信江特大桥悬臂节段箱梁挂篮施工技术

信江特大桥悬臂节段箱梁挂蓝施工技术一、工程概况信江特大桥为德昌至南昌高速公路主线跨越信江东大河的大型桥梁，全桥长1193米，中心桩号为K134+646。主桥下部结构采用7.15×2.60m实体墩，设3.5m厚承台配4×Φ2.20m钻孔灌注桩基础，上部构造设计为42+2×70+42米变截面三向预应力钢筋混凝土连续箱梁，箱梁断面采用直腹板断面。箱梁顶板宽14.15米，底板宽7.15米，翼缘板悬臂长3.50米，悬臂端部厚20cm，悬臂根部厚60cm。支点处梁高4.6米，为跨径的1/15.22，跨中梁高2.2米，为跨径的1/34.43。梁高从跨中至距主墩中心1.3米处由2.2米按二次抛物线变化至4.6米。顶板厚度为28cm，底板厚度从跨中至距0号块中心1.3米处由25cm按二次抛物线变化至60cm；腹板厚度0～4号块为60cm，4号块由60cm直线变化为50cm，其余块段为50cm，为改善箱梁根部截面受力，在0号块两端附近截面顶、底板局部加厚；箱梁顶板横坡与桥面横坡一致，箱梁底板水平，边跨墩顶设1.38m宽横隔梁，中跨墩顶设2.5m宽横隔梁，中跨跨中社0.8m宽横隔梁。主桥箱梁设计采用三向预应力，纵横向预应力采用Φ15.2钢绞线，纵向腹板每束17根，顶板每束9根，底板每束12根；横向预应力每束4根，间距50~60公分，竖向预应力筋采用JL25高强精轧螺纹钢，沿全桥腹板内与横向束同间距布设。箱梁双幅分别独立采用挂篮悬臂浇筑法施工，各节段除0号块外分8对两端，对称平衡悬臂逐段浇筑施工。箱梁纵向分段长度为：3×3.0+5×4.0米，0号块总长10m，中跨、边跨合拢段为2m，边跨现浇段5.88m二、支架现浇及悬臂浇筑施工1、0＃号块施工0#段为箱梁与墩身连接的隅节点，截面内力最大且受力复杂，钢筋和预应力管道密集，因此，保证0#段施工质量是箱梁施工的关键。0#梁段设计长度10m，两端各悬出墩身3.7m，设计混凝土工程数量为161.3m3，为保证0#段混凝土的整体性和良好的外观质量，采用在承台上搭设支架，利用支架一次浇筑成型的方法施工。1.1施工支架施工支架内、外分别采用壁厚1CM直径42.0CM钢管作为支撑，钢管底面支撑在承台上，并与承台预埋钢板焊接以提高支架稳定性及承载力，钢管顶首先横向铺设4排36a型工字钢作为横梁，每根长度为10m。其上底模位置等间距纵向铺设6排30a型工字钢，长度为5m，侧模位置纵向铺设4根30a型工字钢，每根长12m。底模位置根据受力特点横桥向布置6排16a型槽钢，由槽钢高度调节底模高程，槽钢上下与底模和工字钢焊接牢固，侧模直接落在纵向铺设的30a型工字钢上，采用调节模板架高度控制侧模高程。钢管支架为我公司自行设计，其承载能力及稳定性计算如下：钢管支架上部承受恒载有：0#块钢筋混凝土161.3m3，容重以26KN/m3计，G1=2.6×161.3=4193.8KN，底模、侧模、内模及施工荷载按30吨计，G2=30×10=300KN36a型工字钢总长40m，32a型工字钢78m，16a型槽钢约100m，总重量为：G3=40×59.9+78×52.7+100×17.23=8229.6Kg≈82.3（KN）钢管承受总荷载为F=G1+G2+G3=4576KN，因支架顶铺设了纵向及横向工字钢传递应力，可近似看做其上部作用平均分布于各根钢管。故单根钢管承受荷载为：F1=4576/16=286（KN）钢管截面积A=π(402−382)÷4=122.522(cm2)δ=NA=286×10312252.2=23.34≪170(MPa)故钢管强度满足要求，由压杆稳定原理，钢管的临界荷载值为：Fcr=π2EI（μl）2其中E为钢管的弹性模量取：E=2.0×105(MPa)，I为钢管的截面惯性矩，其计算公式为π（D14−D24）64，D1为钢管外径0.4m，D2为钢管内径0.38m，μ为约束情况长度系数，钢管底与承台预埋钢板焊接牢固可看做为固定端，，横向虽有剪刀撑及扎丝锚与薄壁墩连接以加强支架的整体稳定性，但上端仍可能发生较大位移，视为活动端，μ取2.0，𝑙为钢管实际长度为16m，Fcr=π2EI（μl）2=π2×200×109×π×（0.44−0.384）64×（2.0×16）2=449.3（KN）F1安全系数为n=FcrF1=449.3286=1.57故支架结构强度及稳定性均满足要求，支架结构安全可靠。底模及侧模板安装完毕后进行预压，以检测钢管支架的承载能力。预压采用沙袋加载法，加载方式模拟混凝土浇筑，分别对称对中横隔梁、腹板、底板、翼板进行加载，个节点加载重量依据设计图纸以设计混凝土重量的110%计算，过磅称量后进行加载，堆码均匀。在底板，内外侧腹板、翼缘板分别设置4个监测点，加载完成后对个观测点每3小时观测一次，当各监测点连续24小时平均沉降量小于1mm时，对称进行卸载。预压完成后，进行永久支座安装，本桥主墩使用盆式橡胶支座，安装时严格按照设计图纸及厂商安装说明控制好平面位置及高程。在墩顶预埋地脚螺栓时，按“纵桥向，墩支座中心线与主梁中心线分别重合平行”的原则，严格控制四个地脚螺栓的相互位置，确保支座中线与主梁中线重合。支座最大水平位置偏差控制在2mm内。支座安装完成之后按顺序进行墩顶横隔梁、底板钢筋，腹板钢筋纵向预应力管道，内模、及顶板、翼缘板钢筋、预应力管道施工。为保证箱梁的外观质量，我公司全部采用新钢模板作为面板，内模均采用槽钢制作而成的骨架片进行组合拼装而成，封头模板采用2cm板材，外侧模与内模之间采用上中下三层对拉螺杆加以固定，以保证混凝土浇筑时不发生胀模现象。钢筋及预应力管道施工完毕后，对0号块平面位置、高程、几何尺寸进行复测，仔细检查各项施工程序，特别注意应按照挂蓝生产厂家提供的设计图纸对预留孔洞、预埋件进行预埋，方便挂篮施工，一切就绪后进行混凝土浇筑施工，并制作随梁混凝土试块。浇筑混凝土后覆盖土工布精心养护,当混凝土强度达到设计强度的95%后进行预应力张拉压浆施工,纵向钢束张拉顺序应本着“先腹板后顶、底板，先长束后短束，先边跨后中跨”的原则对称进行，横向预应力为单端张拉，宜内外侧交错进行，每一节段横向、竖向预应力宜按照先横向后竖向的顺序进行张拉。预应力施工完毕后进行悬臂挂篮施工。0#块布置示意图二、悬臂浇筑施工。1、挂篮组成本公司采用棱形桁架式挂篮进行悬臂浇筑施工，棱形挂篮主要由:主桁架承重系统，悬吊系统、模板系统、锚固系统、走行系统及附属0号块0号块扎丝锚扎丝锚3预埋钢板φ42.0cm钢管型槽钢型工字钢部分组成。主桁架承重系统由两片外形近似棱形的桁片通过横向联结系组成的一空间桁架结构，主桁架杆件采用组焊城箱型断面，节点处采用普通螺栓栓接。悬吊系统由前上横梁，前后吊带、内外吊杆及千斤顶组成，前上横梁有组焊而成，联结于主桁架的最前端节点处，其上布置8个吊点，通过吊带悬吊底模和内外模，吊杆均采用∅32精轧螺纹钢筋。模板系统包括底模、外模、内模等，底模有前后下横梁、纵梁组成，纵梁支承于恰后横梁上，前后横梁分别通过钢吊带悬吊于前上横梁和已浇筑完成的梁段上。内外模均由模板、骨架、行走梁组成，行走梁用于支承模板，内模采用“抽屉式”结构，通过滚轮滑行就位。行走系统包括轨道、钢枕、前后支座、手拉葫芦等组成，轨道由钢板组焊成Π型断面结构，由竖向预应力筋锚固于梁段上，挂篮前支座支承与轨道顶面，前移时下垫∅20圆钢，减小阻力。此自锚式棱形桁架挂篮进行悬灌施工时，内、外模板和主构架可以一次走行到位。为方便底板及腹板施工，也可以先将主构架和外模板一起走行到位，调整定位，绑扎底板和腹板钢筋后，内模板、内模架再走行到位。主要技术指标：挂篮由两片棱形主桁组成，自重约40t，满足最大梁重120t、最大梁段长度4.0米的设计要求。2挂篮的安装在0#段施工完毕进行挂篮的安装施工，施工程序如下：A、安装垫枕和轨道；B、拼装挂篮主构架；C、安装前横梁和前吊带；D、用吊车将桥下拼好的底模平台吊装就位，并与前吊带联结，然后安装后吊带；D、安装后横梁和后外吊带；E、安装内、外模走型梁并至1#段就位；F、调整底模标高，设置预拱度；G、绑扎底板钢筋和腹板钢筋，安装底板和腹板纵向预应力管道；H、安装内模；I、绑扎顶板钢筋，安装顶板纵向预应力管道；J、灌注混凝土；K、养生、张拉、压浆、封锚。3.设计验算3.1、挂篮荷载计算荷载包括挂篮自重、最大节段砼重量、施工机具等施工荷载、施工人群荷载、浇筑混凝土时的冲击力等。3.2.荷载参数：①钢筋砼比重取值为2.6t/m3；②超载系数取1.05；③新浇砼动力系数取1.2；④挂篮行走时的冲击系数取1.1；⑤抗倾覆稳定系数不小于2.0；⑥杆件刚度取L*0.3%；⑦A3钢容许弯曲应力取1.3[бw]=1.3×145=188.5MPa。悬臂浇筑混凝土结构最大重量为4号块，设计混凝土方量为41.92M3，梁重109t，挂蓝总重55t，人群及机具荷载取2.5KPa，3.3受力分析及验算（1）主桁架验算挂篮主桁架为空间结构，为简化计算将主桁架简化为铰接平面桁架结构，按静定结构节点法计算各杆件内力。挂篮主桁架简化结构示意图如图所示：进行受力分析可知，AB杆承受最大拉力，CD杆承受最大拉力，如果AB杆的强度，CD杆强度及稳定性满足要求，则其他杆件亦能满足要求。节点D承受的主要荷载有：节段钢筋混凝土重量，由设计图纸可得：G1=109÷4=27.25（t）内外模板及底模重量，由挂篮产商设计图纸有：G2=（3225+4500+8040+8550）÷4=6066.25（Kg）前上横梁、前后下横梁、纵梁重量：2066.4÷2+1476÷2+3800.88÷4=3671.64（Kg）考虑动力系数1.2及超载系数1.05，挂篮节点D承受的荷载为：P=(G1+G2+G2)×1.2×1.05=46604.7（Kg）=466047（N）由受力平衡有：P1×sinθ=PP1=Psinθ=46647×61333250=879467（N）主桁架各杆件均为2根32b槽钢组焊而成，查阅《钢结构设计与计算》手册，可知32b槽钢的截面特性为A=54.913cm2δ=NA=8794675419.3×2=81.1170(𝑀𝑃𝑎)故CD杆强度满足要求，受压杆CD可视为一端固定，一端铰接情形的细长杆件，μ取0.7，φ取0.89.CD杆受压稳定条件由压杆稳定欧拉公式可得：A≥Pφ×【δ】=8794670.89×170=5812.7（mm2）两根32b组焊槽钢截面面积为：A1=2×54.913cm2=10982.6（mm2），A1𝐴故CD杆稳定性满足要求。AB杆受力分析：F=Pcotθsinβ=466047×4561×52003250×3250=1046469.1(N)δ=NA=1011458.65419.3×2=96.6188.5(𝑀𝑃𝑎)故AB杆强度满足要求由以上计算可知主桁架的强度及稳定性均满足要求。（2）上横梁强度及刚度验算上横梁设计为2根40b型工字钢组合结构，上横梁承受的主要荷载有：节段钢筋混凝土重量，由设计图纸可得：G1=109÷2=27.25（t）内外模板及底模重量，由挂篮产商设计图纸有：G2=（3225+4500+8040+8550）÷2=12157.5（Kg）前上横梁、前后下横梁、纵梁重量：2066.4+1476+3800.88÷2=5442.8（Kg）考虑动力系数1.2及超载系数1.05，挂篮节点D承受的荷载为：P=(G1+G2+G2)×1.2×1.05=72100.3（Kg）=721003（N）其弯矩近似按均布荷载悬臂外伸梁计算q=72100.3N/mMmax=1ql28（1-4a2l2）=1×72100.3×7.028（1-41.527.02）=360501.5（N.m）40b型工字钢截面特性为：Wx=1140cm3，Ix=22780cm4δ=Mmaxwx=360501.51140×2≈158.1（MPa）188.5（MPa）所以前上横梁强度满足要求。（3）下横梁强度验算下横梁设计为2根40b型工字钢组合结构，按照设计图纸，4号