预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计.docx

预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计.docx

《预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计

预应力悬臂箱梁宽幅式挂蓝施工设计

【摘  要】文章主要介绍上海东海大桥IV标箱梁施工挂蓝设计方案的选择、设计验算及荷载试验。

在设计过程中，主要目的是解决箱梁顶板及底板较宽，并使挂蓝更轻型化，节约材料，方便施工。

   【关键词】箱梁施工；宽幅式挂蓝；施工设计

    一、工程概况

　　上海东海大桥IV标工程内容为三座副航道孔桥梁，桥跨结构采用多跨应力砼箱形连续梁，孔径组合分别为：

第一联K6：

70m+120m+120m+70m（500吨级）；第二联K12：

80m+140m+140m+80m（1000吨级）；第三联K24：

90m+160m+160m+90m（500吨级）。

　　K6、K12、K24桥均为四跨预应力结构钢筋砼连续箱梁，设计分为分离式上下行两幅，每幅箱梁均为独立的单箱单室直腹板断面，其中：

   K6桥：

箱梁顶宽为15.25m，底宽7.25m；翼缘板悬臂长度4m，翼缘板厚度为20～55cm；腹板厚度40～95cm，顶板厚27cm，底板厚30～74.2cm，箱梁顶横坡为2%，墩顶梁中线高度为7m，箱梁纵向梁高由根部向跨中按二次抛物线变化。

对称悬浇施工的箱梁块每墩单幅为13对。

　　K12桥：

箱梁顶宽15.25m，底宽7.25m，翼缘板悬臂长度4m，翼缘板厚度为20～55cm，腹板厚度为40～94cm，顶板厚26cm，底板厚30～82.5cm，箱梁顶横坡为2%，墩顶梁中线高度为8m，箱梁纵向梁高由根部向跨中按二次抛物线变化。

对称悬浇施工的箱梁块段每墩单幅为16对。

　　K24桥：

箱梁顶宽15.25m，底宽7.25m；翼缘板悬臂长度4m，翼缘板厚度20～55cm；腹板厚度55～82cm；顶板厚28cm，底板厚30～93.3cm，箱梁顶横坡为2%，墩顶梁中线高度为9.5m，箱梁纵向梁高由根部向跨中按二次抛物线变化，对称悬浇施工的箱梁块每墩单幅桥为1#块至20#（21）块。

　　根据设计要求，K6、K12、K24桥箱梁采用挂蓝悬臂现浇工艺施工。

　　二、挂蓝的选型与设计验算

（一）挂蓝选型

　　1.主桥箱梁主要结构物特点。

主桥箱梁最重块段第一联为183.6t，第二联为173.2t，第三联为199.4t，最高块段第一联为6.534m,第二联为7.429m,第三联8.979m，最长块段第一、第二联均为4.5m,第三联为4.0m，砼方量第一联为46.52m3～73.44m3，第二联为46.58m3～69.28m3，第三联为50m3～76.7m3。

　　2.挂蓝选型。

根据箱梁结构特点及设计要求，结合以往同类型桥施工中所取得经验，K6桥拟定采用3对菱形改制挂蓝、2对三角形改制挂蓝、1对斜拉式三角挂蓝进行箱梁悬臂浇筑施工，挂蓝总重为菱形改制挂蓝82.9t（包括模板系统），三角形改制挂蓝65t（包括模板系统），新制斜拉式三角挂蓝69.5t（包括模板系统）。

K12桥拟定斜拉式三角挂蓝进行箱梁悬臂浇筑施工，挂蓝总重69.5t（包括模板系统）。

K24桥拟采用斜拉式三角挂蓝进行箱梁悬臂浇筑施工，挂蓝总重为64.6t（包括模板系统）。

（二）挂蓝构造

　　K6、K12、K24桥挂蓝的组成部分基本上一样，挂蓝由主桁承重系统、底蓝及悬吊系统、后锚及行走系统、模板系统等四部分组成，K6桥、K12桥挂蓝总体布置详图1～3。

K24桥挂蓝总体布置与K12桥基本相同。

   图1改制的菱形挂蓝总体布置示意图（K6）

   图2改制的三角形挂蓝总体布置示意图（K6）

   图3新制挂蓝总体布置示意图（K6/K12）

　　1.主桥承重系统

     菱形改制挂蓝主桁承重系统由主桁、前横梁中横梁组成。

主桁为菱形桁片、前横梁、中横梁均为桁架结构。

三角改制挂蓝主桁承重系统主要由两片主桁、前横梁、中横梁组成。

主桁为三角形桁片，由立柱、斜拉带、主梁组成。

前横梁、中横梁均为桁架结构。

　　2.行走及后锚系统

（1）行走系统：

行走系统由行走滑道，行走小车，前、后支腿等组成。

（2）后锚系统：

后锚系统由锚固扁担梁、竖向预应力筋和连接锚筋组成。

当挂蓝行走到位后，挂蓝尾部通过连接锚筋与箱梁腹板中的竖向预应力筋结合锚固。

单根主梁设置4～6个锚固点，一只挂蓝共设置8～12个锚固点。

　　3.底蓝及悬吊系统。

（1）底蓝：

菱改形改制挂蓝及K24桥新制斜拉式三角挂蓝底蓝主要由底蓝前、后横梁和底蓝纵梁和底模组成。

底蓝纵梁为桁架纵梁。

底模采用大块钢模。

　　三角形改制挂蓝，K6及K12桥新制斜拉式三角挂蓝底蓝主要由底蓝前、后横梁和底蓝纵梁和底模组成。

　　底模纵梁有型钢纵梁和桁架纵梁两种，其中腹板位置为桁架纵梁，其余均为型钢纵梁。

底模采用大块钢模。

（2）悬吊系统：

主要由底蓝前悬吊、后悬吊、模板悬吊三部分组成。

　　菱形改制挂蓝底蓝前悬吊4根吊带均为16Mm钢板带，锚固于上前横梁上；后悬吊5根吊带均为16Mm钢板带，锚固于已浇块段和中横梁上。

　　三角形改制挂蓝底蓝前悬吊4根吊带均为Φ50mm丝杠与16Mm钢板吊带组合结构，锚固于前横梁上，后悬吊6根吊带均为16Mm钢板带，锚固于已浇块段和中横梁上。

　　K6、K12桥新制斜拉式三角挂蓝底蓝前悬吊4根吊带均为16Mm钢板带，锚固于上前横梁上；后悬吊5根吊带均为16Mm钢板带（K24桥为6根），锚固于已浇块段和中横梁上。

　　三角形改制挂蓝前悬吊的升降及标高调整采用穿心式千斤项进行，后悬吊及模板系统的升降及标高调整则采用螺旋式千斤顶进行，其余挂蓝前后悬吊及模板系统均采用螺旋式千斤顶进行调整。

　　4.模板系统

   挂蓝内、外模板系统均采用滑梁吊挂模板于挂蓝上前模梁和已浇块段上。

外模采用钢木组合模板，面板为竹胶板，龙骨为型钢。

内模采用钢木组合模板，内外模板通过对拉螺栓连成一体。

     （三）挂蓝设计验算

　　1.设计参数确定。

（1）荷载参数

　　1）箱梁砼自重按2.6t/m3计；

　　2）外侧模及侧模架取80kg/m2，内侧模架及顶模板取70kg/m2，底模板取60kg/m2；

　　3）施工人员和材料等堆放荷载取2.5Kpa；

　　4）振捣对水平模板产生的荷载取2Kpa；

　　5）胀模系数取1.05。

（2）荷载系数

　　1）砼超载系数：

1.05；

　　2）搞倾覆系数：

1.50；

　　3）挂蓝空载纵移时的冲击系数：

1.30；

　　4）浇筑砼时的动力系数1.20。

　　2.刚度验算结果

（1）菱形改制挂蓝。

主桁前端最大竖向位移为6.7mm，上前横梁在最大受力时跨中最大竖向位移为2.7mm，上中横梁在挂蓝行走时最大竖向位移为5.1mm，底蓝前横梁最大竖向变形为0.4mm，底蓝后横梁最大竖向变形为1mm，吊带最大伸长量为2.3mm，底蓝前横梁最大局部竖向位移为9.4mm，桁架纵梁最大变形为2.4mm。

（2）三角形改制挂蓝。

主桁前端最大竖向位移为13.9mm，上中横梁在挂蓝行走时最大竖向位移13.6mm，吊带最大伸长量2.2mm，桁架纵梁最大变形3.8mm，普通纵梁最大变形3.3mm。

　（3）K6、K12桥新制斜拉式三角挂蓝。

主桁前端最大竖向位移为9.45mm，上前横梁在最大受力时底跨中最大竖向位移为0.41mm，上中横梁在挂蓝行走时最大竖向位移为0.94mm，底蓝前横梁最大竖向变形为1.2mm，底蓝后横梁最大竖向变形为1.1mm，吊带最大伸长量为3mm，底蓝后横梁在挂蓝行走时，最大跨中位移31mm，底蓝前横梁最大局部竖向位移为13.7mm，底蓝纵梁最大变形为2.1mm。

（4）K24桥新制斜拉三角挂蓝。

主桁前端最大竖向位移为12.65mm，上前横梁在最大受力时跨中最大竖向位移为1.76mm，上中横梁在挂蓝行走时最大竖向位移为4.65mm，吊带最大伸长量2.7mm，底蓝后横梁在挂蓝行走时最大跨中位移21.7mm，底蓝前横梁最大局部竖向位移为17.29mm，底蓝纵梁最大变形为3.16mm。

　  三、挂蓝加载试验

（一）试验目的

　　挂蓝加载试验，主要是通过测量挂蓝在各级静力试验荷载作用下的变形，了解挂蓝结构在工作状态时与设计期望是否相符。

     1.消除挂蓝主桁、吊带及底蓝的非弹性变形；

     2.测出挂蓝前端在各个块段荷载作用下的竖向位移。

（二）试验方案

　　挂蓝加载试验拟采取“水箱加载法”进行，水箱悬挂于底蓝前横梁上以水箱和水自重作为试验荷载，采取逐级递增加载逐级测量的试验方法。

加载总重量为最不利块段荷载的1.25倍。

水箱加载布置示意见图4所示：

   图4水箱布置示意图

　　利用底蓝拼装平台作为挂蓝加载试验的操作平台。

在平台上放置水箱（水箱采用直径Φ320cm钢护筒），一只挂蓝共设置2个水箱，一个水箱上设置两个吊点。

然后将水箱与底蓝之间用2根精轧螺纹钢筋连接，在未加水前用千斤顶提升水箱脱离平台30cm左右。

然后采用水泵逐级加水直至试验完毕。

　　1.试验荷载

　　为了能绘制出挂蓝总挠度曲线，了解箱梁各个块段施工时的挂蓝前端最大挠度。

应按等代荷载的方法对试验荷载进行分级，各级加载数值详见下列表。

（1）K6桥改制的菱形挂蓝。

   表1 K6桥改制的菱形挂蓝加载分级

     注：

表中累计荷载为2个水箱荷载之和

　  荷载布置示意图见5：

   图5　荷载布置示意图

（一）（单位：

m）

（2）K6桥改制的三角形挂蓝。

   表2 K6桥改制的三角形挂蓝加载分级

    注：

表中累计荷载为2个水箱荷载之和

    荷载布置示意图见6：

   图6荷载布置示意图

（二）（单位：

m）

  （3）K12桥改制三角形挂蓝。

   表3 K12桥新制三角形挂蓝加载分级

   注：

表中累计荷载为2个水箱荷载之和

　　荷载布置示意图见7：

  图7　荷载布置示意图（三）（单位：

m）

　（4）K24桥新制三角形挂。

   表4 K24桥新制三角形挂蓝加载分级

     注：

表中累计荷载为2个水箱荷载之和

　　荷载布置示意图见图8：

   图8荷载布置示意图（四）（单位：

m）

　　2.观测项目

　　后锚上挠值，前支总沉降值，主桁前端销点处变形，主桁上前横梁吊带处和主桁上前横梁跨中变形，底蓝前横梁吊带处挠度。

3.测点布置

（1）挂蓝主梁顶面的观测点

　　1）每根主梁的后锚处设置一个观测点，即测点1-1和1-2；

　　2）每根主梁的前支腿处设置一个观测点，即测点2-1和2-2；

　　3）每根主梁的前端销点处设置一个观测点，即测点3-1和3-2。

（2）上前横梁顶面的观测点

　　1）上前横梁的四根吊带处各设置一个观测点，即测点4-1和4-2、4-3和4-4；

　 2）上前横梁的跨中设置一个观测点，即测点4-5。

　　主梁及上前横梁观测点如图9所示。

     （3）底蓝前横梁观测点

　　底蓝前横梁的四根吊带处各设置一个观测点，即测点5-1、5-2、5-3和5-4。

如图10所示。

                                               图9　　　　　　　           　　        图10

   （4）变形观测方法

　　1）变形观测采用国家二等级水准测量或工程测量变形三等水准测量的精度等级要求和观测方法进行检测，精度可达到±1mm；2）由于挂蓝变形受日照温差的影响，根据公式L1＝L0（1+a△t0）计算，挂蓝构件中吊带变形受温差影响最大。

为准确测得挂蓝变形值加载试验时间应选择在温差较小的时间段进行。

　  （三）试验加载程序

　　1.在箱梁0＃块段上安装挂蓝，在底蓝拼装平台上放置水箱，将水箱挂于底蓝上，做好试验前其他各项准备工作。

　 2.在进行正式加载试验前，用第一级荷载进行预加载，预加载试验持荷时间为20分钟。

反复进行两次，1小时后正式加载。

　 3.按照第一级荷载在两个水箱内用水泵加水，为保证两个水箱加载速度基本一致，在水箱内标示刻度（10cmmm一道），每加载50cm水暂停核对一次。

　 4.在第一级荷载的基础，按照第2级与第1级荷载差值进行加载。

按照上述办法，依次进行第3级至第8级荷载的加载试验。

　　5.试验荷载采用分级单循环加载的方法施加，按等代荷载的分级逐级递增加载，试验荷载持续时间一般为20分钟，且取决于结构变位达到相对稳定所需要的时间，只有结构变位达到相对稳定后，才能进入下一荷载阶段。

同级荷载内，若结构变位最大的测点在最后5分钟内的变位增量小于第一个5分钟变位增量的15%，或小于所用量测仪器的最小分辨值，即认为结构变位达到相对稳定。

　　6.加载达到设计试验荷载，且变形在设计允许范围内可立即终止加载试验。

     （四）卸载程序

　  按照荷载等级8→7→6→5→4→3→2→1→0进行卸载，采用水泵抽出，每卸载一级均需要进行变形观测。

     （五）加载试验注意事项

　　1.如果加载值没有达到设计加载荷载，且变形大于设计允许值，应停止加载试验，分析原因后采取相应的措施；

　 2.为便于逐级加载和卸载，应在水箱内标出每级荷载刻度线；

　 3.加载试验应选择在风力小于6级的天气进行。

    （六）试验结果分析

　　挂蓝加载试验后，将得到如下试验结果：

　　1.按照试验方案加载后，可等代测量出相对应块段的主桁、吊带、后锚、前支点等变形值以及挂蓝总变形值。

其余块段可采用“内插法”求出；

　　2.根据在各个块段荷载作用下的挂蓝竖向位移，绘制荷载与变形的相关曲线图。

　　四、结语

　　上海东海大桥IV标预应力砼连续箱梁采用经过优化设计的宽幅式挂蓝施工，即满足其整体功能的受力要求，同时满足挂蓝自重的要求，解决了单箱单室宽幅式箱梁施工的难题，整个箱梁施工过程中挂蓝行走稳定安全、快速，整体受力合理，箱梁施工质量好，具有一定的实用价值。

   周呈强（广东路桥建设发展有限公司，广东广州510635）