预应力变截面连续箱梁施工挂篮设计与应用
关键词：箱梁，三角挂篮，设计优化
1 工程概况
云南元磨高速公路K306+814特大桥为三跨（84m+140m+84m）预应力连续刚构桥，全长328米，桥宽22.5米，全桥宽断面为一单箱单室，箱梁顶面宽为22.5米，底部宽为11.5米。箱梁根部宽度为7.5米，跨中及合拢段断面梁高为3米。箱梁底板下缘按二次抛物线变化，从悬臂根部至悬浇段结束处95cm连续变化至32cm，箱梁腹板厚度墩顶梁段为70cm，其它各梁段均为50cm。
箱梁0号及1号块用托架浇筑施工。2#—19#块由挂篮悬臂浇筑；2#—11#块长度均为3米，12#—19#块均为4米。挂篮浇筑最12#砼重量为222.7吨，最轻块19#块砼重量156.0吨，2#块砼重量为178.8吨，7#块砼重量为213.9吨。
2 挂篮设计
2.1 挂蓝选型
在挂篮的选型及方案比较时，根据该桥的特点及设计院的要求（挂篮自重包括模板重不超过133.6吨），随着挂篮的日益发展与成熟，主要进行以下的比选（表1）
通过比较及以前的施工实践经验，最后确定设计为三角挂篮。
2.2 挂蓝基本构造
施工挂蓝主要由主桁、底蓝、悬吊系统、后锚、模板系统以及配重组成。
(1) 主桁
主桁为三角桁片，一个挂蓝两个三角
桁片通过横梁、平联、后横联连接。一片
主桁由立柱、谢拉带、主梁组成，共同承
受主桁前、中横梁传给的外荷载。其中主
梁由2根150d型钢组成，单根长1390cm，
是挂蓝主要的承重结构，挂蓝两根主梁之
间设平联，以减少负荷后侧向变形，增加
整体稳定性，主梁与立柱、斜拉代的连接，
为了保证三角桁架拼装后受力良好，防止拼装后处于应力过大或无应力状态，加工主梁销孔时应严格按照设计图纸尺寸加工，一个主桁主梁的相邻距离只能出现负误差，误差范围为0—1mm；立柱山2根I45a型钢加工而成，单根长545cm，销孔间距为471.5cm，加工时，立柱销孔间距误差范围为±1mm；立柱与主梁用牛腿连接，立柱横联采用由槽钢[20a及脚钢﹤80×80×10焊接而成的刚性桁架；斜拉带材料为16Mn钢，前斜拉带由一根4×28cm钢板加工而成，后斜拉带由两根2×28cm钢板加工而成。斜拉带端部扩大，并加焊加强板。加工时斜拉带孔距只允许出现正误差，误差范围0—1mm。斜拉带加工时加工线型必须平滑，防止局部应力集中。
(2) 底蓝
底蓝由前横梁、后
横梁、纵梁等组成，其
中底蓝前横梁为桁架梁，
由两片桁片加工而成，
单片桁片上弦、斜杆及
竖杆均为两根[12.6。两
桁片通过平联板连接；
底蓝后横梁为桁架梁，
由两片桁片加工而成，单片桁片上弦为1根I36a型钢，下弦、斜杆及竖杆均为两根[12.6。两桁片通过平联板连接；底蓝纵梁为桁架梁。纵梁上弦为1根I20a，下弦及竖杆、斜杆均为2根[8。纵梁高70cm。
(3) 悬吊系统
悬吊系统主要由桁架式前横梁、中横梁和前、后吊带及箱内后锚带组成，其中前横梁由两片桁片加工而成，单片桁片上弦为1根I10a型钢，下弦、斜杆及竖杆均为两根[12.6，两桁片通过平联板连接，中横梁由两片桁片加工而成，单片桁片上弦1根I32a，下弦、斜杆及竖杆均为两根[12.6。两桁片通过平联板连接；前后吊带、箱内后锚带均为165Mn钢，后锚带截面为18×4cm，前吊带截面为16×4cm，后吊带及行走吊带截面为16×2cm。
(4) 后锚及平衡重
后锚由锚固梁、锚杆组成，上端通过锚固梁锚于主梁尾部，下端通过4级直径为32mm的锚杆及连接器锚于竖向预应力筋上。一个挂蓝共设后锚8根，在主梁后支点前后各设4根，平衡重则由两根I45a组成平衡重梁即后横梁，每根长14m，双悬臂于主梁上，单个挂蓝平衡重为26吨。
施工时必须严格控制此压重，以保证挂蓝空载行走时安全，并达到足够的抗倾覆系数，及在挂蓝使用过程中，不致使后锚带产生过大变形影响挂蓝前端挠度。
(5) 行走系统：
整个桁架结构支承在由于钢加工面成的前后支腿上。每根纵梁支腿下设一对间距为16cm的13kg级钢轨，钢轨下铺20*18*100cm枕木，前后支腿处枕木为并排的四根，其余间距为50cm。
在钢轨与支腿之间放置走棍（Φ15mm），通过走棍的滚动挂篮前移。挂篮前移时，由手拉葫芦牵引前进（严禁使用卷扬机牵引），并在每片主梁后端设两个10吨限速、限位、正滑葫芦。
为了保证挂篮行走的安全，应在箱梁前端及钢轨前端设置限位装置（本图未示），以防止挂篮滑出钢轨或箱梁前端引起挂篮倾覆。
(6) 模板系统
模板系统由外侧模、侧模架、底模板、顶模板、内模架组成，并控制模板总重17.8吨。
(7) 张拉平台及安全防护设施
在底篮两侧及前端设置防护栏杆及防坠网，在主珩上特别是前横梁吊带处设置安全防护栏，确保施工安全。
2.3 结构设计验算
4.1基本载荷：节段混凝土质量、钢筋及钢绞线；挂篮、模板自重；风荷载；施工机具、人员等施工荷载
4.2挂蓝的计算原理：
4.2.1底篮计算
先将荷载分配到主梁桁架纵梁上，分别验算其强度与刚度，然后再验算前横梁后横梁的强度与刚度。
4.2.2主桁计算：
通过吊点分配梁计算得出的吊点反力作用于主桁上、验算主桁各部件，吊点的强度与刚度。验算各节点的局部应力。
4.2.3抗倾覆稳定性验算：
通过主桁计算得出的配重力来验算挂篮的整体抗倾覆性能。
4.3计算主要结果如下：
4.3.1纵梁：在12″块施工时挠度最大：Fmax=3.27mm
4.3.2底蓝后横梁：在2″块施工时挠度跨中：F=5.1mm；最大：F=6.3mm(已包括吊带的伸长量、中横梁挠度)
4.3.3底蓝前横梁：在12″块施工时挠度最大：F=7.8mm（已包括吊带伸长量、前横梁挠度）
4.3.4前横梁：前横梁跨中挠度在施工12″块施工时最大：F=2.6mm
4.3.5中横梁：在2″块施工时挠度最大：F=1.07mm
4.3.6前吊带：在12″块施工时伸长量最大：△L=2.91mm
4.3.7挂蓝主桁前横梁吊带处挠度：2″块施工时：F=9.54mm、12″块施工时：F=11.97mm
4.3.8挂蓝行走时后横梁跨中最大挠度为F=36.11mm。
4.4工况分析：
4.4.1混凝土浇筑状态：即该节混凝土浇注完毕，还不能考虑砼初凝对结构的影响，相当于该节段砼完全作用与该挂篮上，并且还有混凝土浇注及振捣的轻微冲击的影响，以及挂篮自重与施工荷载等。此桥挂篮设计以2号块和2号块两个工况进行计算。在此荷载组合下分别验算底篮、主桁、吊带、后锚等结构的强度及刚度，验算挂篮整体的抗倾覆稳定性及横向稳定性。
4.4.2行走状态：主要验算挂篮自重、施工荷载等荷载组合下的配重及吊带等结构。
4.4.3拼装状态：主要验算底篮拼装成整体后在自重作用下四点吊装时的强度及刚度。
3 荷载试验
为检验挂篮主要受力构件的实际能力、挂篮加工质量和安全可靠性，对挂篮进行等代荷载法加载试验，以测试挂篮主要受力构件的挠度，获得弹性变形值消除非弹性变形，为箱梁立模标高提供数据。
加载方法为采用液压千斤顶配合油泵、压力表进行，加载过程分别按设计荷载的60%、100%、130%三种吨位分级缓慢进行，以便保持各千斤顶的同步协调，达到理论荷载并稳定后，即可进行有关项目的测试，主要试验项目及其挠度试验结果如：
6.22#块施工：安装底模、侧模；调校模板位置和标高后，模板和腹板底篮；安装内模架；绑孔顶板和翼板钢筋，用波文管设置预留孔；一对挂蓝对称浇筑底板、腹板、翼板、顶板混凝土；混凝土终凝后，张拉预应力前测量挂篮和施工块梁各测点标高；混凝土达到张拉强度后张拉纵、横竖向预应力束，并压浆；对挂篮后锚预应力筋应先张拉后在锚固；张拉后测量各块段箱梁测点标高。
6.33#块箱梁施工
在2#块箱梁达到规定强度，且张拉纵横向预应力束并压浆后挂篮解体(详见图03)并加配重，前移就位，进行下一块段施工。
重复2#块施工步骤。
6.44#～19#块箱梁施工
6.4.1挂篮前移
在3#块箱梁达到规定强度，且张拉纵横向预应力束并压浆后挂篮前移就位，进行下一块段施工。
6.4.2重复2#块施工步骤。
6.5施工测量
在每一块箱梁应设置观测点，施工前、后及施工过程中，应加强测量监控，连续观测各阶段箱梁挠度，以便必要时对箱梁预拱度进行调整，测点布置图如下：
在各块段浇注前、浇注砼后、预应力张拉后都应观测所有已浇混凝土各块段测点标高。
4 挂篮施工技术措施
4.1 挂蓝拼装
（1）严格按照设计图纸要求进行加工，螺栓孔眼及销孔位置必须严格控制。
（2）销孔处型钢缀板必须保证等强度焊接。
（3）对于多方连接的杆件（如主梁、立拄、斜拉带等）必须制作样板精确加工，以减少安装时麻烦。
（4）所有焊接焊缝应按图纸要求施焊，并且应满足等强度焊接。
（5）进行构件加工时，应先阅读图纸说明，了解各种材料的材质、规格、然后才能加工。本挂篮斜拉带、呆带及标明的钢板为16Mn钢；所有销子均为45#钢，并作热处理；其余材料均为A3钢。
5.1.2拼装要求
（1）三角桁片拼装完成后，主梁、立柱和斜拉带应处于一定的安装应力状态。
（2）三角桁片主梁顶、底面均应与前横梁连接牢固。
（3）底篮纵梁与底篮前、后横梁间应栓接紧密。
5.2拼装程序
5.2.1准备工作：在1#块由托架施工完毕，张拉后，用1：2水泥砂浆找平铺枕木部位；每根纵梁下设一对间距为16cm的钢轨，钢轨下按要求铺枕木。
5.2.2拼装主桁：安装主梁、施加主梁后锚、安装主梁平联、安装立柱、立柱平联及斜拉带，形成三角桁架：然后安装主桁中横梁及前横梁，为加强挂篮的整体性、牢固性，在三角桁架安装应力调整后，立柱平联应与立柱焊接，主梁平联及中横梁应与主梁焊接。安装吊带。
5.2.3安装挂篮底篮后横梁，安装底篮前横梁，安装纵梁。
5.3挂篮施工完成后拆除：按照底篮纵梁、底篮横梁、吊带、前横梁、斜拉带、立柱、中横梁、主梁平重、配重、主梁的顺序进行挂篮的拆除，拆除过程过必须采取安全防护措施，以确保高空作业安全。
5 结论
在高速公路连续刚构特大桥的施工控制中，除基础施工外，上部结构连续刚构也是工程施工的控制重点，因此在满足设计要求的前提下，合理优化挂篮设计，确保顺利完成各个阶段的施工任务的关键。
参考文献
1.《公路桥涵设计通用规范》JTJ021-89
2.《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86
3.《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000