高铁大跨度连续梁轻型三角挂篮及无拉杆模板设计与应用

　　摘要：三角挂篮是高速铁路大跨度连续梁施工中常用的挂篮形式，无拉杆模板的设计、制作和拼装工艺,对提高混凝土施工外观质量起到较好的作用。本文结合跨大广高速特大桥（60+100+60）m连续梁工程实例，分析了优化后的轻型三角挂篮及无拉杆模板系统设计和施工要点。该工程采用的三角挂篮自重轻、走行快、效率高，配套使用无拉杆模板系统浇筑出来的砼外观质量较好，值得借鉴和推广。
　　关键词：连续梁，挂篮，无拉杆模板，设计应用
　　1.前言
　　高速铁路大跨度连续梁施工普遍采用悬臂浇筑法，主要分四步，第一步：施工0#块并与墩身形成临时固结；第二步：利用挂篮进行对称悬浇各节段形成T构至合龙段；第三步：边跨现浇梁段与T构合龙，形成单悬臂梁；第四步：中跨合龙形成连续梁结构。因此，挂篮和模板设计的好坏直接影响到悬浇施工的安全、质量和进度。
　　2.工程概况
　　沪昆铁路客运专线跨大广高速特大桥采用(60+100+60)m连续梁上跨大广高速公路。连续梁梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12m，底宽6.7m，全桥箱梁除梁端附近外顶板厚均为40cm。腹板厚分别为0.6m～0.8m、0.8m～1.0m,按折线变化。底板厚由跨中的0.40m变化至中支点梁根部的1.2m，按直线变化，梁底线型按二次抛物线变化。一个“T”构共有26个悬灌梁段，边跨现浇段长9.75m。本连续梁采用三角挂篮悬浇筑施工，采用可调式无拉杆高精度钢模板。
　　3.轻型三角挂篮和无拉杆模板的设计及构造
　　3.1挂篮和无拉杆模板设计
　　挂篮设计不仅要考虑其自身强度、刚度和稳定性，还要考虑经济合理，而反映挂篮在满足使用要求的同时是否经济合理的两个主要控制指标为：挂篮的重量与最大节段重量比值K1、主桁架与最大节段重量比值K2。K1值越小，表示整个挂篮设计越合理；K2值越小，表示挂篮承重构件的受力越合理，使用钢材越节省，越经济。
　　根据本桥基本参数和设计要求，考虑混凝土外观质量和耐久性要求，并分析以往三角挂篮设计的优缺点，将本桥需使用的挂篮优化设计为自锚式三角挂篮配合无拉杆模板系统，其K1值为0.33，与以往挂篮相比，除具备三角挂篮结构简单，受力明确，无需配重等优点外，还有以下五大优点：①取消了后上挂梁，减轻重量的同时为人员、机具、设备提供顺畅的进场通道；②挂篮设计时加装前支座行走滚轮，较传统前支座下用摩擦板时行走更快速；③采用液压千斤顶代替倒链提供走行牵引力，可成倍提高工效（倒链走行6人0.5天，千斤顶走行只需4人50分钟）；④无拉杆模板系统与挂篮内模滑梁同步行走，较传统满堂支架木模系统缩短模板安装（内模满堂支架10人最快要1.5天，可调正反丝无拉杆内模5人6小时）和拆除时间；⑤采用可调正反丝对撑杆无拉杆模板系统，改善了混凝土外观质量，提高其耐久性。
　　3.2轻型三角挂篮及无拉杆模板构造
　　本桥挂篮由主构架、行走及锚固装置、底模架、外侧模板、内侧模板、前吊装置、后吊装置、前上横梁等组成，详见图3.2-1挂篮构造图。
　　
　　
　　图3.2-1挂篮构造图
　　3.2.1主构架
　　主构架是挂篮的主要承重部分，由两片三角桁架及平面联结组成。桁架的构件均采用2[]40b组焊而成，为便于安装和运输，节点处采用栓接及销接。
　　3.2.2吊挂系统
　　吊挂系统包含底模前吊挂系统、底模后吊挂系统、侧模吊挂系统、内模吊挂系统等几部分。
　　⑴底模前吊挂系统
　　底模前吊挂系统由底模前吊杆、挂篮前上横梁、锚固扁担、底模吊耳等部分组成。
　　①底模前吊杆
　　底模前吊杆采用5根Φ32的精轧螺纹钢为吊杆，底模混凝土自重、前下横梁荷载靠此吊杆传递给前上横梁。
　　②挂篮前上横梁、锚固扁担、底模吊耳
　　挂篮前上横梁为前悬挂系统的主要荷载承载构件，采用2[40b组焊而成，底模、侧模内模的前吊点均设置在此梁上；
　　锚固扁担采用2][14组焊而成，扁担梁一组为两个：一个用于锚固，另一个用于为螺旋顶提供反力；
　　吊耳采用16Mn钢板加工，与底模下横梁通过焊接联结，吊耳上设有与相应吊带配套的销孔，销孔直径为50mm，销子用于横梁与吊杆联结。
　　⑵底模后吊挂系统
　　底模后吊系统设置5根Φ32mm的精轧螺纹钢吊杆，后吊挂系统将挂篮底模与既有梁段底板锚固在一起，在混凝土灌注时单根吊杆承载较大。
　　⑶内模吊挂系统
　　内模吊挂系统均由内模前后吊杆、滑道梁后辊轴挂架组成。
　　①前后吊杆
　　内模前后吊杆均采用Φ32mm精轧螺纹钢，上下各垫一扁担梁承托。
　　②滑道梁
　　内模滑道梁采用2[28加工而成，主要承受内模移动时传递的荷载。
　　3.2.3底模平台
　　本挂篮设计中底模平台由前后下挂横梁、底模纵梁、底模等组成，各构件之间联结采用栓接，个别部件采用焊接联结。
　　⑴前后下挂横梁
　　挂篮底模前后下挂横梁长度均为12m，由2根][40b槽钢组焊而成，上设5组吊耳。
　　⑵底模纵梁、限位角钢
　　底模纵梁由钢板、I36b工字钢组焊而成，前后支点间距5000mm，全长5800mm；腹板下集中布置4根，底板下按1000mm和1100mm间距布置4根，底纵梁与下横梁之间采用M20螺栓联结。
　　⑶底模横梁、限位角钢
　　底模横梁由[10槽钢组焊而成，总共15根。支点间距314mm，全长4400mm；在横梁上根据面板布设要求，分别焊接限位角钢，以确保面板定位准确、固定牢固。
　　⑷底模面板
　　底模面板采用δ6钢板加工而成。
　　3.2.4侧模系统
　　挂篮侧模系统由模板面板系统、模板桁架系统、侧模滑道系统组成。
　　⑴模板面板系统
　　挂篮模板面板系统由δ6钢板做面板，[8槽钢为肋，法兰采用δ10钢板，按照相应间距要求设置螺拴孔。
　　⑵模板桁架系统
　　模板桁架采用[10和[12组焊而成，单侧模板长4.4m，共6组桁片，间距0.75m，每组桁片分为2节，翼板与腹板上倒角为一节，腹板上倒角以下为一节。因梁段外轮廓除了高度以外其余均相同，故采用固定角度。
　　⑶侧模滑道系统
　　侧模滑道采用2[]28b槽钢组焊而成，槽钢顶面及底面均贴焊钢板，侧滑道前端设置专用吊耳用于安装侧滑道前吊杆。
　　3.2.5内模系统
　　内模系统由内模纵向滑道、内模连接梁、内模顶部可调面板、内模侧面板等几部分组成。
　　⑴内模纵向滑道
　　内模纵向滑道采用2[]28b槽钢组焊而成，槽钢顶面及底面均贴焊钢板。
　　⑵内模连接梁
　　内模连接梁采用I16工字钢制作，除用于承载内顶板荷载外，还可以作为顶面板横向移动导轨。纵横向滑道联结通过焊接联结，倒角处设置有三角形加筋板。
　　⑶内模面板
　　内模面板分为顶面板和侧面板两部分。顶面板包含顶板、斜倒角板两部分，其中顶板为2块，可以横向分开滑移以满足腹板厚度从100cm调整到50cm的需要。内模侧面板采用钢模板配合正反丝可调撑杆。
　　3.2.6走行锚固系统
　　⑴走行系统
　　挂篮走行系统包含三部分内容：挂篮主桁后支座、挂篮前支座、挂篮行走梁。
　　①主桁后支座
　　挂篮走行后支座采用钢板组焊而成，通过反扣装置将挂篮后锚点反扣在挂篮行走梁上，借以提供挂篮走行后锚固力。
　　②挂篮前支座
　　挂篮前支点设置行走滚轮，可在行走梁上滚动前进。
　　③挂篮行走梁
　　挂篮行走梁采用300×300箱型梁，梁上设置直径50mm孔洞用以穿入梁体竖向预应力筋，孔洞间距1000mm。
　　走行滑道梁与梁体之间按照50cm间距均匀布设2][14垫梁，滑道梁通过梁体竖向预应力筋锚固在梁体表面。
　　⑵锚固系统
　　挂篮锚固系统分为两种，其一为挂篮混凝土灌注时锚固系统；其二为挂篮走行时锚固系统。
　　①挂篮混凝土灌注时锚固系统
　　混凝土灌注时挂篮结构共设置4组后锚固点，分别是：主构架后锚固、底模平台后锚固系统、侧模后锚固系统、内模后锚固系统。
　　以上几组后锚固系统均采用扁担梁支垫，上穿销子或精轧螺帽，其中主构架后锚固系统下锚点反压在行走梁下方，由扣住行走梁的梁体竖向预应力筋提供锚固力。
　　②挂篮走行时锚固系统
　　挂篮走行时锚固系统包含两部分：主构架后锚反扣装置、滑道后挂架锚固系统。
　　主构架后锚反扣装置：挂篮走行时利用挂轮反扣在走行轨道上为挂篮走行提供可靠的后锚固力。
　　滑道后挂架锚固系统：用于锚固挂篮滑道后挂架，提供挂篮走行过程中底模、侧模的荷载。
　　4、挂篮计算
　　4.1荷载系数
　　考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等因素的超载系数为1.05；
　　浇筑混凝土时的动力系数为1.2；
　　预压时动力系数1.1；
　　挂篮空载行走时的冲击系数为1.3；
　　浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数为2.0。
　　4.2施工荷载
　　最大梁段自重：1596.3KN
　　挂篮及模板自重：约550KN
　　施工人群及机具：估20KN
　　施工振动荷载：20KN
　　风荷载：10KN
　　P=(1596+550+20+20+10)K=2196KN×1.5(安全系数)=3294KN
　　挂篮计算总荷载取P=3294KN
　　箱梁的结构参数：
　　箱梁的节段长度为2.5～4.0m，箱梁底板宽6.7m，顶板宽12.0m，
　　梁段高变化范围为7.85～4.85m，箱梁为单箱单室。
　　设计荷载：3294KN；设计变形：fmax=l/600。
　　4.3荷载组合
　　荷载组合Ⅰ：挂篮自重+预压荷载重+冲击附加荷载，用于挂篮预压时计算；
　　荷载组合Ⅱ：混凝土重量+超载+动力附加荷载+挂篮自重+施工荷载，用于刚度计算；
　　荷载组合Ⅲ：混凝土重量+超载+挂篮自重+施工荷载，用于主桁承重系统强度和稳定性计算；
　　荷载组合Ⅳ：挂篮自重+冲击附加荷载，用于挂篮系统走行时计算。
　　5、挂篮施工工艺
　　5.1工艺流程
　　根据线形监测发的下节段立模标高交底调整底模标高，锚固后下横梁→钢筋预应力孔道制安→调整固定内外侧模板→浇筑混凝土→等强、养生、凿毛→张拉、压浆→解除内外底模→接长轨道、解除后锚→挂篮前移→调整固定挂篮，进入下个循环施工。
　　5.2挂篮施工注意事项
　　⑴在挂篮使用过程中，定期详细检查焊缝和螺栓的质量，保证正常使用。一旦出现异常，立即停止施工，全面系统地检查，发现问题，立即整改。
　　⑵安装就位时，保证挂篮的左右两侧前支腿同步，且采用刚性支垫，支垫面要求平整，距离两端为50cm的距离。
　　⑶连接器安装时，严格按照对中的原则进行，即16cm长连接器两端各接入8cm长精轧螺纹钢筋。
　　⑷在混凝土灌注前需认真检查竖向预应力钢筋的位置、数量及固定情况，确保能够满足挂篮施工的要求。
　　⑸在施工过程中应加强观测标高、轴线及挠度等，分项做好详细记录；每段箱梁施工后，要整理出挠度曲线。
　　⑹混凝土灌注前，张紧所有锚杆，底模对拉杆，要保证杆件受力均匀；侧模与即有两端连接处拉杆必须张紧，避免灌注后胀模，产生错台现象。
　　⑺施工挠度控制
　　为正确合理的控制梁体挠度，采取以下措施控制挂篮挠度：
　　①施工前对各梁段理论下挠度值进行计算列表，作为各个梁段挂篮立模标高的参考。
　　②通过静载试验确定挂篮的弹性变形及非弹性变形值，结合理论计算结果进行修正。
　　③施工地程中，对钢筋安装、混凝土灌注等工序过程进行定期监控量测，确定挂篮在施工中的实际下挠度；再结合理论计算值进行修正，以便于准确预测下一节段施工立模标高。
　　④T构施工中严格控制两侧不均匀荷载的发生，挂篮移动时两只挂篮移动距离差不大于50cm。
　　6.结语
　　实践证明，本桥使用的三角挂篮是成功的，是挂篮进一步向轻型化发展的一种典型结构形式，也是一种值得推广的挂篮形式，此三角挂篮经多方面改进，使悬灌施工变得快捷方便，挂篮行走工效大大提高，无拉杆模板系统确保了高速铁路混凝土外观质量和耐久性要求，施工过程中安全质量控制得到了预期的效果，值得借鉴和推广。
　　
　　参考文献
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　　[5]李志明．挂篮在预应力混凝土连续梁悬臂浇筑施工中的应用[J]。工业建筑，2002(1)：21-23。

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