11—149——高铁特大桥施工控制中挂篮研究——终稿.doc

连续刚构梁桥施工中对挂篮变形的研究（中铁十二局集团第一工程公司，山西临汾，041000）摘要：研究连续刚构梁桥施工中的挂篮变形，是为了确保成桥结构的内力和线形，满足设计要求，避免出现意想不到的极端施工事故，本文以武汉至宜昌铁路彭市汉江特大桥为例，对采用的菱形挂篮在施工控制中的结构变形进行了详细的检算，并通过挂篮变形试验，验证了结构的安全可靠性；将测试和计算分析的成果应用在悬臂施工过程中，取得了平稳、安全，简便的施工效果，所浇筑的特大桥主跨结构坚固、平顺、美观，充分保证了特大桥悬臂浇筑施工的顺利进行。关键词：高速铁路；桥梁；菱形挂篮；挂篮变形中图分类号：U445 Study on Deformation of Movable Suspending Scaffolding in Building of Continuous Rigid Frame Beam BridgeLIANG Hai-long(The first Engineering Company of China Railway 12th Bureau Group Co., Ltd., Linfen, Shanxi, 041000, China)Abstract: Study on deformation of movable suspending scaffolding in building of continuous rigid frame beam bridge is to ensure internal force and linear shape of the bridge structure and meet the design requirements so as to avoid the unexpected extreme construction accidents. In this paper, taking Pengshi Han River super major bridge on Wuhan-Yichang Railway for example, a detailed check calculation is made for the structural deformation of diamond movable suspending scaffolding and the structure is proven safe and reliable by movable suspending scaffolding deformation test. The construction is completed in a stable, safe and simplified way by applying test and calculation analysis in cantilever construction. The main span structure of super major bridge, characterized stableness, straightness and sense of beauty, ensures the successful cantilever placing of super major bridge.Key words: high-speed railway; bridge; diamond movable suspending scaffolding ; deformation of movable suspending scaffolding 1 工程概况彭市汉江特大桥位于新建武汉至宜昌铁路的彭市跨越汉江，桥梁上部结构形式为连续刚构梁桥，跨径组合形式：102m+168m+102m，桥梁横断面为单箱单室断面，顶板宽12.2m，主跨悬臂浇筑节段共划分为20个节段，悬臂浇筑节段长度依次有3.0m、3.5m与4m，最大节段浇筑重量307T，桥梁下部结构形式为钻孔灌筑桩。2 挂篮施工在特大桥梁建设中的作用 ，为了实现上述目的，就必须对施工过程进行有效的控制，准确实测能够反应结构受力状态的结构响应，对施工过程中的各种影响成桥目标的模型参数进行合理的修正，对结构前期状态进行识别，对后期状态进行预测及调整。因此，对彭市汉江特大桥在施工工程中的挂篮变形的研究是非常必要的。挂篮变形是指支架、挂篮、吊蓝、托架、模板等的变形。T构悬臂浇筑施工时，各施工阶段立模标高（即底模前缘标高），不仅计入桥面设计标高、桥面铺装层厚度、截面的结构高度、主梁自重、预应力、温度、混凝土收缩徐变等的影响，而且挂篮变形也是不可忽略的因素。考虑到挂篮及模板的组成较为复杂，在外荷载的作用下，各部分之间紧合，杆件压缩等会产生压缩变形，所以用水准仪跟踪监测，随时用千斤顶或倒链作升降调整，使最后混凝土浇筑标高与标高通知书下达的计算数值接近相同。施工时混凝土浇筑挠度可记为： = + + 式中： 混凝土浇筑后挠度； 挂篮自重挠度； 浇筑段混凝土挠度； 挂篮变形挠度。3 挂篮的构造该桥采用菱形挂篮施工，基本构造是由菱型主构架、提吊系统、走行及后锚系统、模板系、工作平台等组成。3. 1 主构架 主构架位于箱梁顶部腹板上方，是挂篮主要受力部件。在悬浇施工阶段主要承受混凝土重量和施工荷载，在挂篮走行阶段主要承受模板重量。横向是由两片主桁组成，单片主桁由下弦杆、上弦杆、斜杆、立柱和斜拉钢带构成，横向桁式联接而成。3. 2 提吊系统 提吊系统包括前后吊带、内外滑梁及吊杆、千斤顶等，是结构的传力部分。菱型主构架前端设置吊带，吊带吊住底模板前端，是一个主要受力机构，吊带可通过螺旋式千斤顶调整高度；它的作用是将底模平台自重及其上部荷载传递到主构架和己知梁段的顶板上。3. 3 模板系 模板系包括底模、底模平台、侧模和内模。其中底模是主要承重构件，底模前端吊挂在菱型主构架上，后部锚锭在己成梁段上；底模平台是施工人员的工作面，它提供的操作场地可以使施工人员完成其支模、钢筋绑扎、混凝上浇筑养护、预应力钢束张拉等工作；由于桥体采用箱形梁，所以要采用内外双层模板以满足混凝土浇筑的需要，外模板采用整体钢模板，它可随梁的变化而自由下垂，内模由内模板和内模框架组成，内模板由定型组合模板拼组，在箱梁锯齿部位由木模替换对应的组合模板块件即可。3. 4 走行及后锚系统走行系统有走行轮、滑板、走行轨等组成。由于挂篮体积、重量都比较大，所以必须为其安装走行系统才能保证上一段混凝上浇筑完成之后顺利进行下一段混凝上的浇筑，在箱梁顶板铺设挂篮走行轨道，该走行轨道下与箱梁腹板处预埋的竖向预应力钢筋连接，轨道顶面则与菱型主构架相连，走行轨道在灌注箱梁混凝土时是一个传力机构，而在挂篮前移时则为一滑行轨道，由两台手拉葫芦牵着主构架前移，并带动底座平台外侧模一同前移就位，挂篮移动过程中的抗倾覆力矩的反扣轮经轨道传至己硬化箱梁。内模可在钢筋绑扎完成后由人工沿内模走行梁推至下一梁段就位。后锚系统是当挂篮施工时，锚锭主构架之用，它的作用是平衡浇筑混凝土时产生的倾覆力矩以确保挂篮施工安全。4 挂篮变形计算根据该桥的设计要求与施工特点，对其采用的菱形挂篮主桁系统作了变形计算分析。主桁系统空间结构模型计算时，是根据设计图纸提供的内、外模板系统重量，通过吊带传到前、后上横梁上，下部结构荷载同样也是通过吊带传到前、后上横梁上，模拟荷载如图1（a）所示。从图1（b）中可以得出，在混凝土浇筑阶段，挂篮主桁最大拉应力为123MPa，位于主桁片与前上横梁连接处的232桁片上，挂篮主桁最大压应力为171MPa，位置在主桁片与前上横梁连接处的232上，计算结果均小于规范容许的1.1=1.1170=187MPa，主桁结构理论最大竖向计算变形为11.6mm。图 1 挂篮模拟荷载与分析计算结果 5 挂篮试验5. 1试验目的 通过对挂篮结构的加载试验，可以实测到菱型挂篮的弹性和非弹性变形值，在保证施工安全性的同时，验证设计参数和挂篮的承载能力，确保挂篮的使用安全，通过模拟压重检验结构，消除拼装带来的非弹性变形；根据测得的数据推算挂篮在各悬灌段的竖向位移，为悬臂施工线性控制提供可靠依据。5. 2 挂篮变形测点布置挂篮变形是指支架、挂篮、吊篮、托架、模板等各部位的变形。根据该桥的特点，挂篮变形观测点共设置4个测区，依次为挂篮底板后支点A区，此处测点编号为测点1、测点2；混凝土顶板挂篮横梁前支点B区，此处测点编号为测点3、测点4；挂篮上横梁前端C区，此处测点编号为测点59；挂篮前吊带与底板连接处D区，此处测点编号为测点1018，作为挂篮变形试验监测的控制测点。具体布置见图2所示。 图2 挂篮测区与测点布置图5.3 加载方法为了保证检测值的准确性，根据施工荷载对挂篮的作用力采用模拟加载方法，用编织袋装砂过磅后分级加载，试验按悬臂阶段最大悬浇重量的120进行加载，全部加载过程分为六级，加载过程为对称加载；卸载过程分为六级，依次以加载过程中的加载级别进行卸载，按照相关的要求，加载和卸载持荷时间均在规范规定时间以上；卸载完毕后分别进行12小时后和24小时后的挂篮残余变形观测。试验加载顺序为底板腹板翼缘板顶板。5. 4 测试数据（以测区C为例）见表1。 表1 挂篮试验测区3上横梁侧点加载试验数据方向（纵向）测点（横向）一级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.92799.92499.924-3299.90999.89999.904-7.5399.90799.90199.902-5.5499.90699.90299.901-4.5三伏潭侧1100.135100.134100.134-12100.118100.115100.115-33100.115100.113100.113-24100.139100.132100.137-4.5方向（纵向）测点（横向）二级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.92499.91899.918-6299.90499.89799.896-7.5399.90299.89499.894-8499.90199.89599.895-6三伏潭侧1100.134100.129100.129-52100.115100.106100.108-83100.113100.104100.105-8.54100.137100.134100.133-3.5方向（纵向）测点（横向）三级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.91899.90799.906-11.5299.89699.88599.885-11399.89499.88499.882-11499.89599.88999.888-6.5三伏潭侧1100.129100.129100.128-0.52100.108100.092100.091-16.53100.105100.092100.091-13.54100.133100.121100.119-13方向（纵向）测点（横向）四级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.90699.90199.9-5.5299.88599.87199.871-14399.88299.86999.87-12.5499.88899.87999.878-9.5三伏潭侧1100.128100.117100.119-102100.091100.081100.081-103100.091100.080100.080-11.54100.119100.113100.113-6方向（纵向）测点（横向）五级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.999.89399.893-7.5299.87199.85599.855-16399.8799.85599.855-15499.87899.87299.872-6三伏潭侧1100.119100.114100.114-52100.081100.067100.067-14.53100.08100.064100.064-15.54100.113100.107100.107-6方向（纵向）测点（横向）六级加载初读数加载读数持荷读数计算值(mm）天门侧199.999.89399.893-7.5299.87199.85599.855-16399.8799.85599.855-15499.87899.87299.872-6三伏潭侧1100.119100.114100.114-52100.081100.067100.067-14.53100.08100.064100.064-15.54100.113100.107100.107-66 试验数据分析与应用 彭市汉江特大桥施工控制中挂篮测试数据分析，以试验中变形数值最大的测区3为例进行回归分析，剔除在对挂篮竖向位移进行测量过程中，温度、挂篮体系自身接处严密程度、测量精度等影响因素，经线性回归分析得出加载x与挂篮竖向位移y之间关系为y=0.1166x-0.7427。该公式可作为该桥施工阶段施工控制的挂篮变形参考公式使用。见图3所示。图3 荷载试验数据回归分析图 表2 彭市汉江特大桥主墩（119t）悬臂浇筑节段挂篮变形理论计算与实测值表 （单位：cm）节段号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#16#17#18#19#20#计算值2.82.82.72.62.6