向家坝水电站大汶溪大桥牵索挂篮设计

一、工程概况

大汶溪大桥是向家坝水电站库区南岸镇至绥江县复建公路上横跨金沙江支流—大汶溪的一座公路特大桥, 桥址位于拟建的绥江县城新址边缘。主桥为 (110+250+110) m双塔双索面斜拉桥。

主桥主梁为预应力混凝土肋板式断面 (即π形梁) , 梁肋边缘处梁高2.7m, 中心处梁高2.839m。主梁梁顶宽18.5m, 顶板厚0.32m, 主梁梁底宽19m, 每节段设横梁, 宽0.35m, 横梁中心距节段线0.6m。

单塔的中跨2#节段~15节段和边跨2#节段~14#节段采用牵索挂篮浇筑。0#节段、1#节段及边跨直线段采用支架现浇。边跨和中跨合拢段均采用吊架法现浇。中跨节段梁长均为8.0m, 均重3445KN, 边跨1#节段~9#节段梁长8.0m, 最大重量5426KN, 10#节段~14#节段梁长5.6m, 最大重量4638KN。

混凝土主梁采用牵索挂篮悬浇施工。

二、牵索挂篮总体构造

根据中跨及边跨主梁截面形式不同, 牵索挂篮结构形式也不相同。

牵索挂篮主要由承重系统、锚固系统、升降系统、走行系统及模板系统等组成。参见图1。

1. 挂篮承重系统

考虑结构的力学要求、拼装工艺及经济条件, 承重系统采用钢箱梁和焊接工字型梁组成空间整体式平台。该平台通过两根主纵梁 (边跨挂篮新增两根次纵梁用于承受腹板变宽段混凝土荷载) 、一根前横梁 (包括施工平台) 、一根中横梁及连接系组成空间受力体系, 保证了挂篮纵横向刚度及混凝土梁纵横向线形。

平台结构中, 前横梁、中横梁均为焊接工字型梁, 分两段制造, 工厂预拼, 现场螺栓连接。前横梁施工平台为三角结构, 焊接在前横梁腹板上, 与前横梁成90.角, 通过在施工平台顶设置水平杆, 使三脚架与前横梁形成加劲桁架, 改善前横梁在受力工况下的整体稳定性。

主纵梁为加劲钢箱梁分三段制造、预拼, 采用Φ27普通螺栓现场拼接。

2. 挂篮锚固系统

挂篮锚固系统由斜拉索锚固结构、中吊杆、后吊杆 (材质均为40Cr, 直径60mm) 及剪力键组成。

斜拉索锚固结构为预应力厂家订制, 作用在主梁弧形首上。

中吊杆设置在主纵梁与混凝土横梁相交处, 和斜拉索共同承受挂篮自身重量和节段混凝土重量。

后吊杆设置在主纵梁尾部, 抵抗张拉斜拉索时挂篮尾部产生向下的竖向力。

剪力键设置在主纵梁上, 位于中吊杆后1.2m处, 用以平衡斜拉索产生的水平力。由于剪力键嵌入预埋在主梁混凝土的钢盒子内, 且水平力较大, 为防止混凝土局部应力偏大导致压碎破坏, 采用梁体预埋钢盒子并与主梁钢筋焊接进行加固, 钢盒子尺寸较剪力键尺寸大, 待剪力键嵌入钢盒子内, 用两侧面用钢板填塞, 防止提升挂篮时剪力键在钢盒子内晃动引起挂篮偏位。

3. 挂篮升降系统

挂篮升降系统由中吊杆及放置在主纵梁尾部的千斤顶组成, 挂篮下放时, 动作千斤顶, 使主纵梁顶板与主梁底面脱离, 同时放松中吊杆。挂篮提升时与下放相同。

4. 挂篮走行系统

挂篮走行系统包括设置在主纵梁上中吊杆位置外侧的走行挂钩、主梁顶面的滑道、梁端牵引以及主纵梁尾部的走行反力轮。

走行挂钩为加劲箱梁, 下端通过Φ27螺栓与主纵梁外侧相连, 上端通过滑座搁置在滑道上, 走行挂钩同时可作为挂篮横向微调的反力座。

滑道由钢板焊接成槽型, 可限制挂篮走行时横向偏位。滑道用预埋钢筋锚在主梁顶面, 与走行挂钩滑座接触面涂抹黄油, 以利走行。

梁端牵引是在主梁前端部顶面设反力座, 用Φ32精轧螺纹钢筋一端固定在走行挂钩上, 另一端在反力座处用穿心千斤顶张拉, 以达到挂篮前移。一套挂篮共两个走行挂钩, 走行须同步。

主纵梁尾部的走行反力轮根据受力要求和受剪力盒子位置影响, 每根主纵梁设两个走行轮, 在主纵梁尾部千斤顶动作的同时, 可根据挂篮的下放或提升来安装或拆卸走行反力轮。

5. 挂篮模板系统

模板系统包括外侧模, 底模、横梁模板、内侧模、顶板模板及其支撑拱架。

挂篮主纵梁顶板及前横梁顶板用做混凝土主梁底模, 可减少挂篮重量。

顶模的支撑拱架在混凝土浇筑时提升到设计位, 用销轴固定在主纵梁上, 挂篮走行时, 通过拱架滑道下放拱架至设计位, 用销轴固定在滑道上, 下放顶模、平放内侧模及横梁内侧模, 以利挂篮通过横梁底部。

外侧模均设斜撑撑在施工平台上, 随同挂篮一起前移。

三、牵索挂篮计算

牵索挂篮采用SAP2000有限元程序建立空间整体模型计算。简化边界条件, 挂篮自身结构用梁单元模拟, 斜拉索用程序自带索结构模拟 (考虑垂度对斜拉索弹性模量的影响) , 斜拉索初张力用降温模拟加载。

荷载说明:

1、混凝土自重:取26.5KN/m3, 并考虑1.05的涨模系数;

2、施工荷载:1.5KN/m2;

3、模板及其支撑拱架荷载按实际结构加载;

5、挂篮主纵梁, 前、中横梁等自重乘以系数后模型自动加载;

6、牵索预应力荷载:根据牵索挂篮每个阶段标高调整;

7、风荷载:工作风力6级;

8、挂篮走行时的动力系数取1.2。

荷载组合:

1、荷载组合Ⅰ:混凝土重量+挂篮自重+人群和施工机具重;

2、荷载组合Ⅱ:混凝土重量+挂篮自重+风载;

3、荷载组合Ⅲ:挂篮自重+走行动力附加荷载+人群和施工机具重+风载

一般情况下, 荷载组合Ⅰ用于挂篮主承重系统强度和稳定性计算;荷载组合Ⅱ用于刚度计算, 荷载组合Ⅲ用于挂篮空载走行验算。

本挂蓝强度、稳定性和刚度验算均按荷载组合Ⅰ来计算 (由于挂蓝浇注状态时, 风荷载对其影响较小, 荷载组合Ⅰ为不利) 。荷载组合Ⅲ用于挂篮空载走行验算。

结构计算结果:

建立挂篮整体模型, 用SAP2000有限元程序计算。

根据设计院提供的施工、成桥索力及混凝土主梁施工工况调整斜拉索索力, 控制挂篮前端标高, 混凝土主梁线形采用索力与标高双控。

将每个结构单元筛选出检算其自身强度、刚度及局部稳定、连接强度等各项技术指标。

挂篮拼装工序及施工中注意事项

本挂篮拼装采用陆地上拼装, 整体提升。

在拼装支架上先拼装两条主纵梁、前后横梁、挂钩及顶板模板支撑拱架等, 然后通过设置在主梁0#节段上的提升支架整体提升, 挂篮就位后, 再用塔吊或汽车吊机配合安装模板及牵索系统。

为保证挂篮在走行和混凝土浇筑状态的安全使用, 应注意以下事项:

1.挂篮走行前应检查挂钩的连接螺栓及各构件的焊缝情况, 并保证滑道的横向限位有效, 做好签证工作。

2.挂篮下放时, 主纵梁尾端的反力千斤顶与中吊杆应同时动作, 以防止中吊杆弯曲变形。

3.挂篮提升时, 应注意抄垫剪力键与预埋钢盒子之间的缝隙, 以保证剪力键全截面受力。

4.挂篮走行时, 上下游挂钩牵引应同步动作, 以防止横梁扭曲变形。

5.混凝土浇筑前应检查各主要受力构件, 并做好签证工作。

6.为保证吊杆材质, 严禁在吊杆上电焊, 烧焊。

7.挂篮周边设有安全护栏, 应挂设防护网。

五、结语

根据π型梁结构自身特点, 采用相应的挂篮结构形式, 以达到安全、经济、易于操作的目的。利用成熟的软件程序建立整体模型进行计算, 可得到可靠的计算结果。通过挂篮使用情况来看, 基本上达到了预期目的。

摘要：该文介绍向家坝水电站大汶溪大桥牵索挂篮设计, 包括牵索挂篮构造和计算。经施工验证, 该牵索挂篮结构安全, 操作方便简单, 各项实测数据与计算基本相符, 满足了该桥混凝土主梁施工要求。

关键词：牵索挂篮,主梁施工,构造,计算

参考文献

[1] 《建筑结构荷载规范》 (GB 50009—2001) .

[2] 《钢结构设计规范》 (GB50017-2003) .

[3] 《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ 041-2000) .

[4] 《钢结构原理与设计》 (王国周瞿履主编) 清华大学出版社.