专利名称：预应力混凝土斜拉桥短平台复合型牵索挂篮施工工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种桥梁施工工艺，特别是涉及一种采用短平台复合型牵索挂篮进行预应力混凝土斜拉桥主梁施工的施工工艺。
在现有技术中，与本发明相近的一种采用牵索式挂篮进行预应力混凝土斜拉桥主梁施工的施工工艺，其采用的牵索式挂篮主要由主桁承重机构(即平台)、模板机构、牵索机构、锚固机构、调高机构及走行机构六部分组成，其施工工艺为将挂篮桁梁及底模就位后，借助调高机构，用锚固机构按设计位置及标高进行锚固，安装外侧模，同时安装斜拉桥缆索并与牵索机构进行联接，尔后，进行箱形梁体各部位腹板、模板安装及钢筋绑扎，按设计值预拉斜拉桥缆索到挂篮需要的吨位，同时调整主塔上的千斤顶和牵索机构的千斤顶，使得斜拉桥缆索冷铸锚的锚杯离开外侧模上锚垫板的间距大于4cm之后，从挂篮前端分层向后悬臂灌注混凝土，并预留下一节段挂篮锚固孔，待混凝土强度达到设计值的80％后，拆除模板，张拉纵横向预应力筋及竖向预应力筋，此时，牵索机构的千斤顶同时加力，使其增加5％，并要确保两侧的索力相同，再将斜拉桥缆索锚固端的冷铸锚锚杯紧密地锚固在梁体锚垫板上，并按“千斤顶加力→松开元宝梁锚固螺栓→千斤顶回油→松开扁担梁螺栓→退下扁担梁→千斤顶再加力……”这一循环步骤，解除牵索机构与斜拉桥缆索的联接，用斜拉桥主塔上的千斤顶同时张拉缆索到设计吨位进行锚固后，解除锚固机构的斜向拉杆，铺设走行滑道，并控制两滑道高差小于3mm，用锚固机构的垂直吊杆将挂篮桁梁、底模、侧模等慢慢落在走行滑道上，再解除锚固机构的垂直吊杆，安装走行轮，采用千斤顶反复顶拉，使挂篮前移，待其走行就位后拆除走行轮，调整挂篮到设计位置。例如，陈克济等人所撰写的“临江门斜拉桥牵索式挂篮施工新技术”，《桥梁建设》1995年，第2期，第68页至70页。这种施工工艺所采用的牵索式挂篮的牵索机构，主要作用是将挂篮前端(亦即平台前端)的垂直荷载直接传至斜拉桥主塔，以减少挂篮作用在斜拉桥主梁上的垂直荷载，而这种方式仅用牵索对挂篮前端提供一个斜向支点，并不能完全有效地起到垂直荷载的传递作用，同时由于牵索的相对柔性，使得挂篮支承仍为悬臂梁支承方式，因此，使挂篮的平台只能是具有较长锚固长度的长平台，使该挂篮的平台自重大，平台挂钩的反力更大，导致斜拉桥主梁因施工需要而加大截面，增加了永久性的结构材料(即在桥梁设计时就考虑该类挂篮施工需要而加大桥梁主梁截面)，且模板平台前端标高的调整只能依靠平台锚固长度那一段起杠杆作用的调高机构进行间接调整；其次，该挂篮模板平台不能升降，既不能整体脱模，又无法分体移动，使得整个施工工艺较为复杂，并且每一节段施工周期较长。
本发明的目的在于克服上述施工工艺的缺陷，提供一种采用具有三角架的短平台复合型牵索式挂篮，无须考虑因施工设备因素而额外增加永久性结构材料和加大桥梁主梁截面，可使桥梁主梁浇注节段整体脱模，并大大提高挂篮定位精度缩短施工周期的施工工艺。
本发明的目的是这样实现的采用两个由梁加加劲桁构成的有下弦刚性梁的三角架，三角架的下弦刚性梁上支承着前吊杆、后吊杆、后锚杆及走行吊杆，考虑到其承受杆力，三角架的下弦刚性梁采用箱形截面形式，其悬臂部分的下盖板上设置了模板平台走行小车的走行滑道，考虑到三角架单独走行倾复力矩平衡问题，在三角架尾部加有压重，模板平台通过前吊杆及后吊杆悬挂在三角架上，后锚杆将三角架通过预埋在桥梁主梁已浇注节段中的拉板锚固于桥梁主梁，在模板平台走行时，走行吊杆两端被分别固定于模板平台的前横梁底面和三角架下弦刚性梁底板的走行滑道上。模板平台由前横梁、后横梁、牵索梁、吊杆纵梁、普通纵梁、水平桁梁和安全尾梁组成，前横梁和后横梁采用梁加加劲桁的组合结构，以利于减小平台挠度和混凝土浇注；牵索梁直接固定牵索和承受牵索索力，牵索固定于牵索梁的弧形首；吊杆纵梁用于三角架前吊杆和后吊杆的联接，并将吊杆纵梁向后延长形成安全尾梁，以防模板平台因意外事故下降过快过大；水平桁梁设置于普通纵梁底面以下接近前横梁、后横梁的中立轴处，将牵索梁传来的牵索水平力传递给桥梁主梁巳浇注节段和待浇注节段衔接处的抗剪销。牵索为斜拉桥永久性斜拉索并列索中之一根外索，在施工中通过其延长部分而固定于模板平台牵索梁的弧形首上，使其与三角架的前吊杆共同受力，以使挂篮在施工作用中以简支支承方式承载，从而减小模板平台长度和挂篮自重；在桥梁主梁混凝土浇注过程中，模板平台始终由三角架的前吊杆、后吊杆吊挂，并由牵索牵挂，使主梁浇注施工中的垂直荷载完全有效地传递于主梁已浇注节段和斜拉桥主塔；在浇注过程中可通过三角架的前吊杆直接调整模板平台的标高变化，以保证桥梁主梁的施工线型；主梁浇注完毕并解开牵索后，下降模板平台至一个主梁高度，使模板整体脱模，下降后的模板平台，分别由挂钩和三角架的走行吊杆替代三角架的前吊杆和后吊杆吊挂于新浇主梁节段上，解脱三角架的前吊杆和后吊杆，使三角架单独走行至下一浇注节段位置后，吊挂着模板平台的挂钩和三角架走行吊杆，各自沿着新浇主梁节段顶面两边侧的挂钩滑道和三角架下弦梁上的走行滑道前移，在下一浇注节段位置与先期到达的三角架会合，重新换上三角架的前吊杆和后吊杆将模板平台提升就位，联接牵索并调整索力等，即可进行下一浇注节段的施工。
上述技术方案与现有技术相比，由于增加了由梁加加劲桁构成的有下弦刚性梁的三角架，并以每个三角架的前吊杆对挂篮模板平台前端提供一垂直的刚性支点，且与牵索共同受力，使得挂篮在施工中以筒支支承方式承载，故减小了模板平台长度和挂篮自重，从而大幅度减小了平台挂钩的反力，无须使斜拉桥主梁因施工设备需要而增加永久性的结构材料和加大斜拉桥主梁截面，且可使桥梁主梁浇注节段整体脱模，施工标高调整直接，大大提高了挂篮定位精度、缩短了施工周期。
图1是短平台复合型牵索挂篮立面图；图2是短平台复合型牵索挂篮三角架计算图式；
图3是短平台复合型牵索挂篮横截面图；图4是短平台复合型牵索挂篮模板平台结构示意图；图5是短平台复合型牵索挂篮三角架下弦刚性梁结构示意图；图6是短平台复合型牵索挂篮三角架走行吊杆布置示意图；图7是短平台复合型牵索挂篮模板平台牵索梁弧形首和牵索联结示意图；图8是本发明实施例中斜拉桥主梁截面形式；图9是短平台复合型牵索挂篮前吊杆升降设备布置示意图；图10是短平台复合型牵索挂篮主梁浇注时示意图；图11是短平台复合型牵索挂篮模板平台下降示意图；图12是短平台复合型牵索挂篮三角架单独走行示意图；图13是短平台复合型牵索挂篮模板平台走行与三角架会合示意图。
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详述。
武汉市某长江公路桥，主跨为双塔双索面预应力混凝土斜拉桥，跨度为180＋400＋180m，斜拉索为由内、外索组合的并列索，索距为8m，主梁为分离式箱形梁，梁面宽29.4m，其截面形式如图8所示，浇注节段长为8m，重500t，本发明即以该桥主梁短平台复合型牵索挂篮施工工艺为实施例。
图1是短平台复合型牵索挂篮立面图。本发明所采用的短平台复合型牵索挂篮主要由三角架1和1′、模板平台2及牵索3和3′三大承载结构部分组成。三角架1和1′通过后锚杆7和7′与主梁已浇注节段锚固，并伸出悬臂以承托待浇注节段，考虑到三角架1和1′单独走行倾复力矩平衡问题，在三角架1和1′尾部加有压重8和8′，在三角架1和1′上，支承着前吊杆4和4′、后吊杆5和5′、走行吊杆6和6′、后锚杆7和7′。三角架1和1′的前伸臂长度须满足主梁待浇注节段施工长度的需要，本实施例中大于9.6m；承载能力，须满足由前吊杆4和4′传来的模板平台2的反力。三角架1和1′在混凝土浇注的施工作业中，前吊杆4和4′以给定的最大杆力和最小杆力与锚固在模板平台2前端弧形首上的牵索3和3′共同作用。前吊杆4和4′的最大杆力是根据主梁、斜拉索和三角架1和1′的容许承载力而定，本实施例中为60t/根，而最小杆力是根据牵索3和3′的容许索力而定，但前吊杆4和4′的最小杆力不得为负值(即压力)和零，应有一定的正值(即拉力)，在本实施例中为15t/根。牵索3和3′为斜拉桥永久性斜拉索并列索中之一根外索。
图2是短平台复合型牵索挂篮三角架计算图式(以单个三角架为计算对象)。三角架1由刚性的下弦刚性梁19和加劲桁杆件立柱20，后拉杆21，前拉杆22组成，为一次超静定结构体系。在求解三角架1之各构件内力时，取立柱20为赘余力，在立柱20底部予以切开。实际上，立柱20的具体做法是将其理论高度缩短20mm，以便于三角架1在悬臂状态中拼装杆件，在各构件合拢后，即在立柱20底部起顶，对三角架1各构件预施应力，尔后，用垫板将立柱20底部塞紧并固定。
图3是短平台复合型牵索挂篮横截面图。模板平台2由三角架1和1′的前吊杆4和4′、后吊杆5和5′吊挂；在浇注混凝土施工中，其前端还由牵索3和3′牵挂；而在走行移动中，除牵索3和3′已先期撤去外，还撤去前吊杆4和4′、后吊杆5和5′，改由走行吊杆6和6′、挂钩16和16′吊挂，并分别沿三角架1和1′上的走行滑道23和23′，以及主梁两侧滑道24和24′移动。
图4是短平台复合型牵索挂篮模板平台结构示意图。模板平台2是由前横梁9，后横梁10，牵索梁11和11′，吊杆纵梁12和12′，相互平行排列的普通纵梁13和与普通纵梁斜向交叉的水平桁梁14所组成的格构式施工平台。在浇注混凝土的施工中，牵索梁11和11′前端弧形首上张拉着牵索3和3′。牵索3和3′的垂直分力与前吊杆4和4′共同作用，其水平分力则由水平桁梁14从牵索梁11和11′传递至设于安全尾梁18和18′顶部的挡块15和15′(如图1)和抗剪销17和17′，然后顶压在主梁箱板上，由已浇注节段的主梁承受。安全尾梁18和18′，尚有防止在施工中因操作失误致使模板平台2下降过快过大的作用。后横梁10后侧设置的纵横向调位装置25和25′，是为模板平台2走行移动至新的施工位置后进行调位之用。
图5是短平台复合型牵索挂篮三角架下弦刚性梁结构示意图。三角架1和1′的下弦刚性梁19和19′是一个箱形截面的刚性梁，在其上支承着前吊杆4和4′、后吊杆5和5′、走行吊杆6和6′及悬臂部分的走行滑道23和23′，承受着轴向杆力和弯矩。
图6是短平台复合型牵索挂篮三角架的走行吊杆布置示意图(以单个三角架为对象)。在浇注混凝土施工完毕后，模板平台2由前吊杆4和后吊杆5吊挂着下降一个主梁高度(即3m)，此时，挂钩16和走行吊杆6分别落在主梁滑道24和临时设置在新浇筑主梁前端的挑梁26上。然后，撤去前吊杆4和后吊杆5。三角架1此时可以单独移动至前方新的施工位置，将走行吊杆6从挑梁26上移至三角架下弦刚性梁19的走行滑道23上。模板平台2此时由挂钩16和走行吊杆6吊挂，分别在主梁滑道24和三角架下弦刚性梁19的走行滑道23上进行滑移，移动至前方新的施工位置，与先期到达的三角架1再次结合，进行下一轮的施工循环。
图7是短平台复合型牵索挂篮模板平台牵索梁弧形首和牵索联结示意图(以单根牵索为对象)。牵索3通过接长杆28和接长钢索29联结在牵索梁11的弧形首27上，弧形首27既是牵索3的弧形支座，又是牵索梁11的整体受力结构。因此，弧形首27的截面应力须按园环结构分析。弧形首27的底板受力很大，本实施例中采用16Mn钢，板厚达48mm，弯曲成半径3700mm圆弧(半径误差不超过5mm)。在开始浇注混凝土施工时，先将螺母30松开，对牵索3进行张拉后拧紧螺母31，牵索3的索力即作用于弧形首27上了。施工完毕主梁挂上永久斜拉索后，张拉与牵索3并列的斜拉索，拧紧螺母30，即可松开螺母31，解开接长钢索29和接长杆28，并转移至新的施工位置。
图9是短平台复合型牵索挂篮前吊杆升降设备布置示意图；三角架后吊杆升降设备布置情形与前吊杆相同，亦可参照图9所示；三角架的前吊杆4和4′通过吊杆横梁32和32′支承于三角架下弦梁19和19′上。前吊杆4和4′为带孔的钢板，其升降由一对液压千斤顶33和33′操纵，并由下扁担梁34和34′、上扁担梁35和35′、下插销36和36′、上插销37和37′、销座38和38′以及螺旋千斤顶39和39′配合进行。前吊杆4和4′(后吊杆亦同)设计下降3m，最大提升6m，用来进行模板平台2在完成节段混凝土浇注工序后的整体脱模，以及三角架单独走行前前吊杆4和4′(后吊杆亦同)与模板平台脱离的需要。
图10是短平台复合型牵索挂篮主梁浇注时示意图；在模板平台2与三角架1和1′会合后，三角架1和1′的前吊杆4和4′、后吊杆5和5′吊挂着模板平台2，后锚杆7和7′与已浇注节段主梁锚固，模板平台2即以简支支承方式承载；联接并张拉牵索3和3′，使前吊杆4和4′的杆力达到15t/根，此时即可开始主梁的混凝土浇注作业；在主梁的连续浇注过程中，除通过前吊杆4和4′直接调整模板平台2的标高外，应分阶段张拉牵索3和3′，在浇注量约180m3的过程中，可间隔均匀地张拉牵索3和3′六至七次，以保证前吊杆4和4′的杆力在浇注过程中不超过40t/根；即在浇注全过程中，自始至终要保持前吊杆4和4′的杆力最小不小于15t/根，最大不超过40t/根，以确保前吊杆4和4′与牵索3和3′共同受力，是本发明施工工艺的关键所在。
图11是短平台复合型牵索挂篮模板平台下降示意图；现节段主梁浇注完毕后，安装与牵索3和3′并列的永久索的一根内索并张拉，使牵索3和3′的索力转移至永久内索上，此时可将牵索3和3′从模板平台2上解脱，并张拉固定于主梁新浇注节段上，牵索3和3′即转换成永久索的外索；尔后，前吊杆4和4′后吊杆5和5′同步下降一个主梁高度(3m)，使主梁整体脱模；将三角架的走行吊杆6和6′的支承从三角架下弦梁19和19′的走行滑道23和23′上转移至挑梁26和26′上，挂钩16和16′可支承在主梁新浇注节段顶面两边侧的滑道24和24′上(参见图3)，此时，已完成主梁新浇注节段的脱模及三角架1和1′走行前的准备。
图12是短平台复合型牵索挂篮三角架单独走行示意图；提升前吊杆4和4′、后吊杆5和5′，使其脱离模板平台2，检查压重8和8′是否符合倾复力矩平衡要求，然后解开后锚杆7和7′与主梁已浇注节段的连接，三角架1和1′在压重8和8′的平衡作用下单独走行到下一浇注节段位置。
图13是短平台复合型牵索挂篮模板平台走行与三角架会合示意图；在三角架1和1′单独走行到位并精确定位后，走行吊杆6和6′重新支承在三角架下弦梁19和19′的走行滑道32和32′上，并可撤去挑梁26和26′；此时，模板平台2由走行吊杆6和6′及挂钩16和16′吊挂，以简支支承方式各自在走行滑道23和23′、挂钩滑道24和24′上滑动前移，到达下一浇注节段位置后，先期到达的三角架1和1′的前吊杆4和4′、后吊杆5和5′与模板平台2连接，并将其提升至作业高度，利用纵横向调位装置25和25′对模板平台2进行精确定位(参见图4)，至此，挂篮即可进行主梁下一节段的施工作业。
上面结合图10至图13对本实施例中长8m，宽29.4m，高3m，重500t的一个主梁浇注节段的施工步骤进行了叙述，本实施例中斜拉桥主梁截面是在本发明的短平台复合型牵索挂篮创造完成前已设计完成，故没有考虑本发明的施工设备去修改加大主梁截面，且一个主梁浇注节段的平均施工周期为10天，每米平均施工周期1.25天(现有技术中临江门桥为1.34天)，最短施工周期为7.25天，全桥24个节段缩短工期约240天。
权利要求
1.一种采用牵索式挂篮进行预应力混凝土斜拉桥主梁施工的施工工艺，主要包括斜拉桥主梁浇注节段的混凝土浇注工序和浇注完毕后的挂篮走行工序，其特征是斜拉桥主梁浇注节段的混凝土浇注工序中，除利用牵索牵挂模板平台外，还利用挂篮中增加的三角架的前吊杆和后吊杆吊挂模板平台，同时，三角架的前吊杆对模板平台前端提供一垂直的刚性支点，且与牵索共同受力，以传递施工荷载；混凝土浇注完毕后，模板平台由三角架的前吊杆和后吊杆吊挂着下降一定高度，使斜拉桥主梁浇注节段整体脱模；在浇注完毕后的挂篮走行工序中，三角架先期单独走行到位，模板平台由模板平台挂钩和三角架走行吊杆吊挂，各自沿挂钩滑道和三角架下弦梁上的走行滑道走行到位。
2.根据权利要求1所述的预应力混凝土斜拉桥主梁施工的施工工艺，其特征在于在斜拉桥主梁浇注节段的混凝土浇注工序中，须分阶段张拉牵索，调整三角架前吊杆的杆力，以确保三角架前吊杆与牵索共同受力。
全文摘要
一种预应力混凝土斜拉桥主梁施工的施工工艺，在现有技术的基础上，采用一种带有下弦刚性梁三角架的短平台复合型牵索挂篮，并以每个三角架的前吊杆对模板平台前端提供一垂直的刚性支点，且与牵索共同受力，使得挂篮以简支支承方式承载，减小了模板平台长度、平台挂钩反力及挂篮自重，无须因施工需要而增加斜拉桥主梁永久性结构材料和截面，且可使主梁浇注节段整体脱模，施工标高调整直接，提高了挂篮定位精度、缩短了施工周期。
文档编号E01D21/00GK1123861SQ95112430
公开日1996年6月5日 申请日期1995年8月28日 优先权日1995年8月28日
发明者王仲康, 华有恒, 周璞, 胡栋材, 刘长元, 顾鸿祺, 邵长宇, 秦顺全, 刘钧岩, 卢士鹏 申请人:铁道部大桥工程局