菱形掛籃在懸臂現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用

卿高國

湖南湖大建設(shè)監(jiān)理有限公司，湖南 長沙 410000

隨著我國高速公路的快速發(fā)展，國家運(yùn)輸?shù)缆废到y(tǒng)日益完善。上跨鐵路、河道等橋梁增多，施工中需使用懸臂掛籃施工工藝，而菱形掛籃具有加工便捷、作業(yè)面空間充足等優(yōu)勢，因此大跨連續(xù)梁橋掛籃多選用菱形掛籃。文章以道水特大橋施工為例，闡述菱形掛籃在大跨度橋梁懸臂現(xiàn)澆箱梁中的應(yīng)用要點(diǎn)。

1 工程概述

道水特大橋（45+80+45）m連續(xù)梁梁體采用變高度變截面箱梁，一聯(lián)總長度為169.84m，邊支座中心至梁端距離為0.5m。箱梁截面采用單箱單室直腹板，邊支點(diǎn)及跨中梁高為2.5m，中支點(diǎn)梁高5.0m，梁底變化段曲線采用二次拋物線。箱梁0號段、1號段長12m，在支架上澆筑。2～10#段采用掛籃懸臂澆筑施工，每個(gè)T構(gòu)兩側(cè)各有9個(gè)懸澆節(jié)段，分別為3×3m+6×4m。掛籃設(shè)計(jì)為菱形掛籃，由菱形桁架、提吊系統(tǒng)、走行和錨固系統(tǒng)、內(nèi)模系統(tǒng)、外模系統(tǒng)和底模系統(tǒng)組成。

2 掛籃結(jié)構(gòu)受力分析

2.1 荷載取值

（1）恒載。恒載主要包括梁體鋼筋混凝土重和支架模板重，各材料容重如下。①鋼筋混凝土容重：q1=26kN/m3（考慮1.05倍超灌系數(shù)）。②鋼模板荷載：q2=0.75kN/m2；③鋼材容重：γ鋼=78.5kN/m3。④其余荷載：按桿件的實(shí)際重量取值。

（2）活載。①施工人員及設(shè)備機(jī)具荷載：q3=2.5kN/m2。②振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的振動荷載：q4=2.0kN/m2。

（3）荷載組合。掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)使用過程中在結(jié)構(gòu)上可能出現(xiàn)的荷載，強(qiáng)度、穩(wěn)定性按承載能力極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，并取基本組合進(jìn)行設(shè)計(jì)；剛度應(yīng)按正常使用極限狀態(tài)進(jìn)行驗(yàn)算，并取標(biāo)準(zhǔn)組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。永久荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.2，可變荷載的分項(xiàng)系數(shù)應(yīng)取1.4。

2.2 材料參數(shù)

（1）Q235鋼：抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=215MPa；抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=125MPa；節(jié)點(diǎn)銷子的孔壁承壓應(yīng)力[σbs]=210MPa；彈性模量E=2.06×105MPa。

（2）Q345鋼：抗拉、抗壓和抗彎強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f=310MPa；抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fv=180MPa；節(jié)點(diǎn)銷子的孔壁承壓應(yīng)力[σbs]=300MPa；彈性模量E=2.06×105MPa。

（3）40Cr合金鋼：承壓應(yīng)力[σ]=280MPa；剪切應(yīng)力[τ]=300MPa。

（4）45號鋼：彎曲應(yīng)力[σw]=220MPa；剪應(yīng)力[τ]=125MPa。

2.3 計(jì)算工況分析

計(jì)算工況：工況一2號段長3m，工況二5號段長4m。根據(jù)荷載取值和組合，考慮掛籃實(shí)際受力情況，分別對箱梁2號段、5號段截面高端和截面低端的腹板、底板、頂板、翼板荷載所受的混凝土自重、模板自重、施工人員及設(shè)備機(jī)具荷載、振搗混凝土產(chǎn)生振動荷載計(jì)算并合計(jì)，合計(jì)荷載作為檢算掛籃各構(gòu)件強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性驗(yàn)算荷載。

2.4 計(jì)算結(jié)果

掛籃的各部件承載能力強(qiáng)，材料的剛度與穩(wěn)定性達(dá)標(biāo)，可保證掛籃施工安全。計(jì)算結(jié)果如表1～表3所示。

表1 工況一底籃計(jì)算結(jié)果表

表2 工況二底籃計(jì)算結(jié)果表

表3 后錨固梁及前上橫梁計(jì)算結(jié)果表

3 箱梁懸臂澆筑施工

3.1 掛籃的設(shè)計(jì)原則

為滿足梁體分段變化要求，懸臂現(xiàn)澆箱梁的分段長度必須按照最大長度進(jìn)行設(shè)置，此處設(shè)置為4.0m；懸澆混凝土結(jié)構(gòu)重量，最大重量值為1037kN；工程中所用的后錨筋材質(zhì)為A32精軋螺紋鋼；混凝土澆筑過程中，脹模等超載系數(shù)設(shè)置為1.05；掛籃空載行走狀態(tài)下沖擊系數(shù)取1.3；混凝土澆筑與掛籃行走的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)設(shè)置為2.0；活載分項(xiàng)系數(shù)設(shè)置為1.4；恒載分項(xiàng)系數(shù)設(shè)置為1.2。通過手拉葫蘆向前逐步牽引實(shí)現(xiàn)掛籃前移，掛籃行走必須分步完成。

3.2 掛籃的基本組成部分

主梁懸澆段施工采用菱形掛籃，其特點(diǎn)如下：整體前行，主梁模板一次走行到位，結(jié)構(gòu)簡單，受力明確，安全可靠，操作方便。每個(gè)主墩上各安設(shè)一套掛籃，兩個(gè)T構(gòu)同步施工。

掛籃由下列系統(tǒng)組成：主桁架、底籃組件、行走及錨固組件、模板和附屬結(jié)構(gòu)（操作平臺、護(hù)欄、手拉葫蘆等）組件。

3.3 掛籃荷載試驗(yàn)

為確保橋梁整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，在掛籃設(shè)計(jì)階段，必須對各階段掛籃的應(yīng)力水平與變形狀態(tài)進(jìn)行測算。因掛籃負(fù)荷水平較高，使用周期長，為保證懸臂施工安全，在施工前掛籃必須通過靜載試驗(yàn)，試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)必須與理論設(shè)計(jì)參數(shù)比較。

（1）測試目的：對掛籃實(shí)際負(fù)荷水平進(jìn)行預(yù)測，檢驗(yàn)其橫向穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)安全性；對計(jì)算參數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)；對掛籃加工與拼裝質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)；檢測掛籃的變形，并清除掛籃非彈性變形，同時(shí)為施工立模高程調(diào)整提供依據(jù)。

（2）測試方法：①加載方法。掛籃靜載試驗(yàn)采用底模加預(yù)壓塊逐級加載的方法，總荷載為重量最大節(jié)段施工荷載的1.2倍。預(yù)壓時(shí)按50%、80%、100%、120%四級加載。每級加載后持荷60min后進(jìn)行變形觀測。全部加載完畢后每隔1h測量一次變形點(diǎn)，連續(xù)預(yù)壓4h，當(dāng)最后兩次測量時(shí)間段的兩次變形之差小于2mm時(shí)即可結(jié)束。開始分級卸載（100%、80%、50%、20%），并逐級觀測變形值，測量點(diǎn)布置在上下橫梁、后橫梁（各2處）、底模2處及翼板2處，掛籃預(yù)壓示意圖如圖1所示。②撓度測試。前端撓度在主梁上貼標(biāo)尺用水準(zhǔn)儀測量，后錨端豎向位移測量同前端。

圖1 掛籃預(yù)壓示意圖（立面圖）

4 結(jié)束語

綜上所述，掛籃結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)是確保懸臂施工質(zhì)量的關(guān)鍵所在，文章依托道水特大橋在懸臂現(xiàn)澆箱梁施工項(xiàng)目，對菱形掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算工況，確定參數(shù)并計(jì)算荷載，荷載傳送貫通、明晰，得出菱形掛籃荷載與抗剪強(qiáng)度均符合懸臂現(xiàn)澆箱梁施工要求。實(shí)踐表明，菱形掛籃制作成本低，安裝方便，操作簡單，結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定、安全，該掛籃在道水特大橋懸臂現(xiàn)澆箱梁施工中的應(yīng)用效果理想，具有推廣價(jià)值。