（机械工程专业论文）珠江大桥施工挂篮技术研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 珠江大桥是广州市外环线高速公路上的一座特大型重点桥梁。大桥 全长1 0 9 3 5 米，为双向六车道单层桥，左右线分离式结构。该桥基础为 士1 5 米、由2 0 米挖孔桩，上部结构为连续刚构，桥墩采用双薄壁墩， 边墩采用柱式墩。该桥施工特点是深水基础、跨径大。 悬臂浇筑法是连续粱桥施工中常用的一种施工方法，该施工法是在 桥墩两侧对称逐段就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预 应力钢筋，移动机具、模板继续施工。在施工中使用挂篮作为移动模架， 混凝土的灌注、钢筋的绑扎、预应力筋的张拉等工作全部在挂篮内实施。 因此，挂篮在整个连续梁的施工中起了关键性的作用。 本文主要工作如下： 第一对挂篮方案进行比选和定型。目前，国内外采用的挂篮种类 及形式很多，理想的挂篮应具有结构简单、重量轻、安装、拆卸及使用 方便、可靠等特点。本文中列举了多种挂篮的形式。并考虑到本桥为变 截面梁桥，若全部采用一种挂篮则会造成挂篮斜拉带倾角过小，挂篮水 平分力过大的问题，因此，麓工中采用两种挂篮形式，较好地解决了上 述问题。 第二挂篮的设计、计算。由于施工挂篮属于高空作业，因此，要求其 必须有足够的强度、刚度、稳定性。在计算中本文对组成挂篮的各个构件分 别针对其受力特点进行检算，将全梁分成若干个节段，并找出几个有代表性 的节段分别计算，计算挂篮的受力状态，确保安全、经济施工。 第三对挂篮的施工工艺进行了说明。对预应力悬臂浇筑梁所选用 的材料进行了要求，指出了在标准梁段施工及合拢段施工中应注意的问 题。对指导施工具有一定的现实意义。 关键词：预应力混凝土粱；斜拉式挂篮：施工技术 哈尔滨工程大学硕士学位论文 a b s t r a c t zh u j i a n gb r i d g ei sa l li m p o r t a n t ，l a r g eb r i d g eo ng u a n g z h o uo u t e r r i n ge x p r e s s w a yw i t ht h et o t a ll e n g t ho f1 0 9 3 5 m i ti sad u a l d i r e c t i o n ， s i x - l a n e ，s i n g l e d e c kb r i d g ew i t ht h es e p a r a t es t r u c t u r eo fl e f ta n dr i g h t l i n e t h ei n f r a s t r u c t u r eo ft h eb r i d g ei sc o n s i s to f 中1 5 m 中2 0 m b o r e d p i l e s ，w h i l e t h e s u p e r s t r u c t u r e c o n s i s i s to fc o n t i n u o u s r i g i d s t r u c t u r e m a i np i e r sa r ed u a l t h i nw a l l e ds t r u c t u r e sa n ds i d ep i e r sa r e c o l u m nf o r ms t r u c t u r e s t h eb r i d g eb e l o n g st od e e pw a t e rf o u n d a t i o n w i t hl a r g es p a n s t h em e t h o do fc a n t i l e v e rc o n s t r u c t i o n h a sb e e nw i d e l yu s e di n e n g i n e e r i n g c o n c r e t ei sp o u r e db a l a n c e d l yo nt h es p o ti nt w os i d e so ft h e p i e r , c o n s t r u c t i o no nd r i v i n gp r e s t r e s s e ds t e e lr i b ，a n dm o v i n gm o d e l si s c a r r i e do u tw h e nt h ec o n c r e t er e a c h e se n o u g hs t r e n g t h t h eh a n g i n g b a s k e ti se m p l o y e dt oa m o v i n gm o u l do nt h ec o n s t r u c t i o n a l la b o v ea r e c a r r i e do u to nt h eh a n g i n gb a s k e ts oa st op o u r i n gt h ec o n c r e t e ，b i n d i n g s t e e lr i b sa n ds t r e t c h i n gp r e s t r e s s e ds t e e lr i b s s ot h eh a n g i n gb a s k e t b r i n g so u t t h es i g n i f i c a n te f f e c to nt h ew h o l ec o n s t r u c t i o no f t h eb r i d g e t h em a i nw o r ko ft h i sp a p e ri sg i v e na sf o l l o w s ： f i r s t ，s e l e c ts u i t a b l eh a n g i n gb a s k e to nt h ec o n t r a r y , i tf r o mal o to f s t y l e so ft h eh a n g i n gb a s k e t si nt h ew o r l d a ni d e a lh a n g i n gb a s k e ts h o u l d h a ss o m es p e c i a l i t i e s ，s u c ha sl i g h tw e i g h t ，c o n v e n i e n ti n s t a l l a t i o n v a r i o u s s t y l e sh a v eb e e nl i s t e di nt h i sp a p e r ，b u to n l yt w os t y l e so ft h eh a n g i n g b a s k e ta r ea d o p t e db e c a u s et h i s b r i d g eh a st h ea r mo ft h ev a r i a b l e c r o s s s e c t i o n ，f u r t h e r m o r e ，i fo n et y p eo ft h eh a n g i n gb a s k e ti su s e d ，w h i c h w i l l r e s u l tt o os m a l ld i pa n g l eo ft h es t a y e dc a b l eb e l ta n dt o ob i g h o r i z o n t a lf o r o e s e c o n d ，d e s i g na n dc a l c u l a t e t ot h eh a n g i n gb a s k e t b e c a u s et h e 哈尔滨工程大学硕士学位论文 f h a n g i n gb a s k e ti sb e l o n g st oh i g h r i s e do p e r a t i o n s oe n o u g hs t r e n g t hi s n e c e s s a r y h e r e ，w e h a v ec a l c u l a t e dt h es e p a r a t ep a r t o ft h eb e a m a c c o r d i n gt ot h e i rl o a d i n gs p e c i a l t y , s oa st o s e l e c tp a r to ft h ew h o l eb e a m a n da v o i dt ou n s a f t ys i t u a t i o n t h i r d ，e x p l a i nt h ec o n s t r u c t i n gt e c h n i q u eo f t h eh a n g i n gb a s k e tu s e d i nt h ec o n s t r u c t i o no ft h ec a n t i l e v e rb e a m t h i sp a p e ra l s og i v e ss o m e s u g g e s t i o n st ot h ec o n s r t u c t i o no ns t a n d a r dp a r t sa n dg a t h e r i n gp a r t so f t h eb e a m s ot h i sp a p e rs e e m st oh a v es o m ev a l u eo nt h eb r i d g e c o n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：p r e s t r e s s e d c o n c r e t eb e a m ；s t a y e d c a b l eh a n g i n gb a s k e t ； c o n s t r u c t i o nt e c h n i q u e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献等的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中 已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集 体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献 的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意 识到本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签瓤塑退 1 3 期：伽7 年3 月7e l ， 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 工程概况 珠江大桥是广州市环线高速公路上的一座特大型重点桥梁。大桥北起 于东圃互通，向南先跨越珠江副航道，经北帝沙岛，再跨珠江主航道，南 至新洲互通，大桥全长1 0 9 3 5 米 该桥由铁道部第一勘测设计院设计，为双向六车道单层桥，其桥式布 置为：4 x 3 0 m 简支梁+ ( 5 1 + 3 x 8 0 + 5 1 ) m 连续刚构+ 6 7 m + n 0 6 + 2 1 6 0 + 1 0 6 ) m 连续刚构+ 3 x 3 0 m 筒支梁。桥面宽：1 5 7 5 m + 1 o r e 宽中央分隔 带+ 1 5 7 5 m 。全桥采用左右半桥分修。基础除o 至2 1 墩桩径为由1 5 m 外 其余均为由2 o m 挖孔桩。该桥上部为连续刚构，桥墩采用双薄板墩，边墩 采用柱式墩，箱梁采用单箱单室，底宽8 o m ，顶宽1 5 7 5 m ，按三向预应力 设计。 其总体布局见图1 1 1 2 主要技术标准和通航标准 l 、桥面宽：1 5 7 5 m + 1 o m 隔离带+ 1 5 7 5 m 2 、载重等级：汽超2 0 级，挂1 2 0 级 3 、通航标准：主航道为二孔通航孔，净宽l o o m ，净高2 0 m ，最高 通航水位7 o m ；副航道为二孔通航孔，净宽5 0 m ，净高1 2 m ，最高通 航水位7 。o m 。 1 。3 自然地理特征 本标段路线位于珠江冲积平原。该段水面宽1 0 3 0 m ，中间出露白 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 璺赶 毯 璐 匝 嘲 梧 垃 ：碹 焰 斗 尉 卷 h 一 匝 哈尔滨工程大学硕士学位论文 帝沙岛，宽约1 8 0 m 。河床底最低高程约一2 0 m 1 5 m 左右。区内北有 黄埔大道，南有新洲路，交通方便发达。 广州市属暖亚热带气候，受海洋季风影响，温暖多雨，夏季湿热 多台风及暴雨；冬季干燥，偶有奇寒。气象资料如下： 年平均气温：2 1 9 极端最低气温：0 c ( 5 7 年2 月1 1 日) 极端最高气温：3 8 7 ( 5 7 年8 月6 日) 霜日及初终期：1 2 月3 0 日次年1 月2 6 日 年降水量：1 6 9 9 8 m m 一日最大降水量：2 8 4 4 r a m ( 5 5 年6 月1 8 日) 年蒸发量：1 3 3 0 m m 1 6 2 9 2 m m 年平均相对湿度：7 7 年平均风速：2 m s 极大风速：3 6 3 8 m s 最多风向及频率：c 2 9n 1 5 年风速8 级日数：5 - 9 年平均气压：1 0 1 2 3 m b 1 4 梁部结构型式及材料 珠江大桥伤部结构形式为5 1 + 3 8 0 + 5 1 + 1 0 6 + 2 1 6 0 + 1 0 6 m 预应力 连续刚构，截面形式为单箱单室。箱梁根部梁高为8 m ，跨中为3 2 m ， 高跨比分别为l ：2 0 与1 ：5 0 ，箱梁底宽8 m ，顶板宽1 5 7 5 m ，顶板厚 度5 0 c m ，底板厚度：0 号段处1 2 m ，至跨中o 2 8 m 。 箱梁采用c 5 0 砼。设置三向预应力，纵向预应力采用o v m l 5 - 2 7 的锚具，钢绞线为低松驰钢绞线r b = 1 8 6 0 m p a 。锚下控制张拉力为 5 2 7 3 1 k n ，横向预应力采用o v m l 5 b 4 的锚具，锚下控制张拉力 7 8 1 2 k n ，用2 5 0 k n 千斤顶单根张拉，竖向预应力为由3 2 精轧螺纹粗钢 筋，采用y g m 型锚具，控制张拉力5 4 3 k n 。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 5 大跨度预应力混凝土连续梁桥的发展 1 5 1 国外大跨度预应力混凝土连续梁桥的发展 连续梁桥是一种古老的结构体系，它具有变形小、结构刚度好、行车 平顺舒适，伸缩缝少，养护简易，抗震能力强等优点。在5 0 年代前，预应 力混凝土连续梁虽是常被采用的一种体系，但它的跨径均在百米以下。其 主要原因是当时主要采用满堂支架施工，费工费时，限制了它的发展。5 0 年代后，预应力混凝土桥梁应用悬臂施工方法后，加速了它的发展步伐。 结构的悬臂体系和悬臂施工方法相结合产生了t 型刚构，在6 0 年代，跨径 1 0 0 2 0 0 m 范围内，t 型刚构桥几乎是大跨度预应力混凝土梁桥中的优胜方 案。早期有典型意义的桥梁便是联邦德国1 9 5 3 年建造的胡尔姆斯桥和1 9 5 4 年建成的科布伦茨( k o b l e n z ) 桥。然而，这种结构，由于中间带铰，加之 对混凝土徐变、收缩变形估计不足，又因温度影响等因素使结构在铰处形 成明显折线变形状态，对行车不利。因此，对行车条件有利的连续梁获得 了新的发展。对中等跨度预应力混凝土连续梁，在6 0 年代初期，逐跨架设 法与顶推法( e l e o n h a r d t 所创建) 的应用，对大跨预应力混凝土连续梁， 各种更完善的悬臂施工方法的应用，使连续梁废弃了昂贵的满堂支架的施 工方法而代之以经济有效的高度机械化施工方法，从而使连续梁方案获得 新的竞争力，逐步在4 0 2 0 0 m 范围内占主要地位。如1 9 6 2 年在委内瑞拉 的卡尼罗河上，用顶推法修建的6 跨连续箱梁桥是顶推法的代表作，主跨 为9 6 m 。无论是城市桥梁、高架道路、山谷高架栈桥，还是跨越宽阔河流 的大桥，预应力混凝土连续梁都发挥了它的优势，往往取代其它体系而成 为中选的优胜方案。 已建造的主跨大于1 0 0 m 的预应力混凝土连续梁桥有很多，其中突出桥 例，如联邦德国科赫塔尔( k o c h e r t a l ) 桥，为桥墩高1 8 3 m 的高架多跨连续 梁桥，跨径布置为8 1 + 7 x1 3 8 + 8 1 m ，桥面宽3 1 m ，仅用8 6 m 宽单箱截面， 箱外挑出长悬臂，每隔7 6 6 m 有一斜撑支承悬臂桥面板。另一个桥例为英 国的奥韦乐( o r w e l l ) 桥，总长1 2 8 6 m ，主跨为1 9 0 m 的1 8 跨连续梁( 4 6 + 5 4 哈尔滨工程大学硕士学位论文 5 9 + 7 2 + 1 0 6 + 1 9 0 + 1 0 6 十7 2 + 6 x 5 9 + 4 6 m ) ，它说明了连续梁的连续长跨已超 过1 0 0 0 m ，我国的钱塘r r - - 桥是1 8 跨一联的预应力混凝土连续梁桥，它的 连续跨长已达1 3 4 0 m 。它对行车非常有利。在7 0 年代至8 0 年代间，对二 百余座主跨大于1 0 0 m 的预应力混凝土梁式桥作过统计，连续梁占总数的 5 0 。连续梁桥向大跨度发展，巨型支座( 支座反力3 9 2 4 9 8 1 0 m n ) 的 设计制造与支座的养护变成了关键问题。而t 型刚构却在这方面具有无支 座的优点。6 0 年代后，因人们对铰的作用和如何控制结构变形作了研究， 对它的缺陷作了预防措施，所以在6 0 年代后期至7 0 年代，t 型刚构还仍是 预应力混凝土桥梁的一个主要桥型，如日本在1 9 7 2 年修建了主跨2 3 0 m 的 浦户大桥，继而又建成了主跨2 3 6 m 的彦岛大桥和主跨2 4 0 m 的滨名大桥。 丹麦、挪威和一些非洲国家在这时期也修建了不少t 型刚构，如挪威1 9 7 3 年至1 9 8 3 年，建造了十余座桥，主跨从1 5 0 2 0 0 m 左右。 但应指出，t 型刚构体系在设计中不断改进，逐步与连续梁体系的优点 相结合。实际上，6 0 年代修建的联邦德国本道夫桥己初步体现t 型刚构与 连续梁体相结合的布置，而且t 型刚构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替， 这样，逐步形成了采用柔性薄墩( 墩壁厚度一般为o 2 0 3 支点梁高) 、墩梁 连固形式的连续一刚构体系。连续一刚构与连续刚构体系( 或称多跨刚构 体系) 的区别在于：后者受力特性属于刚构范畴，而前者梁体部分主要起 连续梁的作用，它可归属到连续梁体系的范畴。连续一刚构体系可以分跨 中带铰或无铰的两种类型。 预应力混凝土连续梁在中等跨径范围，它更是千姿百态。无论在桥跨 布置、梁、墩截面形式，或是在体系上( 吸取其它结构的优点) 不断改进 桥型布置，例如v 形墩的连续梁体系、双薄壁墩连续梁体系。值得一提的 是法国的s e t u b e d l o g o o n 桥，主跨1 3 0 m 的五跨连续梁，中间墩采用双薄壁 结构，双壁相距1 0 m ，壁厚仅0 5 m 。 预应力混凝土连续梁在4 0 6 0 m 的范围，己可以说占绝对优势。顶推法、 移动模架法、逐孔架设法等施工方法经济快速、广泛应用也是关键因素。 如瑞士的b e c k e n r i e d 高架桥，总长3 0 4 8 m ，标准跨径5 5 m 。 5 哈尔滨工程大学硕士学位论文 连续梁的横截面形式在小跨径的城市高架桥中，为求最小建筑高度， 常选用板式或肋板式截面，而在中、大跨径主要采用箱式截面。其总的发 展趋势是尽可能加长悬臂桥面板而选用单箱截面，以达到快速施工的目的。 在这种单箱截面的结构中，往往采用三向预应力体系。 预应力混凝土连续梁用于城市桥梁，为充分利用空间，并改善交通的 分道行驶，已建成不少双层桥面的形式，如1 9 8 0 年在维也纳市多瑙河上新 建的帝国( n e wr e i e h s ) 桥。该桥为1 0 跨，主跨为1 6 9 6 1 m ，横截面为两 个分离并列的单室箱梁，箱顶面为公路桥面，箱内通过地下铁道，箱外挑 出人行道，地铁的车站设在桥上，为方便乘客上下，箱壁在每跨上开有五 个大洞。这座桥另一特点是采用部分预应力混凝土设计理论的概念进行设 计，在桥轴方向施加有限预应力，在顶板及底板的横向施加部分预应力。 部分预应力的概念现己逐步为工程师们所接受，己开始在一些大跨预 应力混凝土梁式桥上应用，并已有明显的成效。其主要原因是增设非预应 力钢筋降低预应力值能较大地改善结构的使用性能。 1 5 2 大跨度预应力混凝土连续梁桥在我国的发展状况 我国预应力混凝土连续梁桥在7 0 年代首次应用于城市桥梁工程，几十 余年来，发展极为迅速，已成为我国预应力混凝土大跨径桥梁的主要桥型 之一，并已掌握各种先进的施工方法，如采用悬臂浇筑的洛河大桥、兰州 黄河大桥，沙阳汉江桥等；采用顼推法施工的包头黄河大桥、柳州柳江大 桥；采用大型块件浮吊拼装的容奇大桥、沙口大桥等以及采用移动模架法 由我国有关单位承担施工任务的伊拉克摩萨尔四号桥、科威特巴比延桥等 等。 我国大跨预应力混凝土连续梁的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法， 梁体从墩上对称平衡向两边悬臂现浇伸出。为保持梁体在施工过程中的稳 定，梁体临时锚固于墩上或在墩旁搭设临时支架增设支承点，然后现浇合 拢段转换成最后的结构体系。 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 6 预应力混凝土连续梁桥的悬臂施工法 1 6 1 概述 悬臂施工法是从桥墩开始对称地、不断悬出接长的施工方法。悬臂施 工法一般分为悬臂浇筑法和悬臂拼装法，悬臂浇筑是在桥墩两侧对称逐段 就地浇筑混凝土，待混凝土达到一定强度后，张拉预应力筋，移动机具、 模板继续施工。悬臂拼装法则是将预制节段块件，从桥墩两侧依次对称安 装节段，张拉预应力筋，使悬臂不断接长，直至合拢。预应力混凝土连续 梁桥采用悬臂施工的方法需在旖工中进行体系转换，即在悬臂施工时，结 构的受力状态呈t 形刚构、悬臂梁，待施工合拢后形成连续梁。因此，在 桥梁设计中要考虑施工过程中的应力状态；要考虑由于体系转换及其它因 素引起结构的次内力。同时为使施工受力与运营状态结构的受力尽量吻合， 通常采用悬臂法施工的连续梁采用变截面梁。预应力混凝土连续梁桥在悬 臂施工时，由于墩梁铰接而不能承受弯矩，因此，施工时要采取措施临时 将墩、梁固结，待悬臂施工至少一端合拢后恢复原结构状态，这是连续梁 采用悬臂施工的一个特点。 悬臂施工法不需大量施工支架和临时设备，不影响桥下通航、通车， 施工不受季节、河道水位的影响，并能在大跨径桥上采用，因此得到了广 泛的使用。据日本预应力混凝土工业协会关于预应力混凝土长大桥梁的 调查研究报告文指出，从1 9 5 2 年到1 9 7 2 年的2 0 年中，修建l o o m 以 上跨径的桥梁有5 6 座，1 9 7 2 年后建造的跨径在l o o m 以上的桥梁有近2 0 0 座，其中用悬臂浇筑法施工的有1 6 8 座( 包括我国的7 座桥) ，占8 0 以上， 用悬臂拼装法施工的有1 3 座，占7 左右。上述统计资料充分说明悬臂法 施工的推广应用，大大加快了桥梁向大跨、高难度发展的步伐，最近1 0 年 建造大跨桥梁的数量是前2 0 年的近四倍。同时也可看出，悬臂浇筑的施工 方法适合大跨桥梁的施工，如阿根廷的巴拉奎河( p a r a g u a yr i v e r ) 桥的主 孔跨径2 7 0 m ，澳大利亚的给脱威桥，主跨2 6 0 m ，美国休斯敦桥，总长3 1 8 5 m ， 主跨为3 1 1 4 + 2 2 9 + 1 1 4 m ，是美国最长的一座预应力混凝土连续梁桥，我 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 国沙洋桥，主跨1 1 l m ，均采用悬臂浇筑施工。此外，在悬浇施工的1 6 8 座 桥中，预应力混凝土连续梁桥有近1 0 0 座，占6 0 左右，因此悬臂施工方 是大跨径连续梁桥的主要施工方法。 1 6 2 悬臂施工的程序 预应力混凝土连续梁桥按其施工程序不同，有下列三种情况： 1 6 2 1 逐跨连续悬臂施工 2143657 a 丁丁丁 图2 1 逐跨连续悬臂施工的程序 第一步：首先从b 墩开始进行悬臂施工。 第二步：岸跨边段合拢，b 墩临时固结释放后形成单悬臂梁。 第三步：从c 墩开始进行悬臂施工。 第四步：b c 跨中间合拢，释放c 墩临时固结，形成带悬臂的两跨连续 梁。 第五步：从d 墩开始进行悬臂施工。 第六步：c d 跨中间合拢，释放d 墩临时固结，形成带悬臂的三跨连续 粱。 第七步：岸跨边段合拢，完成4 跨一联的连续梁施工。 对于多跨连续梁仍可按上述程序，从一端开始向另一端进行。逐跨连 续悬臂施工经历了悬臂施工阶段，施工过程中需要有体系转换，这就是悬 臂施工法的基本要点。逐跨连续悬臂旌工可以利用已建结构在桥面上运输， 故机具设备、材料、预制节段的运输简捷。此外，每完成一个新的悬臂并 在跨中合拢后，结构的稳定性和刚度不断加强。因此常在多跨连续梁或较 长的大跨桥上使用。 3 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 6 2 2t 构一单悬臂连续施工 一_ f 534 图2 2t 构悬臂梁连续的施工程序 第一步：首先从b 墩开始进行悬臂施工。 第二步 第三步 第四步 第五步 岸跨边段合拢，释放b 墩临时固结，形成单悬臂梁。 c 墩进行悬臂施工。 岸跨边段合拢，释放c 墩临时固结，形成单悬臂梁。 b c 跨中段合拢，形成3 跨连续梁结构。 多跨连续梁的中段合拢可以2 3 个合拢段同时施工，也可以逐个进行。 按这一程序施工可使结构稳定，受力对称，并便于结构内力调整，但需注 意当边段合拢，b 墩临时固结尚末释放之前为一端铰接，一端固接的超静定 结构，此时张拉边跨的预应力筋时，将产生预加力的二次矩。t 构一单悬臂 一连续的施工程序常在3 跨、5 跨的连续梁中采用。 1 6 2 3t 构一双悬臂一连续梁的施工 一可 325 图2 3t 构双悬臂连续的施工程序 9 r j d 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第一步：首先从b 墩开始进行悬臂施工。 第二步：再从c 墩开始进行悬臂施工。 第三步：b c 跨中间合拢，并释放b 、c 墩的临时固结，形成双悬臂梁。 第四步：a 端岸跨边段合拢。 第五步：d 端岸跨边段合拢，完成3 跨连续梁的施工。 按这一施工程序，先将所有悬臂施工部分连接起来，最后边跨合拢， 不但施工费用昂贵，施工程序跳动，而且在结构呈悬臂状态时稳定性差， 一端施力将引起另一端产生较大的位移，因此较少采用。特别是在大跨和 多跨连续梁桥中，应尽量避免使用这一施工程序，仅在小跨、少跨桥中， 上述缺陷不很突出才有应用。， 上述三种悬臂施工的程序是施工的基本方法，对于某一具体桥梁的施 工程序可选择其中一种，也可兼顾各程序优点综合选用合适的程序，这样 一来施工过程既有单悬臂、又有双悬臂，又有合拢段的同时最后合拢，形 成多跨一联的连续桥梁。 连续梁结构中的最终恒载内力与施工合拢的程序有关，不同的施工程序， 它们的初始恒载内力不同，并且在体系转换过程中，由徐变引起的内力重 分布的数值也不同。 1 6 3 悬臂施工的方法 梁体每2 5 米分为一个节段，是以挂篮为施工机具，从桥墩开始对称伸 臂逐段现场浇筑混凝土的施工方法。 挂篮的主要功能：支承梁段模板，调整正确位置；吊运材料、机具； 浇筑混凝土和在挂篮上张拉预应力筋。在施工中，架设模板、安装钢筋、 浇筑混凝土和张拉等全部工作均在挂篮的工作平台上进行。当该节段的全 部工序施工完成后，由行走系统将挂篮向前移动，动力常采用导链牵引。 行走系统包括向前牵引装置和尾索保护装置。 采用悬臂浇筑施工，桥墩顶部的0 4 块，圬工数量大，一般采用现场就 地浇筑。为了拼装挂篮，往往对悬臂根部梁段也与o 。块一同浇筑，支承这 1 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 部分旋工重量常采用三角托架，当桥墩比较低时，支架可置于桥墩基础上 或直接置于地基上，当桥墩比较高时，可在墩中设置预埋支撑或悬吊式施 工托架。 悬臂浇筑施工时钢筋加工，混凝土拌制和运输问题需要周密计划，尽 量缩短运输路线，方便施工。至于运输路线通常采用两种，一是从桥位下 的拌合站或拌合船供料，竖直吊装或用混凝土泵泵送到挂篮上：另一条路 线是将预制加工场设置在桥头，当悬臂施工末合拢而路线不通过时，可通 过简易支架或缆索吊装设备进行水平运输。合拢段的施工是悬臂施工的关 键，必须在当天温度最低时一次快速施工完成，并注意养生。 悬臂浇筑施工的工作周期一般为6 l o 天，依据节段施工混凝土数量 和结构的复杂程度而不同。缩短施工工期，加快施工进程的主要关键在于 混凝土早期强度上升的快，减少混凝土的养生时间，这是现场浇筑施工中 存在的共同性问题。 挂篮悬臂浇筑施工使用少量施工机具设备，避免大量支架，可以方便 地建造跨越深谷、流量大的河道和交通量大的立交桥，而且施工不受跨度 限制，跨度越大，其经济效益越高，所以大跨度连续桥常采用挂篮悬浇施 工。由于施工的主要作业都在挂篮中进行，挂篮设有外棚，不受外界气候 影响，便于维护；操作重复，有利于提高工作效率和保证旌工质量，同时 还便于在施工中不断调整节段误差，提高施工精度。 1 7 本论文的主要工作 1 对挂篮方案进行比选和定型。针对本桥梁的具体情况，在施工 中采用了两种挂篮形式，即：斜拉式挂篮和垂直式挂篮。 2 挂篮的设计、计算。在计算中本文对组成挂篮的各个构件分别针对 其受力特点进行计算，以确保安全、经济施工。 3 对挂篮的施工工艺进行了说明。指出了在挂篮施工中应注意的 一些问题，对指导旌工具有一定的现实意义。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第2 章挂篮选型 在预应力箱型梁悬灌施工中，挂篮是其主要设备，因此挂篮设备选定 对完成箱梁悬灌起着至关重要的作用。 2 1 国内外悬浇挂篮的形式 近年来，国内外在混凝土悬灌施工中采用的挂篮形式很多，主要有以下 几种： 2 1 1 平行桁架式挂篮 平行桁架式挂篮的上部结构一般为一等高桁梁，其受力特点是： 底模平台及侧模支架所承荷重均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁 底板上，故又称吊篮式结构，桁架在其后端用压重或锚固或二者兼之 来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构。 2 1 2 平弦无平衡重挂篮 平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，取消压重，在 主桁架上部增设前后上横桁，根据需要，其可沿主桁纵向滑移，并在 主桁横移时吊住底模平台及侧模架。由于挂篮底部荷重作用在主桁架 上的力臂减少，大大减少了倾覆力矩，故不需平衡压重，其主桁后端 则通过梁体竖向预应力筋锚固主梁顶板上。 2 1 3 弓弦式挂篮 弓弦桁架( 又称曲弦桁架) 式挂篮的主桁外形似弓形，故可认为 是从平行桁架式挂篮演变而来，除具有桁高随弯矩大小变化，受力合 理的特点，还可在安装时在结构内部预施应力以消除非弹性变形，故 也可取消平衡重，所以一般重量较轻。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 1 4 菱形挂篮 菱形挂篮可认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，其上部 结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的 滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁顶板上，无平衡压重，而且结构简 单，故大大减轻自身静荷。 2 1 5 滑动斜拉式挂篮 滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大突破，其上部采用斜拉式 体系代替粱或桁架式结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下 限位装置( 或称水平割动装置) 承受，主梁的纵向倾覆稳定由后端锚 固压力维持。其底模平台后端仍吊挂或锚固于箱梁底板之上。 2 1 6 预应力斜拉式挂篮 预应力斜拉式挂篮的最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉住 模板，从而使得挂篮结构简化，重量变轻。 2 1 7 三角型组合梁挂篮 三角型组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上，将受弯桁架 改为三角形组合梁结构。又由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主 梁的弯矩，从而使主梁能采用单构件实体型钢，由于挂篮上部结构轻 盈，除尾部锚固外，还需较大压重。其底模平台及侧模支架等的承重 传力与平行桁架式挂篮基本相同。 2 1 8 自承式挂篮 自承式挂篮分为两种，一种是模板支承在整体桁架上，桁架用销 子和预应力筋挂在已成箱梁的前端角上，灌注混凝土时主梁和走行桁 架移至一边，挂篮前行时再安上，吊着空载的模板系统前移。另一种 是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板。通过梁上的水平及竖直应 力筋拉住模板来承担混凝土重，走行方法与前者相同，由临时吊车悬 吊着模板系统前移到下一梁段。这种方法对跨度不很大的等高箱梁较 哈尔滨工程大学硕士学位论文 为适宜。 我们在大力搜集国内外各型挂篮方面的技术情报、市场信息、使 用条件的基础上，通过对情报资料的鉴判、综合，并在总结国内外挂 篮施工、经验、教训中，把握了挂篮技术的发展趋势，决定选择一种 性能先进、实用的新型挂篮。 2 2 挂篮方案的比选与定型 2 2 1 比选标准 挂篮研究设计的起点及技术水平要高，要突破国内现有挂篮悬灌 施工的技术现状；挂篮开发要具有商品化意识，能加快施工进度，缩 短工期和取得良好的经济效益：确保挂篮研究设计的成功率1 0 0 。 2 2 2 挂篮选定型 国内外采用的挂篮种类及形式很多，各具特色，但理想的挂篮应 具有结构简单，重量轻，安装、拆卸及使用方便、可靠，混凝土灌注 施工中变形最小等特点。 国内施工挂篮大多根据工程需要由施工单位自行开发设计、制造。 虽形式很多，但归纳起来大致分为两类。一类是利用大号型钢或钢板 加工焊制的梁作主梁，设计成型钢加拉索三角斜拉式挂篮。该型挂篮 一般靠后端平衡重平衡前端倾覆力矩。这类挂篮具有结构简单、重量 较轻、受力明确、安装走行方便，拆卸工作量小等优点，已在重庆、 沙洋河、松花江等公路大桥及茅岭江铁路大桥广泛应用。由这类挂篮 派生发展的自锚式斜拉挂篮，虽主梁仍采用大号型钢或钢板加工焊制 的梁作主梁，但受力方式大为发展。它利用主梁与已成梁段的锚固力， 并通过斜拉杆( 带) 拉住挂篮的前托梁及模板系统，开展悬灌施工， 取消平衡重及o 撑段施工托梁，结构更简单，重量更轻，受力更明确。 先后应用于株洲湘江大桥，襄樊汉江大桥及风陵渡黄河大桥悬灌施工。 但这类挂篮一般只能专用，不能改作他用。另一类是利用常备的万能 哈尔滨工程大学硕士学位论文 杆件设计拼装成下承式或上承式桁架挂篮。如在乌龙江、汉江、柳江 及沅江等大桥采用，这类挂篮充分利用现有常备万能杆件，非标加工 量少。它的最大特点是通用性强，且刚度大，可取消平衡重。不足的 是重量最大( 一般每个挂篮重在2 0 0 t 以上) ，非弹性变形大。上述两类 挂篮虽形式不同，构造各异，但其受力原理基本相同。 通常挂篮有两根( 片) 主梁安置在已成箱梁的腹板上，主梁悬出 一定长度，且在其上安装垂直( 或斜拉) 吊杆( 带) ，吊( 拉) 住前托 梁及模板系统。灌注混凝土时，挂篮后部用锚杆( 筋) 系统或平衡重， 防止挂篮倾覆。挂篮走行时，解除锚固系统与挂篮的联接，依靠主梁 锚杆( 筋) 或平衡系统平衡空模走行时产生的倾覆力。 这两类挂篮每次悬灌梁段长2 - 6 m ，通常为3 - 4 m ，承重在2 0 0 吨左 右。 2 3 珠江大桥挂篮结构型式 采用斜拉式挂篮施工有如下优点： 1 、新浇筑梁段砼重量通过斜拉带、斜拉梁等作用在已成梁段上， 因而结构受力合理、明确，安全可靠。对于倾覆稳定性的解决，采用 箱梁竖向预应力筋解决，减少了配重，减轻了挂篮的重量。 2 、走行安全、可靠，可通过液压驱动、整体走行一次到位的方式， 使得走行安全、可靠，自动化程度高。 3 、主导梁、前横梁等主要受力构件全部由型钢制作，单件构件轻， 有利于挂篮转移和组装，施工进度大大加快。 4 、可用挂篮直接施工l 撑梁段。 5 、挂篮承载力大，刚度好，有利于保证箱梁砼的施工质量。 珠江大桥上部连续刚构，跨越主航道跨度1 6 0 m ，最大节段砼重量 1 8 0 t ；跨越副航道跨度8 0 m ，最大节段砼重量1 2 0 t 。两种跨度的箱梁施 工各具特点，不仅最大悬灌节段重量不同，更重要的是：由于梁段分 段长度相同，梁高不同，若全部采用斜拉式挂篮，则造成8 0 m 跨度悬 哈尔滨工程大学硕士学位论文 灌施工用挂篮斜拉带倾角过小，造成挂篮的水平分力过大，使得挂篮 结构受力不合理，为解决这个问题，该桥上部箱梁施工采用了两种挂 篮：即主桥1 6 0 m 跨度采用斜拉式挂篮，引桥8 0 m 跨度采用垂直挂篮， 较好地解决了上述问题。 斜拉式挂篮见图2 1 ；垂直式挂篮见图2 2 。 2 4 本章小结 本章中主要介绍了国内外悬浇挂篮的形式，各种挂篮的优缺点，及适 用范围。对珠江大桥挂篮方案的比选标准以及如何选择、确定挂篮形式进 行了详细的分析，并对斜拉式挂篮的优点进行了说明。为下一章挂篮的 设计、计算作了铺垫。 1 6 哈尔滨工程大学硕士学位论文 迥避卜；2 联嚣痞， 婿辎爱； 豇媒蹬猎鞘颦衣【，“匝 辍粤r i h h 曦群硝ff， 鼹转畚i n 眯撂i =联似安啦繇磐女i。h 媒磐女 孵# 痞l n g 瞪q ，i 裂帮楹；a 群磐翟；” 曦葵燧；_【 i 礓、 南 、l 。 1 k 纛葛 h 4 佛l 小 小i 小1 i 以n 川j 一、一t c o ，j p j l c鬣圈 1 j c 冒镛a d 铷 毒；y ；”曩j 拼! _ ? 羹：! ：，嘲卜h ! 小i 小! 小i 小。! 仆! 甄 影 哈尔滨工程大学硕士学位论文 嘶撂叫l 曦麟州i 匝磁堙凋姑碱蝴n匦 撂粤f l 繇棼、电，。n 目l i l i 目 l i 目i【l 00 li j ii il 810 l 。 。7 。 孥畦柱；a 繇搭枉 ” 曦辎坦【 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章挂篮设计及检算 对于一整套挂篮来讲，其构件较多，构件受力类型也较多。构件 中既有梁，也有拉( 压) 杆受力；有简支梁，也有连续梁；有静定结 构、也有超静定结构，因此计算内容多，较为复杂。下面介绍斜拉式 挂篮设计的计算内容和步骤。 3 1 挂篮受力的特点： 挂篮在桥梁悬灌施工过程中，其受力状态一直都是在反复变化过 程中的，由于节段混凝土重、梁段分段长度及梁高( 斜拉带倾角不同) 等的不断变化，使得整套挂篮在施工过程中，部分构件在一个节段中 受力最大；而另一部分构件在其它梁段中受力最大；因此，挂篮的设 计计算，必须找出几个有代表性的节段分别计算，找出所有构件在整 个施工过程中的最大受力值，整套挂篮以最不利受力组合控制，计算 整套挂篮的受力状态，确保安全、经济施工，并能提高施工质量和进 度。 3 2 检算内容和步骤 l 、调查悬灌箱梁基本参数，确定要计算的箱梁节段。本桥悬灌箱 梁参数见表3 1 ，计算中选取d 1 、d 4 、d 1 0 、d 1 5 、d 1 8 梁段逐段计算。 1 9 哈尔滨工程大学硕士学位论文 $ 1 1 表3 i1 6 0 m 跨主梁要素 节段长度节段重量顶板厚腹板厚底板厚 截面梁高 节段号 c m t c m c mc mc m 0 1 5 4 01 0 1 3 55 09 01 2 08 0 0 l3 0 01 7 3 22 5 7 08 87 8 4 23 0 01 6 5 62 57 0 8 27 3 9 33 0 01 5 4 32 5 7 07 76 9 6 4 3 0 01 6 6 92 56 07 26 5 5 53 5 01 5 8 82 56 06 66 l l 63 5 01 5 1 32 5 6 06 l5 5 9 73 5 01 4 12 56 05 65 3 0 84 0 0 1 4 9 9 2 5 5 05 24 9 5 9 4 0 0 1 4 2 92 55 04 74 5 8 1 04 0 01 3 7 12 55 04 34 2 4 l l4 0 01 3 2 1 2 5 5 04 03 9 5 1 24 0 01 2 6 22 55 03 73 7 0 1 34 0 01 2 1 12 54 53 43 4 9 1 44 0 01 1 8 12 54 53 23 3 l 1 54 0 0“5 92 54 53 03 1 7 1 64 0 01 1 4 5 2 5 4 5 2 93 0 8 1 74 0 01 1 2 72 54 52 83 0 2 1 84 1 51 1 5 62 5 4 02 83 0 0 1 9 4 1 51 1 5 62 54 02 83 0 0 合拢段 2 0 05 5 72 54 02 8 3 0 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 2 、确定设计和计算的基本参数 1 ) 、荷载取值： 梁段的砼重：yh = 2 5 - 2 7 5 t 盯 施工人群荷载：0 2 t m 2 施工震动荷载：0 1 5 t m 模板重量：0 0 8 5 t m 2 2 ) 、强度允许值： 整套挂篮采用的钢种不同，共采用a 3 、1 6 m n 、4 0 c r 、4 5 号钢等 几种钢材，其强度允许值见表3 2 。钢材的弹性模量：e = 2 1 0 g p a 表3 2 不同种类钢材强度允许值m p a 轴向容许应力弯曲容许应力容许剪应力 型号 【o 】【ow 】【t 】 a 31 4 01 4 59 8 1 6m n2 0 0 2 1 01 7 5 4 0c r 3 5 03 5 0 2 0 0 4 5 号钢2 1 02 2 01 6 0 3 3 计算方法 将底模系及下限位、斜拉系综合在一起，按梁段砼全部作用于挂 篮底模上，分d 1 、d 4 、d 1 0 、d 1 5 、d 1 8 段逐段计算，找出各构件在以 上各段中受力最大者，按此设计结构断面，其计算结果见下页表3 3 。 3 4 计算挂篮构件断面特