鄂黄长江公路大桥牵索式挂篮的设计及应用

概要： 【摘 要】 本文着重介绍了鄂黄长江公路大桥予应力砼主梁施工所用牵索式(前支点)挂篮的结构设计，阐述了其结构的新颖性、合理性和可操作性；通过同传统牵索式挂篮的比较突出了其经济价值。 【关键词】 斜拉桥 砼主梁 牵索式 挂篮 1. 概 述 1.1 工程项目概况

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  【摘 要】 本文着重介绍了鄂黄长江公路大桥予应力砼主梁施工所用牵索式(前支点)挂篮的结构设计，阐述了其结构的新颖性、合理性和可操作性；通过同传统牵索式挂篮的比较突出了其经济价值。 【关键词】 斜拉桥 砼主梁 牵索式 挂篮 1. 概 述 1.1 工程项目概况 湖北鄂黄长江   【摘 要】 本文着重介绍了鄂黄长江公路大桥予应力砼主梁施工所用牵索式(前支点)挂篮的结构设计，阐述了其结构的新颖性、合理性和可操作性；通过同传统牵索式挂篮的比较突出了其经济价值。【关键词】 斜拉桥 砼主梁 牵索式 挂篮 1. 概 述1.1 工程项目概况湖北鄂黄长江公路大桥是国道106线在湖北鄂州与黄冈两市之间跨越长江的一座特大型桥梁，全长2670m，桥面宽24.5m（双向四车道）,设计荷载为汽车―超-20级，挂车-120，设计行车速度80km/h，设计洪水频率300年一遇。其主桥桥跨布置为55＋200＋480＋200＋55m的五跨连续双塔双索面预应力砼边主梁斜拉桥，主跨480m，居同类桥型亚洲第二世界第三。主桥桥跨布置如图1－1所示。图1-1 主桥桥跨布置图 （单位：cm）1.2预应力砼主梁结构及特点概述该桥主梁采用预应力砼双肋板式截面，标准梁段梁高度2.4m（对应横向宽度24.5m的位置）,在200m边跨辅助墩（主4、7号墩）两侧一定范围内采用变高度的双肋板式截面，55m跨主梁高度由2.6m高变化至4.9m，200m边跨靠近辅助墩一侧一定范围内主梁高度由2.4m变化到4.9m。在变高梁范围内，主梁梁底设置了开口底板，主梁梁顶宽27.7m，桥面板厚32cm，横梁标准间距8.0m，与斜拉索索距相对应，横梁均为预应力砼横梁。主梁横断面结构如图1-2所示。图1-2 标准节段主梁横断面图 （单位：cm）8.0m标准节段主梁采用牵索式挂篮悬臂对称浇注施工。单侧每节段砼浇注方量为147.4m3，普通钢筋216.3kn，预应力钢绞线44.2kn，预应力粗钢筋14.7kn；每节段的施工重量达到3812.8kn；因此主梁施工具有单段重量大、节段长、横桥向跨度大的特点。2.挂篮设计 2.1 挂篮设计目的及目标挂篮是砼主梁悬浇施工的施工工具，主梁施工质量的好坏、施工进度的快慢，很大程度上取决于施工挂篮的先进与否。针对鄂黄桥8m节段主梁的特点，通过分析传统的前支点挂篮结构及运行情况，经过精心设计，使得鄂黄桥挂篮轻型化且结构功能多元化，特别考虑了液压系统的使用，使其安全可靠、操作简便等特性在挂篮的结构设计中得到充分的体现，进而提高施工工效，使主梁施工达到“确保质量，缩短工期，提高效益”的目的，从而实现全桥质量目标。2.2 挂篮结构设计2.2.1设计依据及设计规范（1）《鄂黄长江公路大桥施工设计图》（中交二院）（2）《公路桥涵设计通用规范》（jtj021－89）（3）《铁路桥梁钢结构设计规范》（tb1002.2－99）（4）《钢结构设计规范》（gbj17－88）（5）《公路桥涵施工技术规范》（tjt041－2000）（6）《钢结构高强度螺栓连接的设计施工及验收规程》（jgj82-91） 2.2.2设计荷载根据鄂黄大桥施工图设计要求，主梁采用的前支点牵索式挂篮最大承载力不小于4000kn，空挂篮自重控制重量为2000kn（包括模板和其它相关的施工荷载）。设计考虑冲击系数1.1，施工机具及人群荷载150kg/m2。2.2.3挂篮的主要结构特点及功能本挂篮由承重系统，提升锚固及止推系统，定位调整系统，行走系统和模板系统等几部分构成。其整体结构如图2-1及图2-2所示。图2-1 挂篮整体结构立面图2.2.3.1 承重系统挂篮承重系统直接或间接承受砼主梁施工时的全部荷载，该系统包括两根长度分别为20m的钢箱主纵梁及联系两纵梁的前、中、后三根横梁和加劲桁片。其中主纵梁横断面尺寸为1700 mm（宽）×1800mm（高）。主纵梁前端为弧形首，便于牵索（斜拉索）的临时锚固；前、中、后三道横梁均为工字形断面，上、下翼缘板宽为300mm。其中前横梁因用于支承砼主梁横隔梁的重量，高度为1800mm；在前横梁外侧设置加劲桁架，以增加其侧面刚度，同时作为操作施工平台。中、后横梁间用钢管连接形成桁架，以增加工字梁的侧向稳定和挂篮的整体刚度。图2-2 挂篮整体结构平面图 （单位：mm）2.2.3.2提升锚固及止推系统该系统包括中、后吊杆组，c型挂钩和止推块三部分。其中中吊杆组设置于梁中部与c

www.67jzw.com型挂钩相对应位置，由两根φ80mm圆钢组成；其在主纵梁上的锚固点位于同c型挂钩对应的内侧壁板上，中轴线与挂钩轴线重合，这样吊杆即不穿过砼主梁的边肋而减小其断面面积，又使主纵梁在该位置形成内外对称的吊点而不至于偏心受力，使主纵梁有良好的侧向稳定性。后吊杆组位于主纵梁尾部，与前吊杆组中心间距为8.0m，同样由两根φ80mm的圆钢组成，主要起到稳固挂篮尾部的作用。止推块固定设置于主纵梁尾部顶面，其对应于砼主梁斜拉索锚盒位置，这样可利用锚盒结构承受水平推力。止推块作为挂篮前支点牵索水平分力的传力结构，将水平分力传递至已浇砼梁段上，从而起到止推作用。2.2.3.3定位调整系统挂篮纵向定位由行走液压千斤顶行程控制，通过行走距离长度来控制定位纵向位置，横向定位及调整依靠设置于行走挂钩侧面和主纵梁主纵梁尾部的反力轮。每套挂篮共设置4个定位轮，上、下游各2个，行走时通过定位轮与已浇砼主梁的边肋外侧面的接确限位挂篮的横桥向平面位置，同时通过设置于后定轮处的千斤顶微调，使行走到位后的挂篮中轴成与待浇梁段中轴成重合。挂篮竖向定位及调整是由设置挂钩与已浇砼主梁顶面之间的液压千斤顶和对口钢楔块以及主纵梁尾部梁顶与已浇砼梁段边肋底面间的液压千斤顶来实现，同时前支点牵索的张拉也起到调整的作用。2.2.3.4行走系统该挂篮的行走系统由行走挂钩、反力轮、走道和顶推液压千斤顶等部分构成。c型挂钩是挂篮行走的承重结构，通过高强度螺栓连接于主纵梁中部外侧，c型挂钩底面设置四氟滑板。走道置于已浇梁段顶面并通过预埋螺栓临时固定。为确保挂篮行走时前后端基本保持水平，特在两主纵梁尾分别设置2个行走反力轮。挂篮的行走由通过液压千斤顶对挂钩的顶推来实现。2.2.3.5模板系统挂篮模板系统由模板和模板支架以及支架液压提升系统三部分组成。挂篮主纵梁顶板即作为砼主梁边肋底模，同样前横梁与砼主梁的横隔梁相对应，因此其上翼缘板（顶板）即作挂篮为砼横隔梁的底模板，侧模均为特制大块钢模。砼主梁顶板内模支架采用无推力三铰系杆钢管拱结构。整个拱架顺桥向由等间距的5片主拱肋构成，肋间由钢管桁架相连，使其形成整体，每片拱肋的拱脚通过滑道与主纵梁侧面相连，滑道用高强度螺栓固定于主纵梁内侧面壁板上，整个拱式支架可以顺着滑道上、下滑动。当完成前一段主梁的浇注施工作业后，拱架在整个挂篮前移时下放至横隔梁底标高以下，挂篮行走移动到位后再将拱架提升至设计位置采用钢销将拱脚固定在滑道上。拱肋主拱管采用无缝钢管，其拱轴成为二次抛物线，矢跨比为1/10。主拱管上设钢管立柱，柱顶布置有槽钢分配梁，以支承底模。拱脚间的水平系杆中部设置调节螺杆，可通过调节螺杆的长度来控制拱脚水平推力大小，从而达到减小或消除拱脚水平推力的目的。2.2.4挂篮主要受力结构的安全性验算本挂篮设计承载4000kn,其主要受力结构有主纵梁、前横梁、c型行走挂钩、中锚杆组、顶板内模拱架系等。设计时均以其最不利受力状态控制,采用所用材料的容许应力值验算。3.挂篮应用3.1 挂篮循环使用 3.1.1挂篮循环使用操作程序图3-1 主梁节段施工工艺循环流程框图3.1.2挂篮循环使用状态挂篮循环使用操作示意图如图3-2所示图3-2 挂篮循环使用操作示意图3.2 实施效果综述3.2.1 轻型化挂篮采用了合理的梁、拱组合体系结构；各分部结构功能的多元化，使得其自重较轻：一套挂篮重量为1545kn，而每节段砼主梁的施工重量为3812.8kn，两者之比(自重系数)为0.405，较传统牵索式挂篮轻，从而节省了挂篮制造原材料并减轻了施工荷载。3.2.2 操作简便、工效提高无论是挂篮的整体升降、行走前移，还是挂篮平面位置的调整，以及模板系统的升降、安拆，液压系统在其设计和运用中都得到了充分的体现。合理的梁、拱组合体系使得该挂篮操作简便、施工快捷，从而极大地缩短了循环周期，提高了工效。3.3.3 梁段现浇砼优质高效本套挂篮从2001年1月12日正式投入使用至2001年11月25日完成了该桥b标主桥全部28对8.0m标准节段主梁的浇注施工，所浇主梁整体线形好，外观优美，局部结构均符合规范要求。4.结 语本牵索式全液压工具式挂篮的研究开发，通过在鄂黄长江公路大桥主梁施工中的应用验证，证明其结构合理、应用操作简便、节约工期、提高了工效、节省了成本，达到了设计预期目的。为全桥实现“确保部优，争创国优”的质量目标给予了可靠的技术保证，并取得了良好的社会效益和经济效

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