独塔斜拉桥复合式牵索挂篮的设计与应用

楚发强

（河南中原高速公路股份有限公司，河南郑州 450016）

独塔斜拉桥复合式牵索挂篮的设计与应用

楚发强

（河南中原高速公路股份有限公司，河南郑州 450016）

本文分析普通菱形挂篮、后支点挂篮、前支点挂篮等特点，更进一步阐明复合式牵索挂篮的优点。同时，介绍复合式牵索挂篮设计构思并进行结构验算，阐述复合型前支点挂篮在独塔单索面拉桥施工中的应用。

独塔；单索面；复合型挂篮；挂篮施工

1 工程概况

独塔斜拉桥的主桥长317m，边跨设置辅助墩，跨径布置为175m（主跨）+93m（边跨）+49m（边跨），桥面宽27m，单箱三室结构，一联三跨独塔单索面不对称预应力混凝土斜拉桥，桥型布置图及断面图如图1、2所示。

按照设计图纸施工节段划分为（7m+2m+7m×22+ 12m+93m+49m）。其中，边跨（93m+49m）及主跨0#块（12m）采用满堂支架法施工，主跨1#～22#段为标准段（7m×22），23#段为合拢段（2m），24#段为支架现浇段（7m）。其中标准段长度为7m（一个索距长度），设计要求采用前支点复合式牵索挂篮施工。

2 挂篮设计思路

2.1 普通菱形挂篮特点

普通菱形挂篮在悬浇施工中应用较为普遍，具有承载能力好、刚度大，施工操作空间大，行走方便快捷以及安全可靠等显著特点。同时，菱形挂篮模板能与上一阶段已浇混凝土衔接密切，无明显的错台接缝。其缺点是对已浇梁段影响较大，特别是待浇节段过重时，后锚点顶板处宜出现拉应力，甚至出现裂缝等影响结构安全的危害。

图1 桥型布置图

图2 箱梁横断面图

2.2 后支点挂篮特点

后支点挂篮施工工艺较为成熟，梁体浇筑过程中不需调整索力，横向稳定。其缺点是节段较长，节段质量大，挂篮质量较大，锚固点受力大且集中，斜拉桥顶板较薄时需采取分散应力措施。

2.3 前支点挂篮特点

前支点挂篮在双索面边主梁型式的斜拉桥中应用较多，技术较为成熟。本桥为独塔单索面斜拉桥，采用前支点挂篮时前端横向稳定性差，两根索横向中心间距仅1m，受力点非常集中。主梁截面较宽，加载不对称会造成挂篮横向失稳，同时高空河面上风力较大，单斜拉索受意外风力后横向稳定不易控制。底篮前端横向悬臂大，C形梁没有合适的支撑点，若设在顶板与斜腹板的交汇处，C形梁设计制作难度大，且非常笨重，不便于施工。

2.4 复合型牵索挂篮的构思

本桥作为控制性工程，工期紧任务重，采取增加临时预应力等措施，在不挂索的状况下悬浇主跨1#段和2#段，在主跨3#～22#采用前支点挂篮施工，节约工期约40d。

结合本桥的结构特点和施工特点，决定采用短平台复合型前支点牵索挂篮，既可以利用普通菱形挂篮的横向稳定性以及模板与已浇梁段密切贴合性，又可以利用前支点挂篮的轻盈性和方便快捷性［1］。

3 挂篮结构设计

3.1 总体构造

考虑到结构的特殊性及施工的特别要求，在挂篮设计初期就把满足结构快速施工作为首要目标。没有选择少吊点的三角挂篮，而采用吊点菱形挂篮作为上部支撑结构，下部结构采取加大中间两根主纵梁的截面尺寸，适当减弱边部主纵梁刚度［2］。前端横梁采用上下两片横梁包裹纵梁的结构形式，形成桁架形式来增大抗弯刚度，后面4道横梁逐渐减弱刚度，以达到减少挂篮总质量的目的。总体来说，复合型牵索挂篮体系由菱形桁片、拉索纵梁、下横梁、行走梁和止推机构5个主要部分组成，挂篮总体构造如图3所示。

图3 挂篮总体构造图

3.2 挂篮结构计算

计算采用大型通用软件，挂篮吊挂系统和斜拉索采用link8单元，吊挂分配梁及张拉分配梁、横梁、桁架结构采用beam188单元，主纵梁及外滑梁结构均采用shell63单元。

计算主要工况如下，主跨侧3#段～S22#段采用2次调整中间索力，其工况划分为：工况一，空载，挂篮安装完毕，挂篮平台通过前吊杆与菱形挂篮相连，行走梁末端与已浇箱梁连接，挂篮平台处于简支状态；工况二，第1次斜拉索张拉，挂篮平台前端由拉索及前吊杆共同提供竖向支撑力；工况三，浇筑50%混凝土，随着混凝土浇筑量增加，吊杆及拉索内力增大；工况四，第2次斜拉索张拉，本工况与工况二基本一致；工况五，浇筑100%混凝土，本工况与工况三基本一致；工况六，走行，挂篮平台下放，平台质量由滑量及吊杆承担。

第一次张拉和第二次张拉斜拉索过程中，由于横向刚度不够强大，中间吊杆力减少量远大于两端的2个吊杆。计算结果表明，挂篮各构件内力满足规范要求。

4 挂篮在施工中的应用

4.1 挂篮的拼装

菱形桁架作为挂篮上部结构主要受力构件，首先进行拼装，在拼装菱形架时应精确定位预埋孔与预埋件，行走轨道应平顺。下部主要安装主纵梁、横梁桁架、后端止推键。在主要构件精确定位后，通过精轧螺纹钢及焊接的方式将拉索纵梁与前后点下横梁联结固定，形成主承重结构。拼装完毕后，主要检查各构件连接可靠性，重点检查止推键的牢靠性。

4.2 挂篮压重试验

系统主构件拼装就位后，同步提升前后吊杆，并将后部止推机构螺帽拧紧限制于后挂块件，斜拉索临时锚固于拉索纵梁前端弧型垫板，施加部分索力后开始预压试验。

预压试验按照节段荷载120%的施加，顺序为0、50%、100%、120%。压值施加过程中分别观测挂篮前点受载沉降值及下横梁两侧挠度值，作为正常节段施工过程中模板标高控制和索力调整的依据。

4.3 施工工艺流程

一个标准梁段挂篮施工工艺流程为挂篮前移→挂篮平面定位、系统检查→挂篮立模标高调节→定位索道管及拉索前支点位置→斜拉索与拉杆连接→第一次斜拉索张拉→钢筋、预应力、预埋件安装→浇筑50%混凝土→第一次斜拉索张拉→浇筑100%混凝土→养生、张拉预应力→体系转换、第三次张拉斜拉索→拆模、降挂篮。

5 结语

独塔单索面斜拉桥作为控制性工程，工期要求紧。通过调整优化前支点挂篮的形式，设计综合普通菱形挂篮和前支点挂篮的短平台复合式前支点牵索挂篮，解决了普通挂篮不能适应大节段悬浇施工的结构性难题，又避免了C型挂篮不适宜单索面结构断面的弊端，新型挂篮很好地适应了该截面形式，为桥梁顺利通车提供了保障。

［1］陆华良，张永峰.复合型前支点挂篮在独塔单索面斜拉桥施工中的应用［J］.公路交通技术，2009（S1）：86-89.

［2］傅彬，唐小兵，张门哲，等.斜拉桥前支点挂篮施工预压方法探讨［J］.交通科技，2008（3）：29-31.

The Design and Application of Composite Guy Hanging Basket for the Single Tower Cable-stayed Bridge

Chu Faqiang

（Henan Zhongyuan Expressway Company Limited，Zhengzhou Henan 450016）

In this paper,the characteristics of the ordinary rhombic hanging basket,the rear pivot hanging basket and the front fulcrum hanging basket were analyzed,the advantages of the composite guy hanging basket were expounded. At the same time,this paper introduced the design idea of the composite guy hanging basket and carried on the struc⁃ture checking,expounded the application of the composite guy hanging basket in the construction of single tower ca⁃ble-stayed bridge.

single tower；single cable plane；composite hanging basket；hanging basket construction

U445

A

1003-5168（2017）02-0106-02

2017-01-07

楚发强（1970-），男，本科，高级工程师，研究方向：桥梁工程。