GL-XL230型掛籃的設計及其在鎮(zhèn)海灣大橋的應用

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1、概 述
    GL-XL230型掛籃是橋梁施工中用來逐段推進混凝土箱梁模板的懸掛設備,具有承載力大、自重輕、主要承重件剛度大、穩(wěn)定性好、加工簡單、裝拆方便、施工便捷易控制、工人勞動強度低等特點。通過粵西沿海高速公路臺山鎮(zhèn)海灣特大橋的使用證明，該掛籃性能良好、安全可靠、操作方便、外觀接縫平順，掛籃移動及就位調整速度較快，一次只需3～4h，與以往的掛籃相比，工人勞動強度大幅減低，提高工效200%，是全橋提前完工的一個重要保障措施，在取得了良好的企業(yè)經(jīng)濟效益時，也帶來了巨大的社會效益。
    2、GL-XL230型掛籃設計
    2.1 設計原則
    根據(jù)鎮(zhèn)海灣特大橋主橋190m跨預應力混凝土連續(xù)箱梁采用懸臂澆筑施工這一需要，再考慮到以后掛籃構件盡可能在多場合使用的要求，我們確定GL-XL230型掛籃的設計原則如下：
    （1）安全可靠，重量輕，盡可能利用型鋼，減少機械加工量；掛籃裝拆要方便，施工易控制、速度快，工人勞動強度小。
    （2）為保證箱梁外觀接縫平順，承重系統(tǒng)的主要構件截面尺寸由剛度控制設計。
    （3）掛籃設置定向滑道，除滑道及內模外掛籃一次性整體前移到位。
    （4）通用性強，在適用不同的橋梁施工時，掛籃的改造量要小。
    （5）解體后最大構件重量不超過3t，且運輸上能滿足公路及鐵路運輸?shù)囊蟆?
    2.2 設計參數(shù)
    （1）箱梁的結構參數(shù)：箱梁的節(jié)段長度為3.25～5m，箱梁底板寬7m，頂板寬13.5m，梁段高變化范圍為10.5～3.203m，箱梁為單箱單室。
    （2）設計荷載：箱梁節(jié)段混凝土最大重量為232.4t，人群荷載3t，施工振動力2t，模板系統(tǒng)重量30t，考慮施工及掛籃加工過程中的一些不利因素，設計荷載中混凝土的重量乘以1.2倍，即設計荷載為313.9t。
    （3）設計變形：fmax=L/600。
    2.3 掛籃的結構及其特點
    GL-XL230型掛籃主要由上部承重系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、吊帶、側模系統(tǒng)、行走系統(tǒng)以及后錨固系統(tǒng)組成。
    2.3.1 上部承重系統(tǒng)
    本部分主要由兩片三角形平面桁架、橫聯(lián)、邊后上橫梁、中后上橫梁以及前上橫梁組成。
    三角形平面桁架由通過螺栓連接的前后兩段主梁、立柱、拉桿以及銷子等組成，通過2根25槽鋼及節(jié)點板連接到兩片三角形平面桁架的立柱組成空間桁架。三角形桁架各桿件受力明確，且迎風面積減小，增加了抗風力?？紤]到主梁及立柱為壓彎構件，為保證三角桁架的穩(wěn)定性及掛籃剛度要大這一設計要求，主梁及立柱采用A3鋼板焊接箱型梁的結構形式。
    后上橫梁分為左、中、右三段，與主梁在同一平面，分別通過螺栓連接到前段主梁的支座位置處，左右兩邊的后上橫梁還通過側斜拉桿與立柱斜拉，以減小混凝土箱梁頂板外側的撓度。
    前上橫梁采用兩條I56a工字鋼制作，通過螺栓固定在主梁的前端。
    掛籃的三角桁架先運用SAP84結構計算程序進行各桿件的受力及變形分析，然后再通過手工計算進行復核?？紤]到加工及安裝時會出現(xiàn)一些偏差，三角桁架的立柱有可能出現(xiàn)不垂直或偏心狀態(tài)，故在建模時把立柱頂端向前或向后偏離10mm、并同時向側邊偏移10mm以模擬其最不利的受力狀況。
    2.3.2 底籃系統(tǒng)
    底籃的主要承重構件由橫梁及縱梁組成。前后下橫梁采用2I56a工字鋼組焊，縱梁采用7m長的2[28a槽鋼組焊，縱梁與橫梁之間采用鉸接，以適應箱梁底板的變坡。
    底模長5.5m，寬7.0m，面板采用8mm厚鋼板，肋板采用8根槽鋼制作。
    2.3.3 吊帶
    考慮到箱梁鋼筋骨架焊接或者運輸及安裝時有可能導致吊桿的局部損傷，設計時未采用通常用Ⅳ級精軋螺紋鋼的做法，而是采用30mm厚的16Mn鋼板作為聯(lián)系上部承重系統(tǒng)與底藍的吊帶。吊帶上鉆有一系列的孔，在調整底模標高時，通過螺旋千斤頂、插銷、扁擔梁以及不同厚度的墊塊來實現(xiàn)。此種做法盡管稍顯復雜，但安全性大為提高。
    2.3.4 側模系統(tǒng)
    外側模采用整體式鋼模，骨架用14根槽鋼、I25工字鋼及L75角鋼與模板背面肋板焊接形成一個整體。外側模通過吊桿調整垂直方向標高，通過長度可調的側模撐桿調整水平方向位置。外側模通過側模吊桿、側模撐桿與掛籃上部承重系統(tǒng)及底籃系統(tǒng)連接，實現(xiàn)整體前移。
    由于箱梁截面變化較大，內側模采用組合鋼模及木模拼裝，不與掛籃同步前移。
    2.3.5 行走系統(tǒng)
    掛籃行走系統(tǒng)是通過下部的滑動摩擦和上部的滾動摩擦來實現(xiàn)?；瑒幽Σ料到y(tǒng)自下而上依次是：固定在混凝土箱梁上的鋼枕、鑲嵌有不銹鋼板的滑道、鑲嵌在主梁下端中間支座上的四付滑板，滾動摩擦付由主梁后段上蓋板及反扣于主梁上的反扣輪組組成。下滑道具有導向作用，保證掛籃就位準確。掛籃前移時采用兩臺5t卷揚機作動力。
    2.3.6 錨固系統(tǒng)
    后錨桿采用Ⅳ級φ32精軋螺紋鋼與箱梁豎向預應力筋通過連接器連接在一起。在澆筑混凝土狀態(tài)，后錨桿作用在主梁上的后錨橫梁提供掛籃所需反力，防止掛籃向前傾覆；掛籃移動時，反扣梁換為反扣輪組，同時，為克服反扣輪組向前的水平分力，利用固定在混凝土箱梁上的手拉葫蘆拉緊反扣輪組。
    3、GL-XL230型掛籃在鎮(zhèn)海灣大橋的應用
    簡介
    3.1 掛籃的制作與拼裝
    由于掛籃的上部承重系統(tǒng)拼裝精度要求較高，因此，這部分構件在工廠加工，并且先在廠內進行預拼裝，并逐個桿件編好號。其余構件由于大部分采用型鋼制作，在現(xiàn)場進行加工，底籃系統(tǒng)作為一個整體也進行預拼裝。
    工地安裝掛籃上部結構主要利用一臺QT80EA型塔吊配合安裝，側模及底籃利用墩上兩臺8t卷揚機配合安裝。安裝時嚴格按照工廠編號進行，順序如下：測量放樣→鋪設鋼枕→固定滑道→預裝三角桁架主梁→安裝后上橫梁→安裝立柱及橫聯(lián)→安裝斜拉桿及側斜拉桿→終擰三角桁架連接螺栓→安裝后錨固系統(tǒng)→安裝前上橫梁→安裝外側模→安裝底籃并就位→側模就位固定。
    3.2 掛籃的試驗
    掛籃的試驗主要為了檢驗三角桁架各桿件的變形值以及其前端的撓度，驗證其承載能力，確保掛籃的使用安全。由于后上橫梁直接作用于整個掛籃的支點上，對掛籃的主梁受力基本沒有影響，因此，掛籃的試驗采用集中加載形式。試驗時第一套掛籃在已澆筑好的梁面上安裝并錨固，前上橫梁、底籃及模板系統(tǒng)暫不安裝。
    加載點設在前上橫梁作用在主梁的支點處，為此，專門制作了兩個反力架，每個反力架通過4根Ⅳ級φ32精軋螺紋鋼與箱梁豎向預應力筋連接在一起。采用兩臺YCW250型張拉千斤頂分別對兩邊主梁前端進行分級加載。試驗得出的結論與設計值較為吻合。
    3.3 掛籃施工
    掛籃通過卷揚機牽引到位后，首先復測掛籃的順橋向及橫橋向位置，若有偏差通過螺旋千斤頂進行微調，位置準確后再利用螺旋千斤頂頂在后上橫梁的支座處將掛籃升起，同時將下滑道前移，避開三角形桁架中點處的支點，該支點改為鋼枕作為支撐，調平后，將掛籃整體放下就位，同時，將后錨反扣輪逐個換為后錨梁并鎖緊后錨。
    掛籃就位后，接下來主要工序依次如下：底模就位并固定→側模就位固定→安裝鋼筋骨架及預應力管道→安裝內模→澆筑混凝土、等強化后再拆側模及內模→張拉、壓漿→底模下降→安裝掛籃前移滑道→轉換后錨系統(tǒng)→掛籃前移進入下一循環(huán)。
    4、結 語
    鎮(zhèn)海灣特大橋主橋預應力混凝土連續(xù)箱梁于1999年11月開始掛籃懸臂澆筑混凝土施工，2000年6月主橋箱梁懸臂澆筑施工全部完成，一個對稱段懸臂澆筑平均周期為7d。每個對稱段標高實測值與控制值對比均小于10mm，中跨實現(xiàn)高精度合攏，兩端全斷面高程差在-3~+4mm，滿足設計要求的±15mm，整個主橋混凝土連續(xù)箱梁達到了外形美觀、接縫平順的要求。掛籃的總重量與最大塊件混凝土重量之比約為0.30，實現(xiàn)了掛籃設計輕型化的目標。