1.概況
漳州戰(zhàn)備大橋主橋采用三跨雙塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土部分斜拉橋。梁體為單箱三室截面，支點處梁高3.8m，跨中處梁高2.4 m，梁高按二次拋物線變化，箱梁頂板寬27.0m，翼緣板懸臂長4.5m，梁底寬16.24-17.0m，兩外腹板斜置。設(shè)有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力。
結(jié)構(gòu)體系為塔墩分離、塔梁固結(jié)形式，0號塊梁段長12m，1號、2號節(jié)段長3.5 m，3-15號節(jié)段長4.0m，梁段最大重量為210 t(5號節(jié)段)。
該橋結(jié)構(gòu)設(shè)計對掛籃施工的要求：①掛籃承載力不小于2100 kN，掛籃自重及全部施工荷載控制在1100kN 以內(nèi)；②各梁段采用一次澆注混凝土，確保掛籃有足夠剛度；③滿足伸臂現(xiàn)澆及掛籃移動各懸臂施工階段的整體穩(wěn)定。
掛籃設(shè)計主要困難為：梁段自重大，寬幅梁全斷面一次澆注，應(yīng)同時滿足掛籃結(jié)構(gòu)剛度大、自重輕及施工方便的要求。
2.三角形組合梁式寬幅掛籃設(shè)計總體構(gòu)思
根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求，結(jié)合國內(nèi)掛籃施工現(xiàn)有水平，掛籃設(shè)計注重整體功能，不片面地追求輕型指標(biāo)，總體構(gòu)思體現(xiàn)在5個方面。
2.1 減輕掛籃自重途徑
(1)選用一種受力合理、安全可靠的輕型結(jié)構(gòu)作為掛籃承重主桁；
(2)掛籃用材立足國內(nèi)生產(chǎn)的高強(qiáng)輕質(zhì)鋼材，并便于加工；
(3)主桁與底平臺結(jié)構(gòu)分次走行降低掛籃平衡重荷載；
(4)充分利用后錨固。
2.2 縮短掛籃施工周期
(1)掛籃設(shè)計考慮各梁段全斷面一次澆注；
(2)掛籃走行考慮方便、快捷、工人勞動強(qiáng)度低。
2.3 保證懸澆混凝土質(zhì)量
模板設(shè)計注重混凝土外觀質(zhì)量，以剛度控制設(shè)計，采用新型材料制作模板，既減輕重量又堅固耐用。制定箱梁施工實施細(xì)則，嚴(yán)格規(guī)范保持平衡施工及限制施工荷載的措施，保證箱梁施工安全和質(zhì)量。
2.4 改善施工條件和環(huán)境
設(shè)計掛籃時考慮所處位置箱梁面有寬敞的作業(yè)空間，便于放置各種機(jī)具和操作人員往返；在掛籃主桁上設(shè)置遮陽雨棚，改善工人作業(yè)環(huán)境。
2.5 考慮通用性
對掛籃結(jié)構(gòu)適當(dāng)處理以適應(yīng)各種跨徑和不同寬度的各類箱梁施工。
3.三角形組合梁式寬幅掛籃總體構(gòu)造
圍繞總體構(gòu)思進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計，掛籃主要技術(shù)參數(shù)如下：懸澆箱梁最大重量為210 t；梁段最大分段長度為4.0 rn；梁段高度變化為3.8-2.4m；掛籃走行方式為穿心式千斤頂連續(xù)張拉錨固于后支腿上鋼絞線前移；提升模板方式為用鋼吊帶通過千斤頂提升；掛籃總重為105t；掛籃主桁最大撓度為25mm；底模平臺最大撓度<20 mm；工作縱坡≤ 3 。
戰(zhàn)備大橋施工掛籃主要由3個系統(tǒng)組成，即主桁承重系統(tǒng)、底模平臺和吊掛系統(tǒng)、平衡壓重系統(tǒng)。三角形組合梁式寬幅掛籃結(jié)構(gòu)見圖1。
3.1 掛籃主桁承重系統(tǒng)
掛籃主桁承重系統(tǒng)包括主桁與前后橫梁、行走裝置、后錨固裝置和遮陽雨棚等。
(1)主桁與前后橫梁
由3片三角形主桁在其橫向設(shè)置前后橫梁及橫向聯(lián)結(jié)系組成空間桁架，并在三立柱間設(shè)置聯(lián)結(jié)系形成門架。主桁采用16/20 mm厚的16Mn鋼板焊接成梁高為820 mm抗扭性能良好的箱形截面?？紤]通用性和拆裝的方便性，鋼拉帶、立柱和主梁間均采用70mm(20CrMnTi)銷軸連接。這種結(jié)構(gòu)達(dá)到了使掛籃重量減輕的目的，且桿件布置合理、受力均勻，較好地發(fā)揮材料特性，并提供了一定的作業(yè)凈空。
(2)掛籃的走行裝置
掛籃的3個主梁下方分別設(shè)有前、后2個支腿及相應(yīng)的配套滑道，前、后支腿與主梁間通過φ25mm的長螺桿連接。為提高三角形掛籃的操作凈空，支腿的設(shè)計高度達(dá)0.9m，寬度為0.35m。支腿下方緊貼焊接1塊厚度δ=2 mm 的不銹鋼板，并在支腿下方的滑道內(nèi)連續(xù)布設(shè)四氟板，四氟板與不銹鋼板之間的最大摩阻系數(shù)μ=0.05，可有效地減少掛籃前移阻力。
(3)錨固裝置
當(dāng)掛籃前移就位后，掛籃尾部通過錨桿與箱梁的邊(中)腹板內(nèi)12根斜(豎)向蹬筋(432精軋螺紋鋼筋)連接，錨固于后橫梁上，后橫梁上方設(shè)置千斤頂進(jìn)行錨桿張拉和錨固力釋放，錨桿與箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋連接設(shè)計了一種專門的連接器，能較好地適應(yīng)鋼筋埋設(shè)時在各個方向產(chǎn)生的誤差。
3.2 底模平臺及吊掛系統(tǒng)
由于漳州戰(zhàn)備大橋主橋的梁幅寬達(dá)27.0m，為單箱三室結(jié)構(gòu)，整個截面須一次整體灌注成形，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點，設(shè)計出一種底模平臺前(后)橫梁、縱梁均為桁片式的寬幅底模平臺(圖2)，為戰(zhàn)備大橋施工工藝的順利實施提供了有力的技術(shù)保證。
底模平臺的前吊掛采用鋼絞線和鋼吊帶配合使用，并通過分配梁錨固于前上橫梁上，鋼吊帶和鋼絞線間設(shè)置專用連接器進(jìn)行連接，以減少吊掛系統(tǒng)的重量，方便施工；而后吊掛則采用鋼吊帶錨固于前一節(jié)段箱梁底板上，底模平臺的兩側(cè)操作平臺部分則通過鋼絞線錨固于前一節(jié)段箱梁頂板翼緣上。
3.3 平衡壓重系統(tǒng)
掛籃前移之前，先將底模平臺臨時吊掛于箱梁頂板上，并將用于掛籃前移壓重的2只圓形水箱按照設(shè)計進(jìn)行裝水壓重，然后解除掛籃主桁的后錨固約束，安裝好穿心式連續(xù)張拉千斤頂進(jìn)行一次掛籃主桁及導(dǎo)梁的前移就位，再將掛籃的后錨固與箱梁的豎向蹬筋連接錨固，最后將底模平臺、側(cè)模和內(nèi)模分別通過導(dǎo)梁滑移就位，并將底模平臺的前后吊掛錨固好。為了減輕掛籃的自重及箱梁頂荷載，灌注混凝土前需要將圓形水箱內(nèi)的水放掉。
4.三角形組合梁式寬幅掛籃計算
4.1 荷載系數(shù)
有關(guān)荷載系數(shù)依據(jù)交通部頒發(fā)的公路橋涵設(shè)計和施工規(guī)范，荷載系數(shù)取值如下：① 考慮箱梁混凝土澆注時脹模等因素的超載系數(shù)為1.05；② 澆注混凝土?xí)r的動力系數(shù)為1.2；③ 掛籃空載走行時沖擊系數(shù)為1.3；④ 澆注混凝土和掛籃走行時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為1.5。
4.2 作用于掛籃的主桁荷載
箱梁荷載：澆注箱梁的最大重量為2100 kN，考慮澆注混凝土?xí)r動力因素和掛籃施工安全方面的重要性，控制設(shè)計最大荷載W=1.2×2100 kN=2 520 kN。
施工機(jī)具及人群荷載：2.5 kPa，但總荷載不超過150 kN，因施工面積超過60 m²，故施工荷載取150 kN，其中底模平臺承擔(dān)150 kN×0.6=90 kN，側(cè)模承擔(dān)150 kN×0.4=60 kN。
掛籃自重：1050 kN。
風(fēng)荷載：(由當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供)750 Pa。
混凝土偏載：箱梁兩側(cè)腹板澆注最大偏差取10m³混凝土，自重約250 kN。
4.3 荷載組合
荷載組合Ⅰ：混凝土自重+動力附加荷載+掛籃自重+人群和施工機(jī)具重；
荷載組合Ⅱ：混凝土自重+掛籃自重+混凝土偏載+人群和施工機(jī)具重；
荷載組合Ⅲ：混凝土自重+掛籃自重+風(fēng)載；
荷載組合Ⅳ：混凝土自重+掛籃自重+人群和施工機(jī)具重；
荷載組合V：掛籃自重+沖擊附加荷載+風(fēng)載。
荷載組合Ⅰ--Ⅲ用于主桁承重系統(tǒng)強(qiáng)度和穩(wěn)定性計算；荷載組合Ⅳ用于剛度計算，荷載組合V用于掛籃走行驗算。
4.4 計算說明
(1)通過計算來設(shè)計底模平臺縱梁，前、后下橫梁并求得其吊點反力。
(2)檢算外導(dǎo)梁受力是否滿足要求，并求其前后吊點反力。
(3)通過各前吊點的反力，設(shè)計前上橫梁，然后計算掛籃主桁三角架各部件內(nèi)力并求出掛籃前支點反力和后錨固力。
(4)計算掛籃空載走行時傾覆穩(wěn)定系數(shù)。
(5)通過計算為現(xiàn)場施工提供底模平臺前端預(yù)抬量參考值。
(6)計算假定：① 箱梁翼緣板混凝土及側(cè)模重量通過外導(dǎo)梁，外模吊掛梁分別傳至前一節(jié)段已施工完的箱梁頂板和掛籃主桁的前上橫梁上。② 箱梁頂板混凝土，內(nèi)模及其支架的重量由底模平臺承擔(dān)。③ 箱梁底板、腹板混凝土及底模平臺重量分別由前一段已施工完的箱梁底板和掛籃主桁的前上橫梁承擔(dān)。④ 掛籃主桁的立柱與斜拉鋼帶之間的連接假定為鉸接。
4.5 結(jié)構(gòu)分析計算
主桁結(jié)構(gòu)內(nèi)力與位移計算：掛籃主桁為空間桁架結(jié)構(gòu)，桿件聯(lián)結(jié)分剛性、鉸接和半鉸接節(jié)點，對于焊接節(jié)點可處理為剛性節(jié)點，對于僅在一個平面內(nèi)轉(zhuǎn)動而另一平面不能轉(zhuǎn)動的銷接視為半鉸接。計算主桁內(nèi)力和位移采用“Pframe”程序計算，并用“SAP91”程序復(fù)核計算。
其它構(gòu)件計算：掛籃的各種分配梁、銷軸、吊帶和底模平臺等均采用“Pframe”進(jìn)行計算。
所有計算均根據(jù)不同的計算圖式和荷載組合，求得各構(gòu)件的最大應(yīng)力，經(jīng)多次調(diào)整結(jié)構(gòu)幾何尺寸，以達(dá)到滿足規(guī)范要求的前提下使結(jié)構(gòu)材料最省、重量最輕。
5.結(jié) 語
實踐證明，戰(zhàn)備大橋設(shè)計使用的3片主桁組成的三角形組合梁式寬幅掛籃具有非常鮮明的自身特點，為寬幅主梁的全斷面一次性灌注提供了強(qiáng)有力的技術(shù)保證和實踐經(jīng)驗，且每段箱梁平均施工周期僅為7．5 d，比原計劃的10 d縮短了2．5 d，為整座橋的提前建成并順利通車創(chuàng)造了有利條件。
