余云芳，余濤

（1.江西省天馳高速科技發(fā)展有限公司，江西 南昌 330000；2.江西際洲建設工程質量檢測有限公司，江西 上饒 334000）

0 引言

連續(xù)剛構橋具有墩梁固結、梁體連續(xù)等結構優(yōu)勢，并充分利用高墩柔度適應結構預應力變化、混凝土溫度變化及收縮徐變等所造成的位移。隨著橋梁設計軟件的升級及橋梁設計施工經(jīng)驗的不斷豐富，預應力連續(xù)剛構橋跨徑也持續(xù)增大，這種橋型在工程實踐中的應用也日益廣泛。懸臂澆筑施工技術自20世紀80年代引入我國以來，已經(jīng)成為大中跨度橋梁常用的施工技術，但掛籃懸臂施工在梁面寬度20m及以上的連續(xù)剛構橋方面的應用較為少見，橋面寬度的增加必將增大掛籃設計及施工難度，尤其是掛籃下橫梁設計難度，如果采用常規(guī)的掛籃設計思路，后下跨梁跨度增大后所對應的后下橫梁剛度會更大，不利于箱梁線形控制。為此，連續(xù)剛構橋掛籃設計便成為解決問題的關鍵。

1 工程概況

某高速公路樁號K411+127處特大橋按照三向預應力混凝土連續(xù)剛構橋設計，橋梁長345m，且位于半徑260.06m和276.85m的小半徑曲線上。箱梁為單箱單室，且頂面橫坡和路線橫坡吻合，底板平行于頂板，兩側腹板高度一致，使得箱梁在曲線上呈現(xiàn)出平行四邊形截面，隨著橋面橫坡的變動，腹板和頂?shù)装鍔A角隨之改變。箱梁頂?shù)酌鎸?2.5m和11.5m，根部及跨中梁高7.5m和3.0m，梁底下緣呈二次拋物線的變化形式。該連續(xù)剛構橋面寬及底寬較大，如果采用常規(guī)的掛籃形式及設計方法，必將增大掛籃下橫梁跨度及相應的結構自重和剛度。梁面橫坡的增大必將增加梁面高差，同時也增大了設計難度[1]。

2 掛籃構造

考慮到該預應力混凝土連續(xù)剛構橋結構的特殊性，故對掛籃也提出了較高要求：掛籃結構必須能夠在曲線上行走，以適應橋面橫坡變化的需要；掛籃模板必須能靈活調整，以滿足標高變化及腹板和頂?shù)装鍔A角的變化要求。按照以上要求對掛籃結構進行設計，具體見圖1。掛籃結構包括主承重桁架、底模平臺、上吊桿橫梁、頂模懸吊分配梁、模板系統(tǒng)及縱向移動系統(tǒng)等部分。單個掛籃結構設計重量為70.2t，其中模板系統(tǒng)和支承系統(tǒng)各自的重量分別為24.6t和45.6t；最大澆筑段重量為212t。

圖1 菱形掛籃整體布置

2.1 主承重桁架系統(tǒng)

該連續(xù)剛構橋掛籃結構中主承重桁架設計為平行四邊形，并在各個掛籃橫向箱梁梁肋處設置2片桁架片，考慮到最大橋面橫坡取7.0%，2片桁架片之間的距離為11.0m，高差較大。為保證主承重桁架系統(tǒng)能滿足橋面橫坡變化方面的要求，并克服彎道上兩片主橋前移距離方面的差異，在2片桁架片之間并不設置橫向聯(lián)系，以保證桁架片不受任何約束的情況下較好適應橋面橫向高差變化方面的要求；并通過主承重桁架間距的調整適應箱梁寬度的變化。然而，不設置橫向連接系的桁架片并不穩(wěn)定，為此，還應在主桁架立桿上增設斜向輔助支撐，并借助后行走反扣和前角鋼反扣將主桁架卡固在滑行軌道結構上，再通過f32mm精軋螺紋鋼豎向預應力筋與壓板配合的方式固定軌道?？紤]到安裝和拆卸的便捷性，應通過2根槽鋼將主桁架片桿件均焊接成組合梁形式，前支撐和下縱梁、立桿、上縱梁和后斜拉桿等分別采用Ⅰ40a、Ⅰ32a和Ⅰ36b工字鋼，并通過鋼銷連接各桿件。以∠100×10等邊角鋼設置輔助支撐，并通過鋼板與螺栓將輔助支撐和立桿、下縱梁牢固連接。通過以上方式所設計出的掛籃結構受力明確，作業(yè)空間更為廣闊。

主桁錨固通過箱梁豎向預應力筋完成，由于精軋螺桿鋼具有一定的脆性，為此必須在設計環(huán)節(jié)充分考慮安全度，通過YGL連接器將主桁架尾部箱梁豎向預應力筋接長，并借助壓板和千斤頂錨固，保證錨壓力直接作用于縱梁頂面，錨固合力則作用于主桁架后銷節(jié)點四周30cm區(qū)域內。

2.2 底模平臺

該連續(xù)剛構橋菱形掛籃的底模平臺主要包括橫縱梁、背銷橫梁、吊桿及平臺模板等部分。其中前后橫梁的主支承結構為吊桿，縱梁則以前后橫梁為支承，縱梁上支承背銷梁，背銷梁上再支承底模平臺。通過Ⅰ45b工字鋼將前后橫梁牢固栓接并構成組合式斷面結構；底平臺上分別設置10根縱梁，并通過槽鋼將縱梁栓接成組合梁形式。將2根f72mm鋼吊桿和2根f56mm鋼吊桿分別設置在前橫梁上；后橫梁上未澆筑橫隔板及澆筑橫隔板的節(jié)段分別設置4根f72mm鋼吊桿和6根f72mm鋼吊桿，并將長度為1m的雜木墊縱向安裝在底板上，起到分散吊桿應力的作用。

2.3 上吊桿橫梁

在主承重桁架前部設置上吊桿橫梁，主要起到支承及錨固底模平臺和頂模懸吊分配梁前吊桿的作用，并借助Ⅰ50b工字鋼將其整個栓接為組合梁形式?？紤]到該連續(xù)剛構橋面橫坡存在一定程度的變化，故應借助鉸座和銷鋼牢固連接上吊桿橫梁和主桁架，并在鉸座上按照設計要求打設橢圓形銷孔，以滿足吊桿橫梁長度變化的需要。

2.4 頂模懸吊分配梁

該分配梁的主要作用除支承內外模板外，還用于掛籃行走過程中底平臺的支承梁，該分配梁前后端分別支承在上吊桿橫梁和箱梁頂板上。在其翼緣板上分別設置1根Ⅰ40b和Ⅰ50b工字鋼滑梁，主要作為模板支承及后吊點支承。將1根Ⅰ40b工字鋼滑梁和2根32a槽鋼吊梁設置在內模結構中，起到支承頂模板的作用，在掛籃行走過程中將2根32a槽鋼吊梁結構撤除后僅剩下1根Ⅰ40b工字鋼滑梁支承頂模板向前移動。

2.5 吊桿

該連續(xù)剛構橋所設置的吊桿包括鋼板吊帶、鋼吊桿和f32mm精軋螺紋鋼吊桿3種。為降低滑梁行走過程中所承受的摩擦力，必須在全部滑梁后支承上增設鋼板吊帶，并將滾輪設置在吊帶下方以支承滑梁。底模平臺、滑梁前吊點和內滑梁前吊點等均通過鋼吊桿懸吊，故鋼吊桿設計時必須充分考慮支承結構重量、所對應的拉應力以及掛籃行走過程中所產(chǎn)生的水平摩擦力、吊桿下端產(chǎn)生的彎應力[2]。由于f32mm精軋螺紋鋼具有很大的脆性，故f32mm精軋螺紋鋼吊桿只在頂模吊梁前后吊點和外滑梁前吊點處使用[3]。

2.6 縱向移動系統(tǒng)

在該連續(xù)剛構橋各片主桁架前支點下方增設鋼板，并將1塊厚度為10mm的四氟乙烯橡膠滑塊增設在鋼板下方，進而構成縱向移動系統(tǒng)。滑道由20mm厚、240mm高的鋼板焊接而成，為降低摩擦阻力，通過砂輪將其頂面打磨平整，借助壓板與豎向預應力筋錨固滑道。借助滑車組和四套手拉葫蘆實現(xiàn)主承重桁架的牽引行走，進而在吊桿滑梁的帶動下使底平臺和懸吊分配梁、內外模板等均順利前移。菱形掛籃后端則在反扣輪的帶動下沿著軌道滾動，起到全過程重量平衡的作用。為避免主桁架運行在彎道的過程中和軌道卡死，必須在后走行反扣輪、前限位角鋼和滑輪外側設置一定間隙，具體寬度通過計算得出。

2.7 模板系統(tǒng)

該連續(xù)剛構橋菱形掛籃底模板采用厚度為5mm鋼板，通過點焊方式與背銷橫梁固定；其余模板所用材料與底模板一致。掛籃結構中的主副背銷分別采用槽鋼和∠75×8的角鋼材料，并在設置過程中交叉形成網(wǎng)格狀，將交叉處焊接牢固?？紤]到橋面橫坡不同所導致的翼緣板和腹板相交角度的變化，必須通過鉸接方式連接翼緣板和腹板交叉部位。腹板外模按照不同形式組合后形成4m、6m及8m的不同高度，超出部分則懸吊在底平臺外側。

通過設置在外側的2根滑梁支承翼緣板和腹板外模，同時借助2根滑梁和2根懸吊梁支承頂模，從而簡化翼緣板模和頂模支承架，減小模板系統(tǒng)的實際重量。

3 掛籃行走

按照設計，該連續(xù)剛構橋菱形掛籃滑梁和吊帶滾輪之間的摩擦力并不大，為克服滑梁和滾輪之間的摩擦力，只需要將前吊桿偏移量確定在5.6cm即可，并直接借助主桁架前吊桿的帶動，實現(xiàn)內外模板和底模平臺前移。待完成梁段預應力張拉后將內外模板支承縱梁和底模平臺放松，借助15t滑車和鋼繩將底模平臺后橫梁掛在滑梁上收緊，再解除頂?shù)装宸腔旱鯒U。全面檢查走形狀態(tài)結束后的鋼軌壓板和反扣輪，完全滿足受力要求后將主桁架后錨撤除。此后2片主桁架在4套5t倒鏈滑車的牽引下均勻慢速前移，與此同時底模平臺和模板也在前吊桿、滑梁等的帶動下向前滑移。待主桁架、底模平臺和內外模板等結構均滑移到位后將主桁后錨錨固好，再按照設計標高將底模平臺和內外模板提升，此后安裝滑行吊帶和后吊桿，并將前段滑行吊帶及鋼繩等全部撤除，使菱形掛籃重新回到初始狀態(tài)。

4 掛籃加載試驗及受力驗算

4.1 加載試驗

考慮到掛籃結構的安全穩(wěn)定性，必須在消除非彈性變形的基礎上得到結構荷載和掛籃結構變形的相關關系，并在掛籃結構試壓后對其受力噸位和受力位置展開模擬?？紤]到袋裝砂預壓對密封性要求不高，且經(jīng)濟性較好，故該剛構橋菱形掛籃采用袋裝砂預壓方式。試壓時按照壓載總量的20%、40%、60%、80%、100%及120%等六個級次逐級加載并一次卸壓，進行各級荷載所對應撓度的測定。結合所得到的撓度值，繪制掛籃載重彈性變形曲線。根據(jù)掛籃載重彈性變形曲線，掛籃各測點彈性變形值和試驗荷載大致呈線性關系，表明各構件工作過程中均未超出材料線彈性范圍，且不同荷載下測點的彈性變形值均小于設計值，掛籃結構載重系數(shù)取值均合理。

4.2 受力驗算

掛籃強度計算時，以掛籃結構自重和澆筑段混凝土為靜態(tài)荷載，同時考慮1.2倍的動力附加荷載和1.0kPa的施工荷載。分別計算相應節(jié)段中重量最大的7#澆筑段和12#澆筑段混凝土重量，再按照各單元內力最大值進行控制。在計算掛籃剛度時，以掛籃結構自重和澆筑段混凝土為主要荷載形式，并考慮1.0kPa的施工荷載，此外的澆筑段混凝土重量同樣分7#澆筑段和12#澆筑段計算。掛籃行走時，以掛籃結構自重和1.3倍的行走沖擊系數(shù)進行荷載確定，同時考慮各單元內力最大值后選擇最不利工況進行設計。

應用空間桿系結構和SAP84有限元分析軟件進行掛籃結構穩(wěn)定性分析，將菱形掛籃視為空間桿系結構，借助吊桿將底模平臺前橫梁支承在吊桿橫梁上，應用空間桿系結構進行結構穩(wěn)定性分析，更能體現(xiàn)出結構內力及變形狀況。此外，計算掛籃行走期間后走行反扣輪、滑軌頂板及錨固結構等的穩(wěn)定性以及牽引力狀態(tài)。

5 結語

綜上所述，連續(xù)剛構橋菱形掛籃結構因取消了平衡重結構，尾部錨固主要使用的是高強鋼筋，大大增強了結構安全性。該連續(xù)剛構橋施工過程從2020年8月開始，到次年5月中旬完成懸臂澆筑，且梁體線形等指標均符合規(guī)范；菱形掛籃結構輕便、剛度好，行走穩(wěn)定，標高調整靈活方便；前端具有較大的施工空間，施工過程干擾?。粧旎@施工線性控制好，合龍精度高，一次投入可多次周轉使用，經(jīng)濟效益和社會效益十分顯著。