GL-XL230型挂篮的设计及其在镇海湾大桥的应用

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1、概 述
    GL-XL230型挂篮是桥梁施工中用来逐段推进混凝土箱梁模板的悬挂设备,具有承载力大、自重轻、主要承重件刚度大、稳定性好、加工简单、装拆方便、施工便捷易控制、工人劳动强度低等特点。通过粤西沿海高速公路台山镇海湾特大桥的使用证明，该挂篮性能良好、安全可靠、操作方便、外观接缝平顺，挂篮移动及就位调整速度较快，一次只需3～4h，与以往的挂篮相比，工人劳动强度大幅减低，提高工效200%，是全桥提前完工的一个重要保障措施，在取得了良好的企业经济效益时，也带来了巨大的社会效益。
    2、GL-XL230型挂篮设计
    2.1 设计原则
    根据镇海湾特大桥主桥190m跨预应力混凝土连续箱梁采用悬臂浇筑施工这一需要，再考虑到以后挂篮构件尽可能在多场合使用的要求，我们确定GL-XL230型挂篮的设计原则如下：
    （1）安全可靠，重量轻，尽可能利用型钢，减少机械加工量；挂篮装拆要方便，施工易控制、速度快，工人劳动强度小。
    （2）为保证箱梁外观接缝平顺，承重系统的主要构件截面尺寸由刚度控制设计。
    （3）挂篮设置定向滑道，除滑道及内模外挂篮一次性整体前移到位。
    （4）通用性强，在适用不同的桥梁施工时，挂篮的改造量要小。
    （5）解体后最大构件重量不超过3t，且运输上能满足公路及铁路运输的要求。
    2.2 设计参数
    （1）箱梁的结构参数：箱梁的节段长度为3.25～5m，箱梁底板宽7m，顶板宽13.5m，梁段高变化范围为10.5～3.203m，箱梁为单箱单室。
    （2）设计荷载：箱梁节段混凝土最大重量为232.4t，人群荷载3t，施工振动力2t，模板系统重量30t，考虑施工及挂篮加工过程中的一些不利因素，设计荷载中混凝土的重量乘以1.2倍，即设计荷载为313.9t。
    （3）设计变形：fmax=L/600。
    2.3 挂篮的结构及其特点
    GL-XL230型挂篮主要由上部承重系统、底篮系统、吊带、侧模系统、行走系统以及后锚固系统组成。
    2.3.1 上部承重系统
    本部分主要由两片三角形平面桁架、横联、边后上横梁、中后上横梁以及前上横梁组成。
    三角形平面桁架由通过螺栓连接的前后两段主梁、立柱、拉杆以及销子等组成，通过2根25槽钢及节点板连接到两片三角形平面桁架的立柱组成空间桁架。三角形桁架各杆件受力明确，且迎风面积减小，增加了抗风力。考虑到主梁及立柱为压弯构件，为保证三角桁架的稳定性及挂篮刚度要大这一设计要求，主梁及立柱采用A3钢板焊接箱型梁的结构形式。
    后上横梁分为左、中、右三段，与主梁在同一平面，分别通过螺栓连接到前段主梁的支座位置处，左右两边的后上横梁还通过侧斜拉杆与立柱斜拉，以减小混凝土箱梁顶板外侧的挠度。
    前上横梁采用两条I56a工字钢制作，通过螺栓固定在主梁的前端。
    挂篮的三角桁架先运用SAP84结构计算程序进行各杆件的受力及变形分析，然后再通过手工计算进行复核。考虑到加工及安装时会出现一些偏差，三角桁架的立柱有可能出现不垂直或偏心状态，故在建模时把立柱顶端向前或向后偏离10mm、并同时向侧边偏移10mm以模拟其最不利的受力状况。
    2.3.2 底篮系统
    底篮的主要承重构件由横梁及纵梁组成。前后下横梁采用2I56a工字钢组焊，纵梁采用7m长的2[28a槽钢组焊，纵梁与横梁之间采用铰接，以适应箱梁底板的变坡。
    底模长5.5m，宽7.0m，面板采用8mm厚钢板，肋板采用8根槽钢制作。
    2.3.3 吊带
    考虑到箱梁钢筋骨架焊接或者运输及安装时有可能导致吊杆的局部损伤，设计时未采用通常用Ⅳ级精轧螺纹钢的做法，而是采用30mm厚的16Mn钢板作为联系上部承重系统与底蓝的吊带。吊带上钻有一系列的孔，在调整底模标高时，通过螺旋千斤顶、插销、扁担梁以及不同厚度的垫块来实现。此种做法尽管稍显复杂，但安全性大为提高。
    2.3.4 侧模系统
    外侧模采用整体式钢模，骨架用14根槽钢、I25工字钢及L75角钢与模板背面肋板焊接形成一个整体。外侧模通过吊杆调整垂直方向标高，通过长度可调的侧模撑杆调整水平方向位置。外侧模通过侧模吊杆、侧模撑杆与挂篮上部承重系统及底篮系统连接，实现整体前移。
    由于箱梁截面变化较大，内侧模采用组合钢模及木模拼装，不与挂篮同步前移。
    2.3.5 行走系统
    挂篮行走系统是通过下部的滑动摩擦和上部的滚动摩擦来实现。滑动摩擦系统自下而上依次是：固定在混凝土箱梁上的钢枕、镶嵌有不锈钢板的滑道、镶嵌在主梁下端中间支座上的四付滑板，滚动摩擦付由主梁后段上盖板及反扣于主梁上的反扣轮组组成。下滑道具有导向作用，保证挂篮就位准确。挂篮前移时采用两台5t卷扬机作动力。
    2.3.6 锚固系统
    后锚杆采用Ⅳ级φ32精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋通过连接器连接在一起。在浇筑混凝土状态，后锚杆作用在主梁上的后锚横梁提供挂篮所需反力，防止挂篮向前倾覆；挂篮移动时，反扣梁换为反扣轮组，同时，为克服反扣轮组向前的水平分力，利用固定在混凝土箱梁上的手拉葫芦拉紧反扣轮组。
    3、GL-XL230型挂篮在镇海湾大桥的应用
    简介
    3.1 挂篮的制作与拼装
    由于挂篮的上部承重系统拼装精度要求较高，因此，这部分构件在工厂加工，并且先在厂内进行预拼装，并逐个杆件编好号。其余构件由于大部分采用型钢制作，在现场进行加工，底篮系统作为一个整体也进行预拼装。
    工地安装挂篮上部结构主要利用一台QT80EA型塔吊配合安装，侧模及底篮利用墩上两台8t卷扬机配合安装。安装时严格按照工厂编号进行，顺序如下：测量放样→铺设钢枕→固定滑道→预装三角桁架主梁→安装后上横梁→安装立柱及横联→安装斜拉杆及侧斜拉杆→终拧三角桁架连接螺栓→安装后锚固系统→安装前上横梁→安装外侧模→安装底篮并就位→侧模就位固定。
    3.2 挂篮的试验
    挂篮的试验主要为了检验三角桁架各杆件的变形值以及其前端的挠度，验证其承载能力，确保挂篮的使用安全。由于后上横梁直接作用于整个挂篮的支点上，对挂篮的主梁受力基本没有影响，因此，挂篮的试验采用集中加载形式。试验时第一套挂篮在已浇筑好的梁面上安装并锚固，前上横梁、底篮及模板系统暂不安装。
    加载点设在前上横梁作用在主梁的支点处，为此，专门制作了两个反力架，每个反力架通过4根Ⅳ级φ32精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋连接在一起。采用两台YCW250型张拉千斤顶分别对两边主梁前端进行分级加载。试验得出的结论与设计值较为吻合。
    3.3 挂篮施工
    挂篮通过卷扬机牵引到位后，首先复测挂篮的顺桥向及横桥向位置，若有偏差通过螺旋千斤顶进行微调，位置准确后再利用螺旋千斤顶顶在后上横梁的支座处将挂篮升起，同时将下滑道前移，避开三角形桁架中点处的支点，该支点改为钢枕作为支撑，调平后，将挂篮整体放下就位，同时，将后锚反扣轮逐个换为后锚梁并锁紧后锚。
    挂篮就位后，接下来主要工序依次如下：底模就位并固定→侧模就位固定→安装钢筋骨架及预应力管道→安装内模→浇筑混凝土、等强化后再拆侧模及内模→张拉、压浆→底模下降→安装挂篮前移滑道→转换后锚系统→挂篮前移进入下一循环。
    4、结 语
    镇海湾特大桥主桥预应力混凝土连续箱梁于1999年11月开始挂篮悬臂浇筑混凝土施工，2000年6月主桥箱梁悬臂浇筑施工全部完成，一个对称段悬臂浇筑平均周期为7d。每个对称段标高实测值与控制值对比均小于10mm，中跨实现高精度合拢，两端全断面高程差在-3~+4mm，满足设计要求的±15mm，整个主桥混凝土连续箱梁达到了外形美观、接缝平顺的要求。挂篮的总重量与最大块件混凝土重量之比约为0.30，实现了挂篮设计轻型化的目标。