大跨度波形钢腹板连续梁桥悬浇桁车设计

田晓东

[摘 要]本文结合高速公路大跨度波形钢腹板连续梁桥悬浇所用桁车设计，分析阐明了一种简单、实用的钢腹板吊装体系的设计及使用，本方法具有设计简单，安装方便、充分解决了波形钢腹板的高空吊装及定位辅助等难点，为同类工程有一定有参考意义。

[关键词]大跨度；波形钢腹板；悬浇；桁车；设计

中图分类号：U445.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0158-02

1 概述

波形钢腹板桥梁是采用波形钢腹板代替箱梁的混凝土腹板并配以体外预应力束，这种新形的构造减轻了梁部混凝土的自重，实现了上部结构的工业化，整体结构抗震性能提高，造型美观，该类桥梁在我国有一定的推广和发展。

2 工程概况

某桥为70+120+70米的波形钢腹板预应力混凝土变截面连续梁桥，桥梁左右幅宽度为28.5米。主梁采用单箱单室截面，单幅桥箱梁宽为14.012米，箱梁底板宽度为7.5米。梁高和底板厚度均以2次抛物线由跨中向根部变化，距中梁高3.5米，底板厚度28cm，根部梁高7.5米，底板厚80cm，箱翼缘悬臂3.256米，悬臂端厚度20cm，悬臂端根部厚度70cm。

上部结构钢腹板长1.6m，波高0.22m，水平面板宽0.43m，水平折叠角度为30.7°，弯折半径为15t（t为波纹钢腹板厚度）。波纹钢腹板厚度采用12mm、16mm、18mm和20mm四种型号。波形钢腹板与混凝土顶板的连接采用波形钢腹板顶端焊有翼缘板与穿孔板的Twin-PBL键连接方式，与底板的连接则采用S-PBL与栓钉连接方式。

3 结构设计思路

波形钢腹板箱梁在悬浇时与挂篮构造相近，桁车的设计主要需要解决钢腹板在施工过程中的吊装，移动及定位，故桁车采用在菱形架顶端增加吊装桁架，纵向轨道安装电动葫芦；钢腹板在安装时其位置与菱形架位置相同，本设计将菱形架立柱向内侧移动使钢腹板在吊装时可以直接到位，不需要横向移动，但需要根据桁车整体受力状况对桁车立柱位置的混凝土局部承压进行检算。

4 桁车构造

挂篮有承重系统、底模平台、侧模系统、工作平台、走行系统及上吊装支架系统等组成（图1）。

承重系统主要包括：主桁架（立柱，下平杆，上平杆，前斜杆，后拉杆）、横梁（后上横梁、前上横梁、后下横梁、后上桁架）、扁担梁、后吊杆、走行滑道及内外模滑道等。其中主桁架由H294×200型钢两侧加δ=14mm封板加工而成，节点采用δ=16mm钢板焊接成箱形，杆件连接采用销接。

底模平台由前下横梁、后下横梁、纵梁及底模板等组成。

侧模系统主要包括：外侧模桁架、上下滚筒、外侧模、侧模架纵向连接杆，内、外活动槽钢及其横向调整丝杆、外侧模帽梁及前、后拉杆等。

工作平台分前工作平台和后工作平台。

走行系统主要杆件：走行压轮及竖向锚杆。

上吊装系统：主要为箱梁波形钢腹板吊装就位，波形钢腹板利用塔吊（吊车）自地面吊装至梁顶小车，纵向运至挂篮后端，由吊装系统上的葫芦吊至设计位置（图2）。

5 结构分析检算

箱梁节段长度4.8m。最重的节段为200t。挂篮施工时，混凝土、钢筋、模板等载荷通过吊挂系统锚固于菱形主桁架前端的上横梁和已浇注好的混凝土梁段上，主桁架后部通过锚固系统固定于已浇注好的混凝土梁段顶板，以克服由施工过程以及挂篮自身产生的倾覆力矩。

挂篮行走时，通过后部的反扣轮反扣于轨道，并通过轨道与梁体的锚固来实现主桁的锚固从而克服行走时由挂篮自身重量引起的倾覆力矩。

5.1 挂篮模板按照1#节段设计，并参照其它节段的参数特征，选择最不利节段进行设计和验算。

5.2 挂篮由于其主桁架和底模平台之间通过吊挂的方式传力，传力点明确，故计算时主要针对其各部分的子结构进行。子结构主要包括：底模、底模纵梁、前、后下横梁、前上横梁、滑梁、主桁架及其锚固和吊挂系统。

5.3 计算工况根据不同的载荷组合进行计算。

荷载组合Ⅰ：混凝土重量+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重

荷载组合Ⅱ：混凝土重量+挂篮自重+混凝土偏载+人群和施工机具重

荷载组合Ⅲ：混凝土重量+挂篮自重+风载

荷载组合Ⅳ：混凝土重量+挂篮自重+人群和施工机具重

荷载组合Ⅴ：挂篮自重+冲击附加荷载+风载

荷载组合Ⅰ-Ⅲ用于菱形桁架强度和稳定性计算；荷载组合Ⅳ用于刚度计算；荷载组合Ⅴ用于挂篮行走验算。

对挂篮构采用通用有限元软件Sap2000进行空间三维建模，根据各工况进行受力分析，保证结构受力满足设计及规范要求。

6 挂篮安装

6.1 轨道安装

放出挂篮行走轨道轴线，安装轨道垫梁（轨道垫梁下找平）、行走轨道（精确设置一组中两根轨道间距及两组轨道间距，确保主桁的间距），并操平垫实。严格控制轨道间的中心距与图纸一致。轨道安装要顺直，轨道顶面要保持水平，轨道的高差不大于5mm。

6.2 主桁安裝

安装反扣轮组和前支座，使其分别座落在轨道合适的位置处，同时设置临时后支座、临时前钢支座，以轨道为基准放出主桁安装轴线及平面位置，调整挂篮前支座位置（箱梁施工前，主桁的前支座下安装临时钢支承，支承面平整、必须能够承受挂篮及最大块段砼施工时的重量。前支座只在挂篮行走时受力、箱梁施工时不受力）。单片主桁片上的A1杆、A2杆、A3杆、结点箱体J1、J2、J3在地面上先组拼成一个单片三角形。安装A1杆与J2结点箱的后销轴时，要与反扣轮吊带一起安装。在J2箱体下设置临时后支座，三角架吊装就位，为保证单片三角桁架的稳定，首先安装反压装置，并在一片主桁上用2只2吨葫芦左右拉住收紧，使其稳定并调整主桁架的左右垂直度，各片主桁在纵向一定要平齐（各片主桁架在纵向上前后误差不大于1cm）。

6.3 安装横向联结桁架

横向联结桁架与立柱采用销轴连接。

6.4 挂篮底篮安装

在箱梁下面的地面上，底篮上的纵梁临时点焊在前后下横梁上，形成一个平面整体。将挂篮底篮拼装完成后用卷扬机提升挂篮底篮。待底篮提升到位后穿好底篮的前后吊桿，底篮吊到位后安装吊杆，铺设底模板形成底篮，调整好高度。

6.5 安装后下横梁

先安装横梁吊具，在横梁的双拼型钢间，一个吊具焊有两块连接钢板，吊具伸入两钢板间，插上吊具销轴，设好保险插销。吊具上端拧入吊杆，拧满吊具螺纹，在吊具上口划线做好记，便于每次检查吊杆拧入位置。

6.6 安装前横梁

前上横梁要垫水平并焊接在J4结点箱的临时钢板上（J4结点箱顶面设有一块过渡钢板用于连接前上横梁）。前下横梁的构造、安装与后下横梁一样。

6.7 安装底纵梁

底纵梁按设计的位置，逐根安放，纵梁与前后下横梁点焊固定，确保前后横梁的间距保证吊杆的垂直受力。在纵梁跨中、纵梁底部横向设置一根小槽钢，与纵梁点焊，加强纵梁的横向稳定性。

6.8 安装底模板

吊上底模板，逐块安装铺平整。

6.9 安装侧模

将侧模运至现场，用起重设备提升侧模（提升前插入导梁）。提升到位后临时放在底篮的外侧纵梁上、临时固定，穿好吊杆，把导梁、滑梁水平穿插在侧模板上；导梁前端吊在前上横梁上，导梁后端吊在箱梁上。后端有两只吊具（滚动吊具、承重吊具），承重吊具安装在前、滚动吊具安装在后。侧模整体地悬吊在外滑梁上至此，挂篮主要部分安装完毕，焊接连接槽钢，使各片桁架形成稳定的整体。注意：立模标高应按设计标高另加拱度和挂篮满载后自身挠度确定。立模标高应随时进行线型调控，及观测各已浇梁段标高并与理论标高进行比较，若有差距，须调整力学参数，对立模标高进行调控，确保成桥线型与设计尽可能吻合。

7 梁段砼浇注

每节梁段均在顶板上搭设施工平台，作业人员及施工机具在施工平台上活动和放置，以免压坏钢筋网及预应力管道。砼在拌合站拌制，底板砼采用导管入模，腹板砼浇筑视梁体高度而确定浇筑方法，梁体较高时在腹板上口处布设帆布串筒，将砼串入腹板下部，以免砼离析。箱梁顶板处三向管道较多，浇筑时要注意波纹管不受损坏，在锚垫板处要特别注意浇筑质量，必须保证砼粗骨料和砂浆不离析且振捣密实。

砼浇筑分两次浇筑，首先浇筑底板混凝土，浇筑混凝土时两侧对称浇筑。最后浇筑腹板及顶板混凝土，按由前往后，两腹向中对称浇筑的顺序进行，即先浇筑梁节前端，后浇筑梁节后端，从两腹板向中间推进，采用水平分层法施工，分层厚度以30cm为宜。

砼初凝后，应立即进行洒水覆盖养护，梁段头表面在砼达到规定强度后作凿毛处理。

8 挂篮移动

悬浇段张拉压浆后，方可进行挂篮移动。挂篮移动时按以下步骤顺序进行：

8.1 前段箱梁顶面上轨道设置

测放挂篮前移轨道位置，铺设轨道垫梁、轨道（轨道接长：工字型轨道接长是在接头的腹板上利用螺栓、两块连接板把两根轨道连成一整体、严禁使用电焊连接轨道），并抄平垫实，同时用箱梁的竖向精扎螺纹钢、通过反压梁锚固轨道；检查确认所有轨道锚固牢靠。

8.2 后横梁上外吊杆设置及底篮的保护设置

桁架两端通过吊杆（两吊杆间距大于箱梁顶板宽度）吊住后下横梁，拆除锚在箱梁上的其他后下横梁上的吊杆，底篮后下横梁同时用钢丝绳、10吨葫芦悬挂在侧模上的滑动导梁上加以保护。

8.3 同步下放底篮后吊杆，底篮脱离箱梁底（10-15cm），再同步下放前吊杆，使前后下横梁顶面保持水平（高差不得大于5cm，防止下横梁前移时的失稳）。脱落模时，应注意先松后吊杆，再松前吊杆，否则会因底模蹩劲短吊杆无法卸脱。底篮脱离底板，调整好两下横梁高度后，挂在箱体上的后吊杆拆除。外侧外梁（外侧短导梁）后端吊杆拆除。挂篮底篮前端挂在前上横梁上，后端通过两外侧的吊杆挂在主桁的平联上。内模同样下放10～15cm。这样挂篮的模板系统与梁体就完全脱离。

8.4 导梁（滑梁）吊具的第一次转换

各导梁上后端的滚动、承重吊架进行转换（箱梁砼浇筑时导梁上的承重吊架受力，挂篮前移时，滚动吊架受力），先收紧滚动吊架，这时后端的两种吊架都在受力，放下承受吊架15cm，此时滚动吊架受力。

安装行走后吊杆（上端固定在平联桁上、下端吊住后下横梁），收紧行走后吊杆使底篮作用在横向平联桁架上，保持前后下横梁在同一高度上。拆除内外滑梁上的承重吊具上的吊杆、拆除翼板下外侧导梁（短导梁）后端的承重吊具并把导梁固定在外模上。拆除后吊杆，这样底篮前端作用在前上横梁上、后端通过外吊杆作用在平联上。

8.5 放松主桁后锚杆，反扣轮扣住轨道，检查各反扣轮咬住轨道，反扣轮受力。

8.6 挂篮移动前，先观察模板与箱梁砼面是否安全脱离（无物件扣、缠、挂住）；挂篮前移时在主桁后端各用一个10t链条葫芦反拉带紧进行前移保护。在底篮后下横梁与外侧模滑梁之间安装10t葫芦（此时后下横梁吊在外滑梁上），同时设置备用安全绳。同时收紧花篮螺栓（一端扣在反扣轮上、另一端扣在结点箱底部），保证反扣轮吊带垂直受力。

8.7 利用5吨的手动葫芦（千斤顶）同步牵引，使挂篮主桁架、底篮系统、侧模系统同步前移就位至下一节段要求位置。挂篮移动速度控制在5～10cm/min左右，移动过程必须保证平稳，后梢10t葫芦（移动前必须在主桁后端挂好防倾千斤绳）随挂篮前进速度释放，不发生意外时，千斤绳是不受力的。挂篮前进困难时要及时检查是否有地方卡住。挂篮移动过程中左右桁架要保持平衡、前后主桁片距离控制在10cm内（在轨道上每10cm划一道线），同时应保证两端的不平衡力矩差符合设计要求（两端主桁前移相差不超过1m）。

8.8 轨道压梁挡住反扣轮时，必须先在反扣轮后加压梁压住轨道后方可拆除挡道的轨道压梁。

8.9 主桁前移到位后，挂篮后锚点进行锚固。千斤顶同时顶起各片主桁，安装临时钢支座，下放主桁使其回落到临时钢支座上。

8.10 提升挂篮底模系统，调整标高，完成一个节段滑移施工。

9 结论

波型钢腹板桥梁属新型发展中桥梁结构，尤其是桥下条件无法采用起吊设备直接安装时，挂篮兼带起吊桁车起到吊装及定位辅助的重要作用。起吊系统附着于挂篮顶端的构思，完全满足了该类工程的需求，施工中安全，轻便，本文所述施工方法为波型钢腹板悬浇桥梁或悬浇施工同时需吊装安装的工程提供了一种新型的施工思路。