大桥单索面牵索挂篮设计与施工

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一、单索面牵索挂篮设计

•1、主桥总布置


xxxx松花江特大桥主桥为主跨240m、边跨102.5m的双塔单索面预应力砼斜拉桥见图1。

•2、主梁结构  

主梁采用单箱三室断面，箱梁顶宽27.3m，梁底宽18.3m，主梁中心高为3.05m。 见图2。主梁分0#块、边跨A1～A13#标准段、主跨B1～B17＃标准段B18#非标准段、起点岸终点岸现浇段A14#块及边跨、中跨合拢段。0#块长为30m，标准节段长度6m，非标准节段长2m，标准节段重约370t。斜拉索布置在中央分隔带上，锚固在梁体中箱内的锚梁上，斜拉索采用双排布置，梁上索距为6m，两排索横向间距为1.1m。主梁设纵、横、竖三向预应力。

主梁标准段采用牵索挂兰悬臂施工。

2、牵索挂篮设计总体思路

•由于本桥为单索面，梁体横向宽度较宽，若前支点仅靠牵索支撑，施工过程中由于荷载加载不可能完全对称，牵索挂兰容易扭转变形，另外单索面前支点挂篮前端平衡性差。为此，在主梁顶面两边腹板各设置一道顶纵梁。在施工过程中挂篮顶纵梁起平衡作用并与斜拉索一起共同承担砼梁体前端荷载。梁体预应力张拉后，挂篮顶纵梁先走行到位固定后作为挂篮底模平台前吊点走行的承重梁，吊挂底模平台前端。弧形梁上斜拉索体系转换完成后，将挂篮底模平台下降，前端吊挂在顶纵梁上的走形筐上，后端牵索纵梁落在后走行框上，三点吊挂底模平台向前滑移。

3、挂篮结构

挂篮主要结构为：该牵索挂篮由设置在主梁边腹板顶面上的顶纵梁、梁底中轴线的牵索纵梁、前后下横梁、底模平台、侧模及锚固和走行系统组成。

每组挂篮顶纵梁由四片加强贝雷梁组成，长18m。牵索纵梁长16.3m，弧形梁长4.5m。牵索纵梁上下弦采用焊接钢箱梁，上下弦间桁高2.8m。前后下横梁为中间双层，边上单层的桁架，桁架高2.8m，采用槽钢及角钢通过螺栓连接。前后横梁穿过牵索纵梁上下弦杆并与上下弦杆焊接。前后下横梁上的底模纵梁采用小槽钢及角钢焊接的小桁架，桁架高0.8m。止推装置焊接在牵索纵梁上弦杆顶面，抗剪柱为焊接钢箱梁，从梁顶穿过梁底至牵索纵梁上弦。抗剪柱与止推装置间现场操垫钢板。

挂篮总重：149t

4、计算假定

•1、主梁梁体砼、内模及支架、底模等荷载，按竖直向下投影传递至底模纵梁。

•2、每节段斜拉索长度按实际锚固点间长度计算，弹性模量根据各工况下的受力按Enst公式换算为线弹性模量，然后模拟为桁架或索元。

•3、换算后的斜拉索与牵索挂篮牵索纵梁、顶纵梁、前后下横梁、底模纵梁共同组合体满足线弹性理论,进行整体计算。

5、计算工况

•工况1：挂兰走行到位并锚固完成后，绑扎钢筋安装内模。•挂兰走行到位时荷载有：顶纵梁及走道、前下横梁、后下横梁、牵索挂兰主纵梁、底模平台纵梁、底模及侧模、钢筋荷载和内模及支架荷载。

•工况2：斜拉索初张拉，同时两顶纵梁上前吊点张拉一定力。

•工况3：混凝土浇筑60％。

•工况4：调整斜拉索索力。

•工况5：浇注剩余混凝土。

5、静力分析模型

•在整体静力模型分析中，先将底模及底模纵梁、内模、混凝土荷载分别换算到相应前后下横梁节点上，仅将牵索纵梁、前后下横梁、顶纵梁及其吊杆综合空间模型进行计算。见图4。

•在工况1挂篮走形到位锚固后，进行钢筋绑扎，由于斜拉索未安装，前支点依靠顶纵梁上的吊点支撑挂篮自重及钢筋荷载。钢筋绑扎完成后斜拉索初张拉同时张拉顶纵梁上的前吊点，此工况主要将牵索纵梁进行反弯预抬抛高，从而将挂篮前端预抬，减小混凝土浇筑后的变形；同时通过顶纵梁上的前吊点张拉调整前下横梁翼缘处的变形。根据斜拉索初张拉时梁端竖向力值，将斜拉索弹性模量换算成此力下的线弹性模量，然后加载60％混凝土重量，得出工况3下挂篮变形值及各杆件应力水平、锚固力大小等。然后再张拉调整斜拉索索力，部分恢复浇筑60％混凝土时的变形值，然后剩余浇筑混凝土得出工况5挂篮变形值及各杆件应力水平、锚固力大小等。

•经过计算比较钢筋绑扎完成后斜拉索初张拉时，斜拉索梁端竖向力张拉至约850KN，同时将两顶纵梁上的前吊点张拉约145KN时挂篮前下横梁基本水平。混凝土浇筑60％后，调整斜拉索索力，将斜拉索梁端竖向力张拉至约1700KN，然后浇筑完剩余混凝土。

6、静力分析结论

•从计算表明，本挂篮横向变位边腹板和牵索纵梁变形差10mm左右，可以通过施工中预抬两翼缘板标高来克服其横向变位不一致。挂篮整体竖向变位绝对值边腹板在17～19mm之间，中腹板处在1～10mm之间。本分析中挂篮变位值为假定挂篮各锚固点固定不同，实际上挂篮各锚固点锚固前一个节段上，施工中由于前一个节段主梁会在挂篮等荷载作用下发生下挠和转动，从而引起挂篮相应变形，故实际挂篮还应考虑此部分变形值。从总体来看，该挂篮具有较好的刚度。

•挂篮整体计算时，将各杆件按照实际截面尺寸输入SP2000计算程序，然后程序按空间结构进行三向应力验算，程序根据GB50017-2003规范中相应公式进行验算，得出综合应力比例系数，再选择综合应力比例系数较大者进行手算验证。所有杆件均满足规范要求。•对于抗剪柱及牵索纵梁上抗剪装置采用手算，其安全系数均在2.0以上。

二、单索面牵索挂篮施工

•挂篮采用先节段组拼牵索纵梁，然后安装前后横梁，再在前后横梁上安装底模纵梁，最后提升挂兰，然后在安装底模、侧模。

挂篮提升

挂篮提升到位

2、主梁悬臂施工总述

•挂篮安装（走行）到位后，利用辅助顶纵梁上两吊点，初步调整篮按标高，锁定挂兰。绑扎钢筋安装内模，安装斜拉索并进行初张拉，将挂篮标高预抬至监控标高，浇注60%梁体混凝土，进行斜拉索调索张拉，最后浇注剩余混凝土。

•梁体纵向、横向、竖向预应力后，利用牵索将前下横梁临时吊挂；松开辅助顶纵梁前吊点，向前滑移挂篮辅助顶纵梁，走行到位并固定。将斜拉索索力转换到梁体并张拉到监控索力。前下横梁通过吊挂框吊挂在挂篮辅助顶纵梁上，松开后吊挂，将牵索纵梁落在走行框上，利用辅助顶纵梁、牵索纵梁走行框三个点支撑挂兰，在辅助顶纵梁、牵索纵梁上设置千斤顶顶推挂兰；移动底模平台至下一节段继续悬臂施工。

3、主梁悬臂施工工艺流程 

•节段主梁牵索挂篮施工步骤见流程图。其主要工序为：挂篮走行、提升到位→标高调整→钢筋及预应力体系安装→牵索安装并调整标高→牵索张拉→节段60％混凝土灌注→牵索张拉→混凝土养护及拆模板→主梁三向预应力张拉与压浆→挂篮脱模。

挂篮走形到位后绑扎钢筋

斜拉索安装

斜拉索安装完毕、斜拉索初张拉调整挂篮标高至设计位置

浇筑60％混凝土后调整索力及标高

斜拉索第二次张拉调索后浇筑剩余40％混凝土

斜拉索体系转换

挂篮辅助纵梁前移到位并锚固

挂篮走形

•挂篮采用三点走形，到位后锚固

•然后绑扎钢筋继续下一节段施工