王慧娟 严友建
中铁大桥局集团第二工程有限公司 江苏南京 210015
摘要：随着桥梁设计与施工技术的飞速发展以及对通航，净空等的要求越来越高，对桥梁的跨度以及桥梁的宽度要求也越来越大。大跨度宽幅斜拉桥以其独特的优势越来越多的被应用到桥梁结构中来。因此斜拉桥主桥的施工技术作为桥梁施工的关键技术就显得尤为重要。江都至六合高速公路京杭运河特大桥就是很典型的大跨度宽幅斜拉桥。
关键词：牵索挂篮；纵梁；斜拉桥；桥梁施工；拉索
一、概论
江都至六合高速公路京杭运河特大桥主桥为双塔双索面混凝土斜拉桥，孔跨布置为（28.5+79.5+248+79.5+28.5）m，主桥支撑体系采用半漂浮体系，斜拉索采用平行布置，梁上索纵距6.5m。横距35.5m，锚固点距悬臂浇注梁端1m。
主梁采用预应力混凝土π型截面，两侧腹板厚2.2m，顶板厚30cm，主梁顶面设置2％横坡，标准节段长6.5m，截面宽37.1m，砼约165.8m3，顺桥向每隔6.5m设置一道横梁，其间距与索间距相同，为6.5m。详见图1
图1
二、挂篮设计思路
根据京杭运河特大桥的结构特点对主梁悬臂施工进行了方案比选，由于该桥截面宽，块段长，单节砼重量达438.9t并且横梁不允许承受梁段悬臂荷载，常规的悬挑式挂篮无法满足施工要求，最后选用牵索挂篮进行主梁施工。
牵索挂篮应根据预应力混凝土斜拉桥主梁的结构，索面在纵横方向的坡度变化，以及斜拉索在主梁上固定交点的规律，斜拉索的张拉牵引条件，以及挂篮在下降前移时其下方的净空大小等各方面因素进行选型及具体设计。江都六合高速公路京杭运河特大桥主桥的牵索挂篮在设计时主要考虑以下几个因素：
1、首先该桥主梁纵向长度为6.5m；梁面较宽达37.1m，块段重量达430t，为保证节段施工纵、横向变形协调，对挂篮的整体刚度要求很大，挂篮重量大。
2、设计中对上一节段横梁的横向预应力仅张拉N1、N2束，N3束在施工节段纵向预应力张拉完毕后再张拉，横梁受力较弱，挂篮中吊点的荷载不能过大。
3、梁体截面为π型结构，斜拉索布置于梁体两侧纵梁处，且为平行索，利于剪力键的布置及斜拉索纵向水平分力的传递。
4、由于通航净空的要求，挂篮在走行的时候整体下降高度不能超过1米。
三、结构设计
根据京杭运河特大桥的特点，此挂篮设计采用钢箱梁整体式底平台，通过两组主纵梁、两组横梁、及后交叉腹杆组成空间受力体系，既保证了挂篮的纵横向刚度，又保证了节段纵横向线型；内模支架采用钢管拱结构，将荷载传递至主纵梁，减小中横梁受力从而达到控制横梁吊点的反力，同时在纵梁上设置滑道也解决了挂篮走行下降空间不够的问题；走行采用走行挂钩及后反力轮结构。挂篮总重212.5t。
挂篮控制参数：
1）、挂篮自重：自重系数一般控制在0.3～0.5之间，且总重控制在设计要求内；
2）、最大整体弹性变形控制在2cm以内；
3）、混凝土浇注时抗倾覆稳定系数＞2；
4）、空载行走时抗倾覆稳定系数＞2；
5）、挂篮的设计要考虑通用性及对梁段的适用性。
（一）挂篮主要结构
1.承重系统见图2
主纵梁：B=1220mm，H=1800～1200mm，；
次纵梁：B=720mm，，H=1200mm，；
前横梁：B=1220mm，，H=1800mm，；
中横梁：B=920mm，，H=1200mm，与主梁连接处 H=1800mm；
顶板均为16mm，腹板均为14mm。
普通纵梁：工36b
各梁段处挂钩采用8.8级螺栓，其余均采用φ27普通螺栓拼接。
图2
2.悬吊系统
悬吊系统由挂篮前端牵索锚固结构，中吊杆、后吊杆等组成。
牵索锚固结构：由新制成品索、张拉杆、连接头、张拉螺母、锚固螺母组成。
中吊杆：中外吊杆：2Ф70mm 圆钢，材质：40Cr
中内吊杆：2Ф32mm精轧螺纹钢筋
后吊杆：2Ф32mm精轧螺纹钢筋
由于挂篮施工节段较多，各构件需要进行多次张拉，必须密切关注其疲劳及损伤状况，发现问题及时更换。
3.水平抗剪系统
由于临时牵索在提供前端垂直反力时同时也提供了无效的水平力。在角度小于45°的斜拉索中水平分力均将大于垂直分力，因此在挂篮的主纵梁或承重平台后方必须设有抗剪设备将此水平分力直接传至已灌注的梁体上。水平抗剪系统包括水平抗剪档块、梁体预埋钢盒组成。平衡由于牵索产生的水平力。
4.走行系统
走行挂钩：“7”形，箱型截面，920*1200*16*14mm
滑道：钢板焊接，与主梁通过预埋筋锚固
走行轮：特制
5.模板系统
模板系统主要包括：主梁底模、内外侧模板；横梁底模、前端侧模；横梁前端顶板底模。齿块、横梁后端侧模、顶板
6．其他设备如必要的压重、安全脚手，均应在设计中考虑周详。
（二）设计假定
1）待浇注的箱梁砼重量通过底模及侧模传递至其下方对应的挂篮杆件；
2）斜拉索的预拉索力作为一个集中力作用于主纵梁前端的弧形首；
3）挂篮荷载通过中吊挂和后吊挂传递至已浇注的箱梁上；
4）辅助顶纵梁主要承受走行时前吊挂反力，并通过后锚固系统进行平衡；
（三）设计荷载
砼荷载：q1=V×26KN/m3×（1+0.05）（考虑砼5%超重）。
模板：q2＝2.5KN/m2。
施工荷载：q3＝2.5KN/m2。
挂篮自重荷载q4
第一次索力q5
第二次索力q6
（四）设计计算过程
1）计算各施工阶段挂篮各构件的强度及刚度并求得中、后吊挂的反力；
2）验算挂篮中、后吊挂的受力；
3）验算走行时辅助顶纵梁的受力；
5）验算走行时走行框的受力；
（五）计算结论
经对各工况的结构受力进行验算，挂篮各结构设计均满足受力及使用要求，结构状态安全。
四、挂篮设计关键点
1、挂篮结构本身应满足施工各工况强度和刚度。根据京杭运河特大桥的结构特点，挂篮在设计时考虑模板拆装方便，隔墙模板做成整体式钢模板，隔墙的后端为了减少走行下降空间模板做成可折叠形式。
2、受通航净空以及中吊点受力限制，箱梁顶部底模支撑结构采用了钢管拱的结构形式。由于钢管拱跨度达33.9米，若拱脚位置与连接件焊接则通过计算主肋需要采用Φ426*10mm钢管，并且连接处对焊接要求特别高，焊缝长度较难满足。通过反复对比最后采用拱脚与连接件铰接的结构形式，连接铰的位置设在拱轴线上（见图3）。这样就释放了连接处的弯矩，仅仅通过轴力传递使受力更明确。采用铰接的形式通过计算最后主肋采用了Φ299*10mm钢管，仅此一项就节约了8.1t钢材。通过拱肋的结构形式将顶板大部分荷载直接传递至两侧主纵梁上，使中间吊点受力控制在49.8t，满足了主体结构受力的要求。
3、挂篮前端底模标高设定及挂篮锁定
根据监控单位给定的各节段挂篮到位的底模标高，利用中外吊点来设定。并在标高设定时应采取底模预设上（下）拱的措施来消除挂篮自身变形的影响。
将剪力键后端和上端前部与梁体之间用钢板抄死，钢板抄垫时应形成面接触。使挂篮与梁体牢固连成一体，完成长平台牵索挂篮的设定标高及锁定工作。因剪力键受力较大且与纵梁是焊接连接，所以每节段混凝土浇注前，应重点检查。
4、牵索安装及中间调整索力
牵索主纵梁精确定位锚固后，水平抗剪设施安装完毕，即可进行牵索安装，先将延长杆与锚头内撑套连接好，调整好锚杯位置，保证锚杯螺母与锚垫板间4㎝左右空隙。走行到位后，应准确调整主纵梁前后位置，按浇注100%砼后斜拉索梁端索偏角计算设置牵索与弧形首交点位置，使牵引张拉杆与斜拉索同一轴线，且轴线位置准确。
本桥牵索中间调整索力包括两次，第一次初索力在砼浇注前施加，第二次索力在砼浇注至50%时进行调整索力值。
5、梁端索力转换
砼浇注完毕，按规定养护，满足强度要求后拆除内模及堵头模板，预应力张拉完毕后，即可进行梁端索力转换，先旋紧梁端锚杯螺母，保证其与锚垫板紧贴，利用千斤顶放松锚固于牵索纵梁弧形首处的张拉杆螺母，使其处于松弛状态。
五、牵索挂篮的应用与研究
江都至六合高速公路京杭运河特大桥作为很典型的大跨度宽幅斜拉桥，有着大跨度宽幅斜拉桥的共性同时也有自己的特点。它典型的π型结构使结构受力集中到两侧的实心段处，它的梁宽达37.1米，对主横梁的要求非常高，也给施工设计增加了难度。每个块段长度达6.5米，并且大跨度斜拉桥主梁施工过程中应力变化较大，施工过程中应力较大，常规悬挑式挂篮很难满足施工要求，设计一般要求采用牵索挂篮进行悬臂浇筑主梁。牵索挂篮悬臂浇筑主梁能有效地减少直接作用在梁端荷载，能较为方便地在施工过程中调整梁体线型，便于主梁悬臂施工过程中应力控制、线型控制，便于斜拉索安装。
京杭运河特大桥最大跨度达248米，跨中的斜拉索水平角度较小，而斜拉索索力一般都较大，导致剪力键最大剪力达328.5t，这给剪力键的结构设计增加了难度。顶端底模的支撑结构采用拱架形式，既解决了通航净空问题同时又将荷载直接传递到主纵梁上。为同类桥梁的施工设计提供了参考。
六、结语
随着大跨度宽幅斜拉桥在桥梁设计中越来越普遍，其主桥的施工设计显得尤为重要。从理论上讲牵索挂篮能适应悬臂浇筑施工的任何斜拉桥主梁，其适用范围广；但由于大跨度宽幅斜拉桥往往块段较重，梁幅较宽，且每个桥又有着自己特有的特点。因此牵索主纵梁结构较强，结构一般要新制，但对于大跨度斜拉桥来说其倒用次数多、适用时间长相对来说也较为经济。江都至六合高速公路京杭运河特大桥目前已通车，从主桥的施工过程来看，该牵索挂篮保证了主梁的施工进度及施工质量，为以后类似桥梁的施工也有一定的参考价值。
参考文献：
[1].《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。
[2].《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。
[3].《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ025-86）
[4].《钢结构设计规范》（GB50017-2003）。
论文作者:王慧娟,严友建
论文发表刊物:《基层建设》2016年2期
论文发表时间:2016/5/30
标签：挂篮论文; 斜拉桥论文; 结构论文; 荷载论文; 横梁论文; 受力论文; 锚固论文; 《基层建设》2016年2期论文;