩擦和上部的滾動(dòng)摩擦來實(shí)現(xiàn)�；瑒�(dòng)摩擦系統(tǒng)自下而上依次是：固定在混凝土箱梁上的鋼枕、鑲嵌有不銹鋼板的滑道、鑲嵌在主梁下端中間支座上的四付滑板，滾動(dòng)摩擦付由主梁后段上蓋板及反扣于主梁上的反扣輪組組成。下滑道具有導(dǎo)向作用，保證掛籃就位準(zhǔn)確。掛籃前移時(shí)采用兩臺5t卷揚(yáng)機(jī)作動(dòng)力。
2.3.6 錨固系統(tǒng)
后錨桿采用Ⅳ級φ32精軋螺紋鋼與箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋通過連接器連接在一起。在澆筑混凝土狀態(tài)，后錨桿作用在主梁上的后錨橫梁提供掛籃所需反力，防止掛籃向前傾覆；掛籃移動(dòng)時(shí)，反扣梁換為反扣輪組，同時(shí)，為克服反扣輪組向前的水平分力，利用固定在混凝土箱梁上的手拉葫蘆拉緊反扣輪組。

3 GL-XL230型掛籃在鎮(zhèn)海灣大橋的應(yīng)用

簡介
3.1 掛籃的制作與拼裝
由于掛籃的上部承重系統(tǒng)拼裝精度要求較高，因此，這部分構(gòu)件在工廠加工，并且先在廠內(nèi)進(jìn)行預(yù)拼裝，并逐個(gè)桿件編好號。其余構(gòu)件由于大部分采用型鋼制作，在現(xiàn)場進(jìn)行加工，底籃系統(tǒng)作為一個(gè)整體也進(jìn)行預(yù)拼裝。
工地安裝掛籃上部結(jié)構(gòu)主要利用一臺QT80EA型塔吊配合安裝，側(cè)模及底籃利用墩上兩臺8t卷揚(yáng)機(jī)配合安裝。安裝時(shí)嚴(yán)格按照工廠編號進(jìn)行，順序如下：測量放樣→鋪設(shè)鋼枕→固定滑道→預(yù)裝三角桁架主梁→安裝后上橫梁→安裝立柱及橫聯(lián)→安裝斜拉桿及側(cè)斜拉桿→終擰三角桁架連接螺栓→安裝后錨固系統(tǒng)→安裝前上橫梁→安裝外側(cè)模→安裝底籃并就位→側(cè)模就位固定。
3.2 掛籃的試驗(yàn)
掛籃的試驗(yàn)主要為了檢驗(yàn)三角桁架各桿件的變形值以及其前端的撓度，驗(yàn)證其承載能力，確保掛籃的使用安全。由于后上橫梁直接作用于整個(gè)掛籃的支點(diǎn)上，對掛籃的主梁受力基本沒有影響，因此，掛籃的試驗(yàn)采用集中加載形式。試驗(yàn)時(shí)第一套掛籃在已澆筑好的梁面上安裝并錨固，前上橫梁、底籃及模板系統(tǒng)暫不安裝。
加載點(diǎn)設(shè)在前上橫梁作用在主梁的支點(diǎn)處，為此，專門制作了兩個(gè)反力架，每個(gè)反力架通過4根Ⅳ級φ32精軋螺紋鋼與箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋連接在一起。采用兩臺YCW250型張拉千斤頂分別對兩邊主梁前端進(jìn)行分級加載。試驗(yàn)得出的結(jié)論與設(shè)計(jì)值較為吻合。
3.3 掛籃施工
掛籃通過卷揚(yáng)機(jī)牽引到位后，首先復(fù)測掛籃的順橋向及橫橋向位置，若有偏差通過螺旋千斤頂進(jìn)行微調(diào)，位置準(zhǔn)確后再利用螺旋千斤頂頂在后上橫梁的支座處將掛籃升起，同時(shí)將下滑道前移，避開三角形桁架中點(diǎn)處的支點(diǎn)，該支點(diǎn)改為鋼枕作為支撐，調(diào)平后，將掛籃整體放下就位，同時(shí)，將后錨反扣輪逐個(gè)換為后錨梁并鎖緊后錨。
掛籃就位后，接下來主要工序依次如下：底模就位并固定→側(cè)模就位固定→安裝鋼筋骨架及預(yù)應(yīng)力管道→安裝內(nèi)模→澆筑混凝土、等強(qiáng)化后再拆側(cè)模及內(nèi)模→張拉、壓漿→底模下降→安裝掛籃前移滑道→轉(zhuǎn)換后錨系統(tǒng)→掛籃前移進(jìn)入下一循環(huán)。

4 結(jié) 語

　　鎮(zhèn)海灣特大橋主橋預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁于1999年11月開始掛籃懸臂澆筑混凝土施工，2000年6月主橋箱梁懸臂澆筑施工全部完成，一個(gè)對稱段懸臂澆筑平均周期為7d。每個(gè)對稱段標(biāo)高實(shí)測值與控制值對比均小于10mm，中跨實(shí)現(xiàn)高精度合攏，兩端全斷面高程差在-3~+4mm，滿足設(shè)計(jì)要求的±15mm，整個(gè)主橋混凝土連續(xù)箱梁達(dá)到了外形美觀、接縫平順的要求。掛籃的總重量與最大塊件混凝土重量之比約為0.30，實(shí)現(xiàn)了掛籃設(shè)計(jì)輕型化的目標(biāo)。