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單索面斜拉橋后錨點掛籃的設(shè)計方法及經(jīng)驗論文
摘要：大橋主梁為長伸臂的單箱三室箱梁，掛籃的確定對保證工程質(zhì)量、加快施工進度、節(jié)約投資成本、保證結(jié)構(gòu)安全與施工安全具有相當(dāng)重要的作用，本文對斜拉橋常用的三種掛籃懸澆施工方案逐一進行了比較，以江門大橋為例介紹了掛籃設(shè)計方法及經(jīng)驗。
關(guān)鍵詞：單索面斜拉橋；主梁懸澆；后錨點掛籃；前支點掛籃
1 工程概況
江門大橋為獨塔單索面斜拉橋，全橋長1721.35 m，斜拉橋主橋跨徑布置為：240m+134m+42m+41.7m，主孔跨徑240m，邊跨217.7m，設(shè)二個輔助墩，斜拉索采用雙排錨固于主梁中央索錨區(qū)，主塔與梁和墩之間固結(jié)，在0#、2#、3#、4#墩各設(shè)兩個縱向活動支座，梁端與引橋銜接處設(shè)位移量為320mm的伸縮縫。
斜拉橋主梁：主梁為三向預(yù)應(yīng)力砼倒梯形箱梁，單箱三室結(jié)構(gòu)，箱梁頂寬30m，箱梁底寬8m，高3.5m。主梁由頂板，底板，斜腹板，直腹板，縱隔墻和橫隔墻組成，主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面頂板厚22cm,底板厚30cm，縱隔墻厚3 4cm，斜腹板厚22cm，橫隔墻每3.5m設(shè)一道(半個索距)，壓重段橫隔墻4.0m設(shè)一道(一個索距)，橫隔墻厚25cm，在有斜拉索錨塊的中室橫隔墻加厚至40cm。主梁每邊各分33個節(jié)段，各有31對斜拉索，其索距為：在主跨為7m，在邊跨3#輔助墩前索距為7m，3#墩至4#墩間為4m。主梁采用C50砼，每個主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段預(yù)應(yīng)力布置如下：橫向在頂板布置5－7ф5扁錨共12束，豎向在斜拉索錨塊附近橫隔墻布置φ32精扎螺紋鋼筋16根，縱向布置ф32精扎螺紋鋼筋58根，并間隔張拉，在1 5#－31#節(jié)段布置7—7ф5和1 2—7ф5群錨縱向預(yù)應(yīng)力。其主梁標(biāo)準(zhǔn)斷面2。
2 主梁懸澆施工的掛籃比選方案
江門大橋在工可階段時，曾提出斜拉橋主梁施工采用懸拼方案，后在專家評審會上，因橋位處水文條件很難較長時間滿足大型船舶設(shè)備的施工，主梁現(xiàn)場懸拼施工難度大，即使克服困難，采用懸拼，也因工程造價太高，而被專家否定，最后專家評審會一致通過主梁施工采用懸澆方案。通過對斜拉橋主梁施工方案的大量比選，并參考同類型主梁形式懸澆施工方案，如四川綿陽涪江橋、杭州錢塘江三橋和廣東崖門大橋等等，經(jīng)過綜合比較后，對江門大橋斜拉橋主梁懸澆施工掛籃，我們提出下列三種施工方案進行論證：
2．1 后錨點掛籃施工方案
根據(jù)江門大橋主梁單箱三室和設(shè)計要求一次性澆注的特點，為加快施工進度，保證施工安全，經(jīng)過反復(fù)討論與研究，認(rèn)為后錨點掛籃的施工方案是可行的，與其它施工方案比較有明顯優(yōu)勢。后錨點掛籃由主縱桁梁、上橫梁、底縱梁、底橫梁、縱桁支座與后錨、模板和吊桿等組成。鑒于江門大橋箱梁底板寬僅8m，而頂板寬30m，斜腹板斜長8.01m，因此，我們提出了后錨點掛籃兩種結(jié)構(gòu)組合形式：
(1)4組縱梁+3組底橫梁
(2)6組縱梁+2組底橫梁
方案(1)因中間主縱梁與邊主縱梁間距達到近9m，為承受砼澆注和掛籃移動過程中的各種荷載，故縱梁與橫梁均要求相當(dāng)強大，且受力不合理，四個主支點對箱梁的集中力較大，同時在空掛籃移動過程中穩(wěn)定性較差。方案(2)主縱梁的最大間距為4.9m，無論在砼澆注過程中，還是在掛籃移動過程中，掛籃的受力情況較好，縱梁與橫梁的剛度與強度要求均沒有方案(1)要求高，同時掛籃自重也較輕，掛籃行走較安全，主支點由4個變成6個，分散了對箱梁的集中力。主縱桁梁由槽鋼和鋼板焊接而成梯形桁架，每套掛籃共六組；前后底橫梁由槽鋼焊接成高度約為1.65m的矩形桁架，長約31m，每套掛籃共二組，底縱梁對應(yīng)主縱梁每套掛籃布置六組，吊桿由垂32精扎螺紋鋼筋設(shè)在前后橫梁上；主縱桁底座由鋼板焊接而成。掛籃行走系統(tǒng)由后錨點壓梁和平滾組成，并依靠卷揚機或千斤頂牽引力在平滾上滾動前進。
2．2 C型掛鉤的前支點掛籃施工方案
斜拉橋C型掛鉤的前支點掛籃施工方案是最近幾年采用較多的掛籃之一，一套掛籃由2組縱梁、4組橫梁、C型掛鉤、牽索轉(zhuǎn)動錨座、水平止推裝置和模板等組成。這種掛籃較適應(yīng)雙索面斜拉橋施工，尤其是雙索面肋板主梁施工起來最為方便；在設(shè)計上C型掛鉤的布置很好處理，其主梁結(jié)構(gòu)也能承受較大的集中荷載。而江門大橋主梁為寬幅箱梁，強大的掛籃縱橫梁將導(dǎo)致掛籃自重大，C型掛鉤集中力將使箱梁結(jié)構(gòu)無法承受，而且中間索面前支點將使掛籃橫向穩(wěn)定性差，施工難以控制。
2．3 軌道梁的前支點掛籃施工方案
軌道梁的前支點掛籃由底籃、軌道梁行走系統(tǒng)、牽索系統(tǒng)、水平止推裝置、模板等組成。這種掛籃較適應(yīng)箱形截面主梁的懸澆施工，軌道梁前支點掛籃因施工安全隱患多，可靠性差，現(xiàn)場操作復(fù)雜，故在主梁懸澆施工中很少采用，對于江門橋這種大斜腹板箱形主梁，掛籃前移行走在最外側(cè)斜腹板與翼板結(jié)合處的軌道托輪處理是一個很棘手的問題，因為反力較大的托輪不適合在斜坡面上行走。
3 各種掛籃的設(shè)計參數(shù)及優(yōu)缺點
3．1 各種掛籃方案主要參數(shù)比較見表1。
3．2 三種掛籃施工方案在最不利工況時對主梁的集中力。 3．3 各種掛籃施工方案主要優(yōu)缺點
掛籃方案僅從施工的角度考慮是不夠的，為保證大橋優(yōu)質(zhì)高速的完成，保證大橋施工過程中的結(jié)構(gòu)安全與施工安全，我們對主梁各種掛籃施工的優(yōu)缺點進行了比較，見表2。
4 最終后錨點懸澆方案的確定與受力分析
根據(jù)本橋結(jié)構(gòu)特點，經(jīng)過多次論證，建橋五方一致同意采用后錨點掛籃懸澆方案，為減少掛籃對主梁的反力，每個節(jié)段分兩次澆筑，即一次澆3.5m，為加快施工進度，掛籃移一次澆兩段，掛籃主支點移到斜拉索錨固橫隔墻上，澆第二個3.5m時，在非斜拉索錨固橫隔墻上設(shè)立輔支點。掛籃受力分析采用ANSYS5.7作空間模擬計算，掛籃桁架桿件單元按空間梁單元BEAM4考慮，不考慮剪切變形的影響。根據(jù)結(jié)構(gòu)的對稱性，取一側(cè)掛籃的一半建模，則模型中主縱梁三組，前上橫梁一組，后上橫梁一組，底籃縱梁三組，前底橫梁一組，后底橫梁一組。計算中不考慮已澆梁段的彈性變形，現(xiàn)澆梁段砼作為分布荷載作用于掛籃上，荷載集度用杠桿法進行計算，振搗荷載按2KP�？紤]。
根據(jù)計算結(jié)果可知：空掛籃在自重作用下的最大豎向撓度為后底橫梁中部4.2cm(在空掛籃行走工況)，標(biāo)準(zhǔn)梁段澆筑時最大豎向撓度為前底橫梁端部3.71cm，標(biāo)準(zhǔn)梁段澆筑時主縱梁端部最大撓度為3.29cm，各桿件軸向拉應(yīng)力均在170Mp。以下，壓應(yīng)力均在145Mp。以下，壓桿均在穩(wěn)定狀態(tài)工作，掛籃懸澆工況對主梁的反力位置，計算反力數(shù)據(jù)見表3。
5 結(jié)束語
江門大橋斜拉橋主梁各項指標(biāo)設(shè)計先進，且同類型橋梁的施工大多采用懸掛方式。采用掛籃懸澆對施工要求很高。用后錨點掛籃，比前支點掛籃更能適應(yīng)江門大橋斜拉橋主梁的結(jié)構(gòu)特點，更好的滿足設(shè)計要求，且能有效保證施工安全和工期，節(jié)約投資成本。同時也說明后錨點掛籃在單索面斜拉橋主梁懸澆施工中有其明顯的優(yōu)勢。
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