向莆铁路东新赣江特大桥三角通用挂蓝设计

  胡 杰1   韩井东2   叶绍其2
1、中铁大桥局股份有限公司  武汉  2、中铁大桥局第五工程有限公司  九江
摘  要：向莆铁路东新赣江特大桥有4联三跨连续梁采用三角挂蓝悬臂浇筑施工，本文主要介绍了三角通用挂蓝的设计过程。

  关键词：三角挂蓝  设计  悬臂施工

引言
挂蓝是悬臂浇筑施工的主要设备，按结构形式分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式四种；按抗倾覆平衡方式可分为压重式、锚固式和半压重半锚固式三种；按走行方法可分为一次走行到位和两次走行到位两种；按其移动方式可分为滚动式、滑动式和组合式三种。三角挂蓝由于自重较轻，结构简单，受力明确，无需压重，在较大跨度桥梁悬臂浇施工中较为广泛的应用[1]。

工程概况
向莆铁路东新赣江特大桥主桥32#~35#、64#~67#为主跨80m的三跨连续梁，引桥312#~315#为主跨64m的三跨连续梁，785#~788#为主跨80m的的三跨连续梁。均采用挂蓝悬臂浇筑施工。箱梁悬浇施工节段号块划分主要有3m、3.5m、4.0m三种形式，箱梁截面顶宽9.56m，底宽6.4m，最重的号块:2#块有152.2t(主跨80m)，3#块113.87t(主跨64m)。

挂蓝设计
3.1设计思路
3.1.1挂蓝的通用性
由于东新赣江特大桥中有4联连续梁采用挂蓝悬臂浇筑施工，而箱梁的宽度没有变化，区别在于主跨与边跨、主跨64m与80m纵向预应力钢筋布置位置不同。在设计时，对吊带与横梁连接进行了优化，使之能够快捷地调节吊点的位置，来满足梁体纵向预应力筋位置的变化；对底平台纵梁连接铰座进行了优化，使之可以更简便地调节底纵梁的间距，来满足箱梁腹板宽度变化；在两片三角架间的水平连接系中间设置调节块，可以对两片三角架的间距进行调节。通过以上三措施来达到挂蓝通用的目的。
3.2挂蓝结构组成
挂蓝结构主要由三角桁架、行走系统、底平台、模板系统和锚固系统组成。
两片三角架间距为2.91m，立柱高4.535m，前上横梁至立柱5.1m，后锚中心至立柱4.5m，前下横梁至后吊点5.1m。
3.2.1三角架桁架
主纵梁由2[40a对扣上下贴板焊接成箱型截面，在与拉板和横梁连接处内外都加焊加劲板以满足局部稳定的要求。
前上横梁由2I56a并排放置，在腹板位置用I36a加劲，I36与2I56正交，组成一个格构式构件。
后上横梁由2I36a并排放置，在腹板位置用[40a加劲，[40a与2I36正交，组成一个格构式构件。
后锚梁由2[40a背对背间距244mm,上下贴板，中间加焊加劲板，组成一整体。
立柱由2[40a对扣上下贴板焊接成箱型截面。拉板采用δ=20mm，Q345钢板，横向水平连接系和立柱外侧斜撑采用φ203×6圆钢管，立柱内侧斜撑采用[40a。
3.2.2行走系统
行走系统分为：三角架走行系统和模板走行系统。
三角架走行系统：在箱梁顶面铺设2条由2[40a与钢板焊制而成的走道，走道分为3m、1m、0.5m三种，以便适应各种长度节段块的倒用。轨道通过锚梁与竖向预应力筋锚固。前后支点与走道接触面制成弧形状，便于向前滑行。
挂蓝向前移时，底模板、侧模板及内模板与三角架同步走行，在底平台及侧模下放以后，侧模通过吊杆（带）挂在吊梁上，内模吊在滑梁上，滑梁前端通过吊带吊挂在前上横梁上，后端通过吊杆悬挂在已浇筑好的梁体上。
3.2.3底平台系统
前下横梁由2I45a并排放置，在腹板位置用I36a加劲，I36a与2I45a正交，组成一个格构式构件。
后下横梁由2I56a并排放置，在腹板位置用I36a加劲，I36a与2I56a正交，组成一个格构式构件。
底纵梁由8根放置在腹板下方的I40a和7根放置在底板下方的I25a而组成，横向连接系采用[10,与底纵梁栓接。
3.2.4模板系统
包括内模、外侧模、底模、端模和内模滑梁。内模采用木模，外侧模采用0#块现浇的侧模改造。
外侧模悬挂主要由模板吊梁、模板托梁和吊杆来完成。吊梁通过螺栓与上横梁连接，托梁与外侧模支架吊耳连接，吊杆再将吊梁与托梁连接起来。
内模滑梁尾端通过预留孔道和吊杆锚固于箱梁顶面上，前端通过吊杆锚固于前上横梁上。
3.2.5锚固系统
浇注时三角架锚固采用2组，每组采用4根φ32的精轧螺纹钢来锚固，精轧螺纹钢筋通过套筒与梁体竖向预应力钢筋连接。
走行时锚固须解除，挂蓝行走倾覆载荷由后支点传递给走道梁，走道按一定的间距进行锚固。
3.3构件之间的连接优化
3.3.1 吊带连接吊点优化
吊点吊耳与横梁连接传统做法是通过焊接或者栓接(如图1)，吊耳的位置是相对固定的；本设计将吊点做成活动（如图2），精轧螺纹钢筋没有完全锚紧，托梁未与下横梁接触，吊耳可以人为的顺着横梁移动。
优点在于：吊带的位置可以随梁体纵向预应力钢筋位置的变化而进行调整，无需对下横梁进行改造设计，从而增大了挂蓝的通过性。

图1吊点图（传统做法）

图2活动吊点图
3.3.2底平台纵梁连接铰座优化
在底纵梁和横梁上安装铰座，再利用钢销连接，底纵梁与铰座连接采用焊接，铰座与横梁连接传统采用螺栓连接(如图3)，本设计在铰座和卡板上打孔，待底纵梁位置确定后，再拧紧螺栓通过卡板将下横梁与底纵梁卡紧(如图4)，施工时根据箱梁的宽度和腹板的宽度，确定底纵梁的数量和间距，从而提高挂蓝的通用性。

图3底纵梁连接铰座图(传统做法)

图4底纵梁连接铰座图
3.3.3三角架间距的调节
三角架间距可以由水平连接系来进行调节，在连接系中间增加一个调节块，调节块与连接系通过法兰板栓接。
3.4挂蓝性能分析
挂蓝除吊带采用Q345B钢，销轴采用45#钢，其余均为Q235钢。经设计统计挂蓝主要重量为64.4t，与最重号块的比值K=0.4，满足规范[2]在0.3~0.5之间的要求。挂蓝主桁架重量G=10.0t与挂蓝主要构件重量之比k=0.15。
挂蓝结构计算
荷载参数
挂蓝设计考虑的荷载主要有：箱梁重量、施工荷载、挂蓝结构自重。
1#：3.0m，140.6t；2#：3.5m，152.2t；3#：4.0m，131.3t
计算工况
挂蓝计算有两种工况：挂蓝浇注工况和挂蓝走形工况。
受力计算
  销节点模拟成铰接，锚固在砼梁体上的锚固点模拟成固定铰支座。砼梁体重量荷载采用面积分配（顶底板、腹板分别划分求出重心，然后按照简支梁计算前后分配的重量）。
前后吊点总荷载计算
   前吊点荷载：

   后吊点荷载：

式中G为箱梁自重与施工荷载
之和。
浇筑各号块吊点总荷载：
1#：F前=623.9 kN，F后=967.1 kN
2#：F前=755.7 kN，F后=957.2 kN
3#：F前=732.0 kN，F后=761.3 kN
可知：前吊点以浇筑2#块控制设计，后吊点以浇筑1#块控制计算。
再根据吊带（杆）具体的布置，计算出前后主吊带的荷载值；
边吊带荷载值由挂蓝走行工况控制，边吊带仅承受底平台及模板自重、外侧模自重、前下横梁自重。计算结果如下：
主吊带：F前=650 kN，F后=800kN
边吊带：F前=250 kN，F后=250kN
计算结果
挂蓝结构采用MIDAS软件建模计算，内力结果见表1，结构整体变形量为16mm，满足规范[2]要求。
表1 计算结果表
杆件名称 σ(MPa) τ(Mpa) 变形(mm)
底纵梁 124.7 26.4 8.8
前下横梁 84.9 29 6.0
后下横梁 62 25.8 9.0
前上横梁 61.9 36.4 6.5
后上横梁 123.7 23.6 8.0
主纵梁 137.6 　 4.0
立柱 88.8 　 6.0
拉板 126.8 　 3.8
后锚梁 116.6 20.1 　
由表1中σ<[σ]=150Mpa，τ<[τ]=100Mpa可知，结构受力及变形均满足规范[3]的要求。
4.3.3走道梁锚固计算
经软件计算得出三角架后锚点反力 Pmax=160kN。
锚固间距
式中w—走道梁的截面特性值；
       k—为抗倾覆安全系数取为2；
实际施工中，走道梁锚固间距不得大于2.6m。
稳定计算
结构稳定计算
三角架抗倾覆计算：
浇筑1#块：
浇筑2#块：
走行：
由上可知，倾覆安全系数K>2，满足规范[2]要求。
挂蓝整体屈曲稳定计算：
采用MIDAS整体建模计算得出结果：
浇注1#、2#、6#块时挂蓝整体屈曲系数为9.12、8.05、9.32，走行工况为17.30。可知结构整体屈曲稳定系数均大于5，满足要求。
结构稳定措施
在后上横梁断面立柱两侧设置斜杆，来提高立柱的稳定；
在纵梁与前、后上横梁及后横联之间设置斜撑来提高纵梁与三角架之间的稳定。

结束语
在东新赣江特大桥工程有多个连续梁采用挂蓝悬浇施工，在设计的过程中除了考虑结构本身受力变形满足规范要求，还要考虑挂蓝的倒用，所以就对挂蓝还应具有通用性的要求，本次设计的挂蓝通过对两处连接形式的优化来满足实际施工需要。

参考文献：
[1]王武勤.大跨度桥梁施工技术. 北京.人民交通出版社 2006.
[2] 中华人民共和国行业标准《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）
[3] 中华人民共和国交通部标准《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTG025-86）