单索面斜拉桥后锚点挂篮的设计方法及经验

摘要：大桥主梁为长伸臂的单箱三室箱梁，挂篮的确定对保证工程质量、加快施工进度、节约投资成本、保证结构安全与施工安全具有相当重要的作用，本文对斜拉桥常用的三种挂篮悬浇施工方案逐一进行了比较，以江门大桥为例介绍了挂篮设计方法及经验。
　　关键词：单索面斜拉桥；主梁悬浇；后锚点挂篮；前支点挂篮
　　
　　1　工程概况
　　
　　江门大桥为独塔单索面斜拉桥，全桥长1721.35 m，斜拉桥主桥跨径布置为：240m+134m+42m+41.7m，主孔跨径240m，边跨217.7m，设二个辅助墩，斜拉索采用双排锚固于主梁中央索锚区，主塔与梁和墩之间固结，在0#、2#、3#、4#墩各设两个纵向活动支座，梁端与引桥衔接处设位移量为320mm的伸缩缝。
　　斜拉桥主梁：主梁为三向预应力砼倒梯形箱梁，单箱三室结构，箱梁顶宽30m，箱梁底宽8m，高3.5m。主梁由顶板，底板，斜腹板，直腹板，纵隔墙和横隔墙组成，主梁标准断面顶板厚22cm,底板厚30cm，纵隔墙厚3 4cm，斜腹板厚22cm，横隔墙每3.5m设一道(半个索距)，压重段横隔墙4.0m设一道(一个索距)，横隔墙厚25cm，在有斜拉索锚块的中室横隔墙加厚至40cm。主梁每边各分33个节段，各有31对斜拉索，其索距为：在主跨为7m，在边跨3#辅助墩前索距为7m，3#墩至4#墩间为4m。主梁采用c50砼，每个主梁标准节段预应力布置如下：横向在顶板布置5－7ф5扁锚共12束，竖向在斜拉索锚块附近横隔墙布置φ32精扎螺纹钢筋16根，纵向布置ф32精扎螺纹钢筋58根，并间隔张拉，在1 5#－31#节段布置7—7ф5和1 2—7ф5群锚纵向预应力。其主梁标准断面2。
　　
　　2　主梁悬浇施工的挂篮比选方案
　　
　　江门大桥在工可阶段时，曾提出斜拉桥主梁施工采用悬拼方案，后在专家评审会上，因桥位处水文条件很难较长时间满足大型船舶设备的施工，主梁现场悬拼施工难度大，即使克服困难，采用悬拼，也因工程造价太高，而被专家否定，最后专家评审会一致通过主梁施工采用悬浇方案。通过对斜拉桥主梁施工方案的大量比选，并参考同类型主梁形式悬浇施工方案，如四川绵阳涪江桥、杭州钱塘江三桥和广东崖门大桥等等，经过综合比较后，对江门大桥斜拉桥主梁悬浇施工挂篮，我们提出下列三种施工方案进行论证：
　　
　　2．1　后锚点挂篮施工方案
　　根据江门大桥主梁单箱三室和设计要求一次性浇注的特点，为加快施工进度，保证施工安全，经过反复讨论与研究，认为后锚点挂篮的施工方案是可行的，与其它施工方案比较有明显优势。后锚点挂篮由主纵桁梁、上横梁、底纵梁、底横梁、纵桁支座与后锚、模板和吊杆等组成。鉴于江门大桥箱梁底板宽仅8m，而顶板宽30m，斜腹板斜长8.01m，因此，我们提出了后锚点挂篮两种结构组合形式：
　　(1)4组纵梁+3组底横梁
　　(2)6组纵梁+2组底横梁
　　方案(1)因中间主纵梁与边主纵梁间距达到近9m，为承受砼浇注和挂篮移动过程中的各种荷载，故纵梁与横梁均要求相当强大，且受力不合理，四个主支点对箱梁的集中力较大，同时在空挂篮移动过程中稳定性较差。方案(2)主纵梁的最大间距为4.9m，无论在砼浇注过程中，还是在挂篮移动过程中，挂篮的受力情况较好，纵梁与横梁的刚度与强度要求均没有方案(1)要求高，同时挂篮自重也较轻，挂篮行走较安全，主支点由4个变成6个，分散了对箱梁的集中力。主纵桁梁由槽钢和钢板焊接而成梯形桁架，每套挂篮共六组；前后底横梁由槽钢焊接成高度约为1.65m的矩形桁架，长约31m，每套挂篮共二组，底纵梁对应主纵梁每套挂篮布置六组，吊杆由垂32精扎螺纹钢筋设在前后横梁上；主纵桁底座由钢板焊接而成。挂篮行走系统由后锚点压梁和平滚组成，并依靠卷扬机或千斤顶牵引力在平滚上滚动前进。
　　
　　
　　2．2　c型挂钩的前支点挂篮施工方案
　　斜拉桥c型挂钩的前支点挂篮施工方案是最近几年采用较多的挂篮之一，一套挂篮由2组纵梁、4组横梁、c型挂钩、牵索转动锚座、水平止推装置和模板等组成。这种挂篮较适应双索面斜拉桥施工，尤其是双索面肋板主梁施工起来最为方便；在设计上c型挂钩的布置很好处理，其主梁结构也能承受较大的集中荷载。而江门大桥主梁为宽幅箱梁，强大的挂篮纵横梁将导致挂篮自重大，c型挂钩集中力将使箱梁结构无法承受，而且中间索面前支点将使挂篮横向稳定性差，施工难以控制。
　　
　　2．3　轨道梁的前支点挂篮施工方案
　　轨道梁的前支点挂篮由底篮、轨道梁行走系统、牵索系统、水平止推装置、模板等组成。这种挂篮较适应箱形截面主梁的悬浇施工，轨道梁前支点挂篮因施工安全隐患多，可靠性差，现场操作复杂，故在主梁悬浇施工中很少采用，对于江门桥这种大斜腹板箱形主梁，挂篮前移行走在最外侧斜腹板与翼板结合处的轨道托轮处理是一个很棘手的问题，因为反力较大的托轮不适合在斜坡面上行走。
　　
　　3　各种挂篮的设计参数及优缺点
　　
　　3．1　各种挂篮方案主要参数比较见表1。
　　
　　
　　3．2　三种挂篮施工方案在最不利工况时对主梁的集中力。

　　3．3　各种挂篮施工方案主要优缺点
　　挂篮方案仅从施工的角度考虑是不够的，为保证大桥优质高速的完成，保证大桥施工过程中的结构安全与施工安全，我们对主梁各种挂篮施工的优缺点进行了比较，见表2。
　　
　　
　　4　最终后锚点悬浇方案的确定与受力分析
　　
　　根据本桥结构特点，经过多次论证，建桥五方一致同意采用后锚点挂篮悬浇方案，为减少挂篮对主梁的反力，每个节段分两次浇筑，即一次浇3.5m，为加快施工进度，挂篮移一次浇两段，挂篮主支点移到斜拉索锚固横隔墙上，浇第二个3.5m时，在非斜拉索锚固横隔墙上设立辅支点。挂篮受力分析采用ansys5.7作空间模拟计算，挂篮桁架杆件单元按空间梁单元beam4考虑，不考虑剪切变形的影响。根据结构的对称性，取一侧挂篮的一半建模，则模型中主纵梁三组，前上横梁一组，后上横梁一组，底篮纵梁三组，前底横梁一组，后底横梁一组。计算中不考虑已浇梁段的弹性变形，现浇梁段砼作为分布荷载作用于挂篮上，荷载集度用杠杆法进行计算，振捣荷载按2kp。考虑。
　　根据计算结果可知：空挂篮在自重作用下的最大竖向挠度为后底横梁中部4.2cm(在空挂篮行走工况)，标准梁段浇筑时最大竖向挠度为前底横梁端部3.71cm，标准梁段浇筑时主纵梁端部最大挠度为3.29cm，各杆件轴向拉应力均在170mp。以下，压应力均在145mp。以下，压杆均在稳定状态工作，挂篮悬浇工况对主梁的反力位置，计算反力数据见表3。
　　
　　
　　5　结束语
　　
　　江门大桥斜拉桥主梁各项指标设计先进，且同类型桥梁的施工大多采用悬挂方式。采用挂篮悬浇对施工要求很高。用后锚点挂篮，比前支点挂篮更能适应江门大桥斜拉桥主梁的结构特点，更好的满足设计要求，且能有效保证施工安全和工期，节约投资成本。同时也说明后锚点挂篮在单索面斜拉桥主梁悬浇施工中有其明显的优势。