菱形挂篮在朱家尖大桥的应用

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  摘要:通过朱家尖大桥连续刚构的施工,介绍了菱形挂篮的应用情况。
  关键词:连续刚构 菱形 挂篮应用
  一、工程概况
  朱家尖大桥主通航孔主桥(K2+968.40 ~K2+258.00)全长290m。桥跨布置为(76+138+76)m连续刚构,上部采用单箱单室变高度三向预应力混凝土箱梁结构,单个T构悬臂浇筑16个节段,主桥最大悬臂长度64.5m,箱梁1~16#各节段长度在3m~4.5m,重量103.74t(16#节段)~142.48t(4#节段),采用菱形挂篮悬臂浇筑法施工。
  
  
  
  二、挂篮技术参数
  2.1主要特点
  本挂篮设计荷载为150吨,结构形式为菱形挂篮,锚固方式为利用桥面竖向预应力精轧钢后置式锚固。主要特点有:结构简单,受力明确;挂篮前端及中部工作面开阔,可以从挂篮中部运送砼,便于轨道安装及钢筋的吊装,加快施工速度;取消平衡重,利用竖向预应力锚筋锚固轨道,反扣轮沿轨道行走;前支座采用钢板与聚四氟乙烯板相对运动,摩擦力小;挂篮主要材料以普通型钢为主,可反复利用;结构采用桁架式,并使用插销连接方式,组装方便。
  
  
  
  2.2主要参数
  (1)适用最大梁段重:1500KN
  (2)适用最大梁段长:5m
  (3)梁高:7.5m~3m
  (4)适用梁宽:顶板11.75 m,底板6.5 m
  (5)行走方式:无平衡重自行
  (6)挂篮自重:65T
  (7)挂篮的倾覆稳定系数:空载时:2.2灌注时:3.5
  三、挂篮构造
  3.1主菱形桁架
  菱形桁架由双排槽钢贴板而组成的箱型结构拉压杆,拉杆为28a槽钢,压杆为28b槽钢,拉杆2条,压杆3条,拉压杆通过节点板上的销轴连接。各节点板上拉压杆中心延长线都交于一点,保证受力一致。菱形架总长11米,前端6米,后端5米,一套挂篮由2片菱形架组成,横向通过14a槽钢及75mm角钢组成的横联销轴连接锁定,保证横向刚度。
  3.2底模架及底模板
  3.2.1底模架
  (1)前、后下横梁
  前、后下横梁为双拼32b槽钢加盖10mm厚贴板组成的箱型结构,长度11m,通过吊带座板、销轴与吊带形成底篮前悬吊体系。
  (2)纵梁
  底模纵梁为36a工字钢,总共有11片纵梁,每片纵梁长6.5m,可适合浇筑5m梁段。
  3.2.2底模
  考虑主墩墩身模板和挂篮模板的通用性,底模采用墩身大块钢模板。为使箱梁端部张拉、立模时操作方便,底模架前端设置平台,周围用栏杆保护,栏杆高1m,采用φ48mm焊管焊接在底模前横梁上,设两道水平杆。底模架后横梁上悬挂工作平台,以便进行底板混凝土表面的整修,人员上下通过在外侧模前端焊接爬梯上下。挂篮底模所有行走通道和空档处用锡铁皮钉牢木板进行密封围闭,防止水泥渣、钢筋头等杂物落入通航孔内致使过往船只发生意外。
  3.3前上横梁
  前上横梁由双拼40b工字钢加盖10mm厚贴板组成的箱型结构组成,联结于主构架前端的节点处,将两片桁架连成整体,长度11m,上布12个吊点,其中6个吊点吊底模架,4个吊点吊外侧模,2个吊点吊内模。前上横梁上加设栏杆,栏杆结构同底模前横梁,以便调整吊带时防护。
  3.4钢吊带
  挂篮悬吊构件采用的是直径32mm精轧螺纹钢和48mm钢棒。每个吊点位置配两台32t千斤顶及扁担梁调整标高用。精轧钢单根长度12m,可满足1#梁段至16#梁段梁高变化的需要。
  3.5模板系统
  3.5.1内外模板
  箱梁外侧模采用桁架式大块钢模板,面板6 mm,横肋为[10槽钢,竖向桁架为[10槽钢焊接而成,每块钢模宽度2.5m,纵向共2块,竖向桁架每块钢模上设3道。内模由内模顶桁架及组合钢模板等组成,内模顶桁架由[10槽钢加工而成,总共6片,每片桁架间距1m。
  3.5.2内外滑梁、吊框架
  挂篮内、外滑梁为双拼32b号槽钢,长12m,滑梁前后端通过10号槽钢构成的框架型吊框架装置悬吊。前吊框架吊在菱形架前上横梁上,后吊框架吊在已浇桥面上,内外滑梁穿过吊框架,内外侧模支承在内外滑梁上和滑梁一同在吊框架上的滚轮上滚动前进,达到移机的目的。
  3.6挂篮走行及锚固系统
  3.6.1挂篮走行装置
  走行装置由轨道、垫梁、前后支座、手动葫芦等组成。轨道由2[25b及δ10钢板组焊Ⅱ型断面,轨道由反压板通过高强螺栓锚固在垫梁上,轨道根据梁段不同分1、1.5、2、2.5、3m五种,轨道面铺焊3mm厚高强不锈钢板。
  前后支座各两个,前支座支承在轨道顶面,在轨道顶面涂一层黄油,前支座与轨道接触面铺设四氟滑板。后支座以反扣轮形式沿轨道翼缘滑动,不需要加设平衡重,手动葫芦牵引前支座,使整个挂篮向前移动。
  3.6.2锚固
  挂篮在灌注砼时,后端利用连接器接长后的12根Φ32腹板竖向精轧螺纹钢,通过扁担将菱形架锚固。
  四、挂篮拼裝
  
  
  
  (1)测量放样,在挂篮安放位置做好标记。
  (2)在0#梁段上安装垫梁,按轨道长度编号铺设轨道,通过竖向预应力筋把垫梁、轨道锁紧。
  (3)菱形桁架在施工平台上分2片预拼完毕(每片菱形架节点板1切除25cm,等1号块完成后,再焊接恢复原长度),使用塔吊将其起吊、安装于轨道上,再安装反扣轮,然后通过预应力筋锁紧桁架后锚。此时两片菱形桁架之间还未安装平联,每片桁架安装时需使用缆风绳或者工字钢支撑拉紧固定。
  (4)安装桁架的平联、前上横梁及吊带。
  (5)于0#块托架上安装后下横梁,在前上横梁安装好吊带,用塔吊配合将前下横梁吊装到吊带下方位置,然后将吊带穿进前下横梁吊带孔,悬吊住前下横梁,再用塔吊逐一安装底模平台的承重梁,铺设底模。
  (6)临时固定外模,安装外模系统、穿外滑梁及其吊框。
  (7)安装内滑梁及其吊框,再安装内模系统。
  五、挂篮试压
  挂篮使用前需进行承载试压试验,实测挂篮的弹性和非弹性变形值,验证设计参数和承载能力,确保挂篮的使用安全,通过模拟压重检验结构受力性能,消除拼装非弹性变形,根据测得的数据推算挂篮在各悬灌段的竖向位移,为悬灌施工高程控制提供可靠依据。
  
  
  
  由精轧螺纹钢组成传力系统,使用油压穿心式千斤顶作为加载动力,按最大加载量是实际工作状态对挂篮主桁前吊点产生最大荷载的1.2倍,每级加载25%的载荷,每级检测变形量,卸载时也应分级卸载, 并测量变形。此过程反复2 次。
  反力点利用预埋在承台上的32mm精轧螺纹钢,连接器连接,液压千斤顶放置在挂篮前上横梁吊点上施加预压力。
  实测结果和理论验算结果符合很好,且满足最不利工况要求,根据测得的弹性变形和非弹性变形数值,对各节段立模标高进行相应调整,保证了线形与设计相符。
  六、挂篮悬臂施工
  6.1挂篮行走
  6.1.1准备工作
  (1)完成纵向预应力施工。放松外滑梁、内滑梁的模板系统。
  (2)安装底篮的临时承重手拉葫芦(可提前挂好),葫芦挂于外滑梁与后下横梁之间。一侧挂2个10吨的手拉葫芦,一个悬臂端共4个。
  (3)放松前上横梁吊带约2cm;放松后下横梁箱外吊带约7cm;临时承重手拉葫芦同时调节至受力状态。注意在纵、横向预应力施工完成前,禁止放松任何吊带。
  (4)放松箱内后下横梁箱梁吊杆约5cm,同时收紧保险葫芦。
  (5) 测量放样出箱梁中线和轨道中线,找平梁顶面并铺设垫梁,垫梁间距为0#块40cm,其余梁段50cm。。
  (6) 垫梁用箱梁竖向精轧钢锁定在梁面上,垫梁内部精轧钢穿过位置,先放10×10cm厚2cm的垫板,再用精轧钢螺母拧紧,锁定垫梁,铺好轨道,布置好轨道压板,检查轨道锚固好后,放松菱形架后锚反压扁担梁,逐步解除挂篮后锚精轧钢,将挂篮行走时的后锚力通过反扣轮转换到轨道垫梁上去。
  (7)将外滑梁吊框架吊杆放松5cm,此时挂篮底模平台通过手拉葫芦悬挂于一条外滑梁上。为保险起见,用一条32mm钢丝绳将后下横梁挂在另一外滑梁上。
  (8)确认所有悬吊系统脱离混凝土面且没有任何障碍物阻挡。技术员检查好轨道位置、高差,并检查轨道的垫梁支垫、锚固情况后,在滑行部位涂上黄油,准备前移挂篮。
  6.1.2移挂篮
  (1)安装前移手拉葫芦及反拉葫芦,葫芦一端挂于轨道端头,一端挂于桁架前支座位置;利用手拉葫芦把后下横梁外吊带下放挂于外模或外滑梁上。
  (2) 技术员检查各部位,排除阻碍挂篮前移物件,特别是模板对拉杆,拆除后下横梁吊杆。
  (3)牵引前支座使挂篮、底模架、外侧模、内顶模一起向前移动,前移过程中必须安排有人观测外滑梁的滑行情况和底篮后锚吊带孔与预留孔位置。
  (4)挂篮前移到位后,马上安装挂篮后锚(菱形架后锚及轨道扁担梁),安装底篮后下横梁的吊杆,预紧挂篮后锚,将底篮后下横梁预顶到离底标高2cm的位置。
  (5)先解除外滑梁上的1个吊框,前移挂好,再解除另一个后吊框前移,收紧吊杆,把外模顶升到位(不能顶紧)。
  (6)测量放样、调整底篮和外模,符合要求后完成调篮施工,进入下一步工序。
  6.1.3挂篮行走注意事项
  (1)拆外模前,采取措施限制外模的 侧翻转,将侧模底端顶在底蓝人行通道
  处,或将两侧外模用钢丝绳在底模下拉住。
  (2)移篮过程中须控制挂篮的前移路线,整体标高等,以便调篮。
  (3)移篮过程中需有人在滑梁观测吊框情况,避免出现吊框偏斜、歪扭折伤吊杆。
  (4)移篮到位后,解除外滑梁吊框时,不得一次同时解除单侧两条外滑粮上的两个吊框前移,要求只能一个滑梁吊框到位顶升后,才能解除前移另一个吊框,要以另一条滑梁互为保险。
  (5)调好模板后,底篮后横梁箱内吊杆每根预紧25t,后横梁箱外吊杆每根预紧15t,内外滑梁用来浇注砼的后吊杆每根预紧10t。
  6.2底篮调节
  (1)先把后下横梁提升至距离前一节段梁底2cm左右,再提升前下横梁,使底篮坡度基本与节段底板坡度一致。
  (2)测量放样底篮中心线,调整底篮平面位置;再调整底篮标高。
  (3)当底篮的平面位置及标高符合要求后,锁紧后下横梁吊带及前下横梁吊带。
  6.3外侧模调节
  外侧模的平面位置可通过手拉葫芦牵拉底篮、已浇筑梁段的预埋钢筋,或用千斤頂撑顶底篮进行调节;标高可通过外滑梁的提升或降低来调节。
  6.4内模顶架就位
  内模顶架的移动:是通过顶架与内滑梁的相对牵引作用完成,每根内滑梁上设一个5t手拉葫芦牵引,葫芦一端挂在顶架上,另一端挂在内滑梁前端点上。为防止顶架突然滑落,要注意内滑梁的坡度,要在内滑梁端头设限位,同时也需用钢丝绳或手拉葫芦栓拉以作保险。
  6.5检查挂篮待浇混凝土
  挂篮所有吊点调节到位后,组织人员全面检查后锚精轧钢、吊框架、吊杆是否垂直、全部均匀受力。确认无误后开始混凝土浇筑工作。
  七、经济效益
  朱家尖大桥采用4套菱形挂篮悬臂施工,每套挂篮共施工标准节段箱梁16块,其中最重箱梁节段142t,挂篮重65t,挂篮重量与最大块件箱梁重量之比为0.45 。4套菱形挂篮全部自行设计及加工,材料采用Q235(A3)、Q345钢、16Mn钢、Cr合金钢等,焊条采用特制焊丝(C02气体保护焊),这项就节约加工费用80万元。使用菱形挂篮施工操作简便,行走方便,工人劳动强度小,用它施工主梁可每标准节段节约资金3万元,全桥主梁悬臂施工一次性节约资金128万元,给大桥建设带来了明显的经济效益。
  八、结语
  朱家尖大桥菱形挂篮应用结果表明,菱形挂篮受力明确、方便操作、安全性能高、效益好,获得了良好的经济效益,值得类似连续刚构桥梁悬臂施工借鉴使用。
  
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