北街水道桥中央索面大悬臂超宽幅箱梁牵索挂篮设计.doc

1、北街水道桥中央索面大悬臂超宽幅箱梁牵索挂篮设计摘 要：北街水道桥为独柱双塔中央双索面半漂浮体系预应力混凝土斜拉桥，主梁采用等高度斜腹板单箱五室宽幅箱梁结构，每节箱梁内设有横隔板，设计为牵索挂篮浇筑。较大的梁块重量、超宽幅箱梁带来的横向大悬臂以及位于箱梁上变化较大的斜拉索横向索距给牵索挂篮的设计提出诸多问题。本桥挂篮设计，根据箱梁结构特点，选用了复合式牵索挂篮形式，并根据荷载分布，设计了异于同类型挂篮的新颖底篮结构；根据溢流阀原理，妥善解决了超宽幅箱梁的横向大悬臂问题。针对该庞大挂篮系统的移机，整体的受力分析及挠度计算以有限元分析软件Midas Civil 为平台进行了分析运算，重点解决了挂篮施

2、工的整体稳定性、抗扭曲变形、移机同步性等几大难题。挂篮在投入使用前按工况进行了试验，数据结果也得到了有效验证。 关键词：中央索面 超宽幅 斜拉桥 牵索挂篮 设计 1.工程概况 北街水道特大桥桥跨布置为【60m+150m+380m+150m+60m=800m】 ，为独柱双塔中央双索面半漂浮体系混凝土斜拉桥。悬臂浇筑共计 29 块段，1#3#块为过渡段。最重块 1#重 640t，246.2m3；4#块至 29#块为标准块，重 550t，211.5m3。 箱梁采用单箱五室预应力混凝土结构，C55 混凝土。箱梁全断面宽41m，两侧翼板悬臂各 9.6m，底板宽 21.6m，中心梁高 4m，单节箱梁长6m

3、。在斜拉索锚固处设置横隔板，间距为 6m，横隔板厚为 50cm。 索塔总高度为 111.188m，桥面以上高度为 84.615m，采用 C50 混凝土。斜拉索顺桥向呈辐射型状，横桥向存在偏角，属于空间索面，斜拉索集中锚固于塔顶。斜拉索立面仰角由 1#块的 76.46变化至 29#块的24.444，变化幅度约为 52；横向偏角在 8889之间，变化幅度约为 1。纵观所有梁块，斜拉索的锚固点并不唯一。 2.工程难点 （1）北街水道桥在从 0#块至标准梁段施工过程中，中室两中腹板横向间距向内斜向收拢，带来索距横桥向的较大变化。北街水道桥拉索锚固点单边横向变化幅度为 45.7cm。 （2）箱梁断面为

4、41m 宽，斜拉索横桥向索距为 4.6m，若采用传统牵索挂篮，将导致底篮横向悬臂达 17.4m，挂篮的悬臂受力及整体抗扭能力需要解决。 3.挂篮设计 根据箱梁及斜拉索布置特点，经过分析计算及多次比选，挂篮最终采用复合式牵索挂篮，初张拉外，浇砼 50%时二次张拉，效果如图 1 所示。3. 1 基本结构说明 挂篮底篮的后部统一锚固于已浇筑梁块上，前部中间部分由斜拉索锚固承重（前支点部分） ，两侧悬臂部分采用辅助主梁悬吊以控制变形（后支点部分） 。 牵索挂篮主要分为底篮系统、锚固提升系统、止推系统、牵索张拉系统、行走系统和模板系统六大部分。 3.2 设计的关键点 3.2.1 采用均衡联动系统，合理泄

5、压 复合式挂篮由于前支点部分斜拉索和后支点部分吊带刚度不一致，在浇筑混凝土过程中，容易出现因斜拉索沉降过快造成后支点部分受力发生突变而拖垮上部主梁现象。 根据溢流阀超压溢出原理，为防止挂篮前后支点部分在横桥向出现的受力不协调问题，方案在后支点挂篮部分的主梁前部吊带处设置油压千斤顶恒压系统，动态控制其前部受力，根据多次计算及预压试验分析，最终将最大受力确定为 50t。 油压千斤顶的主要功能为：当实际受力大于 50T 时，位于油压千斤顶上的压力继电器将打开千斤顶上的收缩端电磁阀，引导油压千斤顶回缩，从而将多余荷载自动释放为位移，并通过前下横梁将力传递给斜拉索，当千斤顶油缸压力或载荷降至设定载荷时（

6、可根据需要调整大小，此处设计为 50T） ，千斤顶油缸在压力继电器作用下停止卸载；当吊点处实际受力小于或等于 50T，油压千斤顶维持原位置不变。 截至目前，北街水道桥两个主墩的箱梁在浇筑过程中挂篮均受力正常，前后支点部分沉降值均在合理设计范围内，箱梁横断面线型与设计尺寸基本吻合。如图 2 所示。 3.2.2 底篮刚柔并济，有效控制线型 底篮系统由前下横梁、后下横梁、两条主纵梁、两条次纵梁、43 条型钢次梁、施工过道等组成。与传统牵索挂篮底篮主要前后下横梁均采用刚度相近的钢箱梁做法不同，极端考虑该挂篮因前后支点部分挂篮沉降值偏差问题，方案将底篮的前后下横梁刚度做差异化处理。前下横梁为主要传力结构

7、，负责将箱梁悬臂端荷载最大限度传递给斜拉索，同时协调挂篮前后支点部分受力，因此前下横梁被设计成刚度较大的体三角桁架。 为适应已浇筑梁块前端面在极端情况下出现的箱梁横断面尺寸差异情况，同时考虑到后下横梁上锚固点较多，弯矩偏小，方案将后下横梁设计为柔性单梁结构，可良好匹配箱梁横断面线型，避免错台。如图 3所示。 3.3 箱梁局部及挂篮稳定性分析 3.3.1 箱梁局部分析 由于底篮后下横梁结构偏柔，挂篮牵索主纵梁在初张拉过程易对已浇筑箱梁的底板产生局部破坏力。对箱梁标准块建立 abaqus 模型分析，有： （1）初张拉纵向应力分析。在初张拉工况下，标准块基本上没有产生纵向拉应力大于 2.74MPa

8、的区域。在 R3 作用位置底板上缘产生超过2.74MPa 的拉应力，但作用区域较小，且是表层应力，可认为梁体不会产生局部破坏。 （2）初张拉横向应力分析。标准块前端处横向拉应力没有超出标准值，梁体处于安全状态。 （3）初张拉纵向位移分析。初张拉工况下标准块的梁前端产生向下的位移，R3 作用位置处底板产生向上的挠曲。底板最大竖向位移为2.56mm。 浇筑标准块时，梁体基本上不会产生拉应力超过标准值的区域，可以认为梁体处于安全状态。 3.3.1 挂篮稳定性分析 参照公路桥涵设计通用规范 （JTG D60-2004） ，施工区强风风压取江门台山地区最高风压值，为 0.65KN/m2（1/100） 。 （1）?M 风作用下空载挂篮稳定性计算 4.结语 复合式牵索挂篮是解决中央索面大悬臂超宽幅箱梁悬臂浇注施工的最好办法；异索施工法在巧妙解决北街水道桥难点的同时，缩短了施工工期，为后续同类桥梁施工摸索出很好的施工经验；刚柔相济的底篮形式能很好地保证箱梁线形及外观，混凝土质量得到更好的保证，节约了可观的成本。