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运河特大桥主桥箱梁挂篮悬臂浇筑施工方案

运河特大桥主桥箱梁挂篮悬臂浇筑施工方案

本施工方案的编制是以《公路桥涵施工技术规范》JTJ041－2000、《桥涵施工手册》、《公路工程质量检验评定标准》JTG F80/1－2004和两阶段施工图设计及相关文件为依据的。

本桥梁工程主桥跨运河特大桥上部结构采用70+120+三跨变截面预应力砼连续箱梁，采用挂篮悬臂浇筑施工。半幅全宽DB45／T 679-2017标准下载，桥面净宽。主桥主墩和过渡墩均设置橡胶盆式支座，两端设置伸缩缝和引桥连接。

主桥箱梁采用单箱单室断面，主墩顶梁高，高跨比1/17.14，跨中截面梁高，高跨比1/41.37，梁高沿跨径方向按二次抛物线变化，箱梁顶板宽，底板宽，翼缘板悬臂长。箱梁半主跨共分15段，边跨共分16段（其中0~15号梁段与主跨划分一样），主墩顶为0号块，1~3号块长，4~8号块长，9~13号块长 ，14号块为合拢段，长，边跨15号块为支架现浇段，长（其中端部留为伸缩缝）。

箱梁顶板厚，悬臂板端部厚，根部厚；腹板厚0.45m~0.6m~，呈直线变化；底板厚0.3m~，呈二次抛物线变化。中支点处设置三道厚的横隔板、边跨支点处及中跨跨中分别设置厚及的横隔板。箱梁横桥向底板保持水平，顶面设2%的单向横坡，由箱梁两侧腹板高度不同形成。悬臂浇筑最大节段梁重为1550KN。主桥左右幅共4个“T”，对于单T而言，0#块段长为支架现浇段；1#～13#块段为悬浇段，采用挂蓝施工；另外14#块段为合拢段、采用吊篮施工；15#块段为边跨支架现浇段。

各梁段体积及重量一览表如下：

主桥挂篮为三角形挂蓝，主要由6大部分组成，分别为：三角形组合主桁梁、行走系统、底篮及模板系统、悬吊系统、锚固系统及工作平台。挂篮重量控制在60T以内（含内外模板重量）。每个挂篮有二片三角形组合梁。挂篮构造如附图所示：

1、主桁：主桁为三角桁片，由立柱、斜拉杆、主梁组成。

（1）主梁由2根Iⅹ142型钢加工而成，共长，是挂篮主要的承重结构。挂篮两根主梁之间设有平联，以减少负荷后侧向变形，增加整体稳定性。

主梁与立柱、斜拉杆的连接均为销轴连接，为了保证三角桁架拼装后受力良好，防止拼装后处于应力过大或无应力状态，加工主梁销孔时应严格按照设计图纸尺寸加工，一个主桁主梁的相邻两销孔只能出现正误差，误差范围为+0～+ m。

（2）立柱由2根Iⅹ142型钢加工而成，共长，底部与主梁用销轴连接。顶部两侧贴焊两块以连接两根斜拉杆。

立柱横联采用由双拼槽钢[焊接而成的刚性桁架。立柱、斜拉杆及主梁构成三角桁架，共同承受主桁前、后横梁传给的外荷载。

（3）斜拉杆均由2根Iⅹ142型钢加工而成，两端均加工成半圆形以方便与主梁和立柱两端的销接。悬出端斜拉杆两销孔间间距为，后端斜拉杆两销孔间间距为。加工时斜拉杆孔距只允许出现正误差，误差范围为0～+ m。

2、底篮：底篮由前横梁、后横梁、纵梁等组成。

(1)前下横梁、后下横梁：采用2根I水平用钢板焊接成一根主梁桁架，横梁上设加劲板及连接板。前横梁长，后横梁长。

（2）纵梁：底篮纵梁有普通纵梁和加强纵梁两种。普通纵梁为I32；加强纵梁为和的钢板焊接在一起成“工”字形；

（1）前上横梁：前上横梁由2I水平用钢板焊接成一根主梁桁架，横梁上设加劲板及连接板；前上横梁长。

前后吊带及箱梁内后锚带采用精轧螺纹钢，其长度通过螺旋千斤顶调整。

（1）后锚由锚固梁、锚杆组成，上端通过锚固梁锚于主梁尾部，下端通过精轧螺纹钢和连接器锚于箱梁上。经计算一个挂篮主桁的后锚共需4根精轧螺纹钢筋，一个挂篮后锚总共需要8根精轧螺纹钢筋锚固。

（2）行走系统：整个桁架结构支承在由钢板加工而成的前、后支腿上。每组主梁的支腿下设一套行走系统，行走系统主要包括：行走支腿及上框架、行走轮、前后支腿行走轨道等。

①为了调整挂篮水平，两片主梁下的支腿在加工时采用不等高设计，远离桥梁中心线的支腿高度高于靠近侧的支腿，挂篮的前支腿受力较大，前支腿采用钢板焊接的箱形体，以减少其压缩变形量；后支腿采用钢板组合滚轮的形式。

②轨道采用2I25，上下各贴焊钢板，挂篮移动时为保证安全采用人工用手拉葫芦拉动向前行走。

③为了保证挂篮行走时的安全，必须在箱梁前端及轨道前端设置限位装置，以防止挂篮滑出轨道或箱梁前端引起挂篮倾覆。

④由于前支腿反力很大，因此，挂篮前移时必须按照设计要求设置前支腿下加强型钢。

⑤走轨道使用连接器直接锚固在梁体上。

⑥当1#块箱梁的砼浇注完成后，可接长前支腿行走轨道，轨道锚固后，放松挂篮的前、后吊带，前移挂篮；当2#块箱梁砼浇注完成后，放松挂篮的前、后吊带，顶起挂篮的主梁，先将轨道往前拖运就位锚固后，再移运挂篮；重复挂篮施工的上步程序，直至箱梁悬臂浇注段完成。

5、模板系统:模板由内、外模板组成。

（1）内模：由竹胶板与桁架组成。顶板为竹胶板，直接覆在由槽钢、钢管和木方形成桁架片上形成整体；侧板也为竹胶板，木方作加劲肋，侧模与顶模分别定位，接头处有效处理。

内顶模直接搁置在内滑梁上，内滑梁采用2I36，前端用精轧螺纹钢锚固在前上横梁上，后端直接锚固在已浇筑梁体上。挂篮主桁迁移到位并锚固后，芯模顶模整体迁移到位。

（2）外模：由型钢和大块平面钢模板组成桁架式模板，并设有模板移动滑梁，翼缘悬臂模板和腹板之间采用螺栓连接。

6、挂蓝各主要系统材料及重量如下表：（一只挂蓝）

底蓝纵梁在腹板部位采用钢板焊接H型钢，高，宽，上下钢板采用厚钢板，竖向筋板采用钢板，其中在腹板部位间距（3根）；在底板部位采用Ⅰ型普通工字钢，在底板部位间距约（6根）。

对焊接32cmH型钢，I = 4，W = 3，A = 2，E = 2.06×1011 pa。

对Ⅰ型普通工字钢，I = 4，W = 3，A = 2，E = 2.06×1011 pa。钢筋混凝土容重取26kN/m3。

施工荷载：取q2=2.5 Kpa

振捣荷载：取q3=2.0 Kpa

模板荷载： q4=2.0 Kpa（侧模、底模、芯模的平均值）

倾倒砼时冲击荷载：取q5=2.0 Kpa

因快段的浇筑长度不同，因此分别取相同长度块段的最大值进行验算。

根据设计图纸，1#块腹板最大高度，宽，长；底板最大厚度，宽，长。

横载取1.2倍的安全系数，活载取1.4倍的安全系数。

为计算简单期间，底板纵梁按均布荷载进行计算。

在腹板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝6.356×26＝165.3KN/m2

则在腹板部位焊接320H型钢上的线荷载为65kN/m，其受力示意图如下：

采用清华大学结构力学求解器，数据输入为：

TITLE,1#块腹板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,62000,0.09091,0.72727,90

求得最大弯矩为198.9kN.m，最大剪力为141.5kN，最大挠度为；后支点处反力141.5kN，前支点反力89.8kN。

对于自焊320H型钢，其在最大弯矩及最大剪力作用下产生的最大拉应力及最大剪应力分别为：

挠度f =＜[f]=5500/400=，刚度满足要求。

在宽底板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝0.8×26＝20.8KN/m2

则在底板部位普通Ⅰ32工字钢上的线荷载为22.2kN/m，其受力示意图如下：

TITLE,1#块底板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,22200,0.09091,0.72727,90

求得最大弯矩为69.7kN.m，最大剪力为45.9kN，最大挠度为；后支点处反力45.9kN，前支点反力31.8kN。

对于普通Ⅰ32工字钢，其在最大弯矩及最大剪力作用下产生的最大拉应力及最大剪应力分别为：

挠度f =＜[f]=5500/400=，刚度满足要求。

根据设计图纸，4#块腹板最大高度，宽，长；底板最大厚度，宽，长。

在腹板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝5.259×26＝136.7KN/m2

则在腹板部位焊接320H型钢上的线荷载为52kN/m，其受力示意图如下：

TITLE,4#块腹板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,52000,0.09091,0.81818,90

求得最大弯矩为180.4kN.m，最大剪力为113.5kN，最大挠度为；后支点处反力113.5kN，前支点反力94.5kN。

根据1#块施工计算可知在此种工况下，自焊320H型钢抗拉、抗剪及挠度均满足要求。

在宽底板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝0.62×26＝16.12KN/m2

则在底板部位普通Ⅰ32工字钢上的线荷载为18.5kN/m，其受力示意图如下：

TITLE,4#块底板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,18500,0.09091,0.81818,90

求得最大弯矩为64.2kN.m，最大剪力为40.4kN，最大挠度为；后支点处反力40.4kN，前支点反力33.6kN。

根据1#块施工计算可知在此种工况下，普通Ⅰ32工字钢抗拉、抗剪及挠度均满足要求。

根据设计图纸，9#块腹板最大高度，宽，长；底板最大厚度，宽，长。

在腹板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝3.604×26＝93.7KN/m2

则在腹板部位焊接320H型钢上的线荷载为36.3kN/m，其受力示意图如下：

TITLE,9#块腹板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,36300,0.09091,0.90909,90

求得最大弯矩为132.7kN.m，最大剪力为81.8kN，最大挠度为；后支点处反力81.8kN，前支点反力81.8kN。

根据1#块施工计算可知在此种工况下，自焊320H型钢抗拉、抗剪及挠度均满足要求。

在宽底板部位，混凝土自重产生的压应力为：

q砼＝0.4×26＝10.4KN/m2

则在底板部位普通Ⅰ32工字钢上的线荷载为14.0kN/m，其受力示意图如下：

ITLE,9#块底板底纵梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,14000,0.09091,0.90909,90

求得最大弯矩为51.2kN.m，最大剪力为31.5kN，最大挠度为；后支点处反力31.5kN，前支点反力31.5kN。

根据1#块施工计算可知在此种工况下，普通Ⅰ32工字钢抗拉、抗剪及挠度均满足要求。

2、底蓝前、后横梁验算

1#块施工时，腹板型钢前后支点反力为

R后=141.4kN，R前=89.8kN；

底板型钢前后支点反力为

R后=45.9kN，R前=31.8kN；

4#块施工时，腹板型钢前后支点反力为

R后=113.5kN，R前=94.5kN；

底板型钢前后支点反力为

R后=40.4kN，R前=33.6kN；

9#块施工时，腹板型钢前后支点反力为

R后=81.8kN，R前=81.8kN；

底板型钢前后支点反力为

R后=31.5kN，R前=31.5kN；

因底蓝前、后横梁结构形式均相同（双拼Ⅰ工字钢，长）但吊点位置不同，根据以上的计算结过，对在1#块施工时的底蓝后横梁进行验算，对在4#块施工时的底蓝前横梁进行验算。

对双拼Ⅰ工字钢，I = 4，W = 3，A = 2，E = 2.06×1011 pa。

TITLE,底蓝后横梁内力分析

结点,2,0.75,0

结点,3,2.05,0

结点,4,2.75,0

结点,5,5.25,0

结点,6,5.95,0

结点,7,7.25,0

单元,1,2,0,0,0,1,1,1

单元,2,3,1,1,1,1,1,1

单元,3,4,1,1,1,1,1,1

单元,4,5,1,1,1,1,1,1

单元,5,6,1,1,1,1,1,1

单元,6,7,1,1,1,1,1,1

单元,7,8,1,1,1,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

结点支承,3,3,0,0,0

结点支承,4,3,0,0,0

结点支承,5,3,0,0,0

结点支承,6,3,0,0,0

结点支承,7,3,0,0,0

单元荷载,2,1,141500,0.269,90

单元荷载,2,1,141500,0.5,90

单元荷载,2,1,141500,0.731,90

单元荷载,3,1,45900,0.429,90

单元荷载,4,1,45900,0.104,90

单元荷载,4,1,45900,0.368,90

单元荷载,4,1,45900,0.632,90

单元荷载,4,1,45900,0.896,90

单元荷载,5,1,45900,0.571,90

单元荷载,6,1,141500,0.269,90

单元荷载,6,1,141500,0.5,90

单元荷载,6,1,141500,0.731,90

求得最大弯矩为68.0kN.m，最大剪力为254.5kN，最大挠度为。

六个支点反力分别为：212kN、239.2kN、111kN、111kN、239.2kN、212kN

对于双拼Ⅰ工字钢，其在最大弯矩及最大剪力作用下产生的最大拉应力及最大剪应力分别为：

挠度f =＜[f]=1750/400=，刚度满足要求。

底蓝前横梁受力图式如下：

TITLE,底蓝前横梁内力计算

结点,2,1.25,0

结点,3,3.25,0

结点,4,5.25,0

单元,1,2,1,1,0,1,1,1

单元,2,3,1,1,1,1,1,1

单元,3,4,1,1,1,1,1,1

单元,4,5,1,1,1,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

结点支承,3,3,0,0,0

结点支承,4,3,0,0,0

结点支承,5,3,0,0,0

单元荷载,1,1,94500,0.28,90

单元荷载,1,1,94500,0.52,90

单元荷载,1,1,94500,0.76,90

单元荷载,2,1,33600,0.175,90

单元荷载,2,1,33600,0.505,90

单元荷载,2,1,33600,0.835,90

单元荷载,3,1,33600,0.165,90

单元荷载,3,1,33600,0.495,90

单元荷载,3,1,33600,0.825,90

单元荷载,4,1,94500,0.24,90

单元荷载,4,1,94500,0.48,90

单元荷载,4,1,94500,0.72,90

求得最大弯矩为41.7kN.m，最大剪力为175.8kN，最大挠度为0.07mm。

根据以上的计算可知满足要求

求得各支座处反力及上横梁吊点拉力分别为：

107.7kN、238.9kN、75.4kN、238.9kN、107.7kN

3、吊带及吊点构造验算

底蓝下横梁吊点构造形式为：在吊点部位组合型钢上下各设置一块2cm厚钢板，两块钢板用六根Ф30mm螺栓（45钢）连接，在上钢板上焊接一对2cm厚吊耳，吊带下吊点钢板（3cm厚）通过一个Ф50mm销子（45钢）与吊耳销接。具体形式如下图所示：

由以上计算可知，最大吊带处受力为239.2kN，吊带采用Ф32精轧螺纹钢，其最少可承受500kN的拉力，因此吊带满足施工要求。

吊点吊耳钢板焊缝强度验算：

吊耳钢板2cm厚，焊接处接触面长度34cm，焊缝厚度取1.5cm，焊缝长度取32cm，后吊点吊带最大受力为239.2kN，则：

σ=0.707×239200/(2×0.015×0.32)=17.6MPa＜[σ]=140 MPa

6根螺杆的承载力为N=6×210×706=889kN＞239.2kN

吊点销子采用Ф50mm销子（45钢），则其所能承受的最大剪力为

Qmax=0.667×2×1963.5×125=327.4＞239.2kN

上吊耳钢板宽16cm，厚3cm，吊点孔直径5.2cm，取抗拉净宽为10cm，则最小抗拉截面积为A=100×30=3000mm2

下吊耳钢板吊点孔中心线处钢板宽22cm，钢板厚2cm，采用两块钢板，吊点孔直径5.2cm，取抗拉净宽为20cm，则最小抗拉截面积为

A=200×40=8000mm2

其所能承受的最大拉力为N=140×3000=420kN＞239.2kN

内、外滑梁采用普通Ⅰ36工字钢，为计算简便，其受力按均布荷载进行验算。因翼板及顶板断面基本相同，因此按9#块施工工况进行验算。

翼板混凝土为1.152m3/m（单侧），顶板砼为1.185m3/m。两侧翼板及顶板均采用2根滑梁，其中外内侧滑梁距腹板边0.5m，外侧滑梁距腹板边1.5m；内滑梁距箱梁中心线距离为1.5m。

9#块施工时翼板砼方量为1.152×4.5=5.184m3（134.8kN）

顶板砼方量为1.185×4.5=5.333m3(138.7kN)

单侧外侧模模板重量为70kN，芯模顶模板重量为20kN，则外滑梁上的线荷载为36.8kN/m，内滑梁上的线荷载为36.3 kN/m。

内、外滑梁受力形式相同，因此仅对外滑梁进行验算。

TITLE,外滑梁受力分析

单元,1,2,1,1,0,1,1,0

结点支承,1,3,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

单元荷载,1,3,36800,0.09091,0.90909,90

求得最大弯矩为134.6kN.m，最大剪力为82.8kN，最大挠度为13mm。

前后两支点反力均为：82.8kN

对于Ⅰ36a工字钢，其在最大弯矩及最大剪力作用下产生的最大拉应力及最大剪应力分别为：

挠度f =13mm＜[f]=5500/400=13.75mm，刚度满足要求。

根据上面计算可知，在施工4m段4#块时底蓝前横梁受力最大，因此其上横梁也在此种工况下受力最大，依此对上横梁进行验算。

滑梁吊点处吊带拉力取9#块施工时的拉力

TITLE,上横梁验算

结点,2,2.875,0

结点,3,8.125,0

单元,1,2,0,0,0,1,1,1

单元,2,3,1,1,1,1,1,1

单元,3,4,1,1,1,0,0,0

结点支承,2,3,0,0,0

结点支承,3,3,0,0,0

单元荷载,1,1,82800,0.3478,90

单元荷载,1,1,82800,0.6957,90

单元荷载,1,1,107700,0.7826,90

单元荷载,2,1,238900,0.119,90

单元荷载,2,1,82800,0.2143,90

单元荷载,2,1,75400,0.5,90

单元荷载,2,1,82800,0.7857,90

单元荷载,2,1,238900,0.881,90

单元荷载,3,1,107700,0.2174,90

单元荷载,3,1,82800,0.3043,90

单元荷载,3,1,82800,0.6522,90

求得最大弯矩为295kN.m，最大剪力为359.4kN，跨中最大挠度为0.2mm。

两个支点反力均为：632.7kN

对于双拼Ⅰ40a工字钢，其在最大弯矩及最大剪力作用下产生的最大拉应力及最大剪应力分别为：

挠度f =0.2mm＜[f]=5250/400=13mm，刚度满足要求。

三角桁架受力示意图如下：

TITLE,三角桁架验算

单元,1,2,0,0,0,1,1,1

单元,2,3,1,1,1,1,1,1

单元,3,4,1,1,1,1,1,1

单元,4,5,1,1,1,1,1,1

单元,5,6,1,1,1,1,1,1

单元,6,7,1,1,1,1,1,1

单元,7,8,1,1,1,0,0,0

单元,4,9,1,1,0,1,1,0

单元,6,9,1,1,0,1,1,0

单元,7,9,1,1,0,1,1,0

结点支承,2,3,0,0,0

结点支承,3,3,0,0,0

结点支承,4,5,0,0,0

结点支承,5,3,0,0,0

结点支承,6,5,0,0,0

单元荷载,7,1,632700,0.33333,90

求得最大弯矩（在F点处）为：253.1kN.m；

最大剪力（在F点处）为：632.7 kN；

前斜拉杆（DF）轴力为：1097.8 kN（受拉）；

后斜拉杆（DE）轴力为：1217.2 kN（受拉）；

集中力处下沉量约15mm。

中竖杆长3.8m，由两根普通Ⅰ40工字钢组合而成，间距5cm，则iy≈7.5，则λ=51，φ=0.852

三角桁架杆件强度及稳定性满足要求

单片桁架片后锚采用4根φ32精轧螺纹，两片桁架片共计8根锚杆，标准强度为750Mpa，相应单根拉力为603KN，按60％取值为362 KN，6根锚杆提供的抗倾覆力矩M抗＝362×8×3.8＝11005 KN.m

主桁前横梁、悬吊系统、底篮系统、侧模及芯模系统合计重约55t，取其重心至前支点的距离为5.5m/2＝2.75m，相对于前支点产生的力矩为550×2.75＝1512.5KN.m，相对于前吊杆产生的力矩为550×2.75＝1512.5KN.m。

对于1＃块，块长3.5m，块重154.9吨苏CS04-2006 村镇住房构造图集-给排水部分，保守取其重心至前支点的距离为3.5m/2＋0.5m＝2.25m，相对于前支点产生的力矩为1549×2.25＝3485KN.m。

对于4＃块，块长4m，块重149.3吨，保守取其重心至前支点的距离为4.0m/2＋0.5m＝2.5m，相对于前支点产生的力矩为1493×2.5＝3733KN.m。

对于9＃块，块长4.5m，块重119.3吨，保守取其重心至前支点的距离为4.5m/2＋0.5m＝2.75m，相对于前支点产生的力矩为1193×2.75＝3281KN.m。

Q／SY 06520.12-2016标准下载最大倾覆力矩M倾＝3733＋1512.5＝5245.5KN.m

稳定安全系数K＝M抗/M倾＝2.1＞2，满足规范要求。

（1）严格按照设计图纸要求进行加工，螺栓孔眼内销孔相对位置应按图纸要求控制。