三角挂篮

三角挂篮（精选八篇）

三角挂篮篇1

虎尾大桥主桥包括6#墩——11#台(K129+750.59～K130+120.59),其下部结构采用桩基承台、空心薄壁矩形墩身,上部结构采用50m+3×90m+50m 预应力混凝土连续刚构,梁体为两向(纵向、竖向)预应力混凝土变截面单箱单室箱形梁(0#块有16束横向预应力),全长370 m。

连续梁墩顶0号梁段长10 m,墩顶处梁高5.2 m,悬臂施工梁段分为11段,边跨现浇段长3.88 m,主跨跨中及边跨现浇段梁高为2.4 m。各跨合拢段长度均为2m。

2 连续梁施工

连续梁采用三角挂篮悬臂浇注施工,砼垂直运输采用塔吊吊装。

主跨共有8个T构,投入16只挂篮同时施工。0#段和边跨直线段采用托架法施工。0#段完成后在其上拼装挂篮进行悬浇段施工。各单“T”箱梁除0#块部分采用托架现浇外,其余11段为对称梁段,均采用挂篮对称平衡悬臂逐段浇筑法施工,箱梁纵向分段为3×300cm+4×350cm+4×400cm+200cm(合拢段)。混凝土在拌合站集中拌制,搅拌运输车运至桥下,塔吊吊装入模。悬浇段和边跨直线段完成后进行全桥合拢,合拢施工顺序为:先两边跨合拢,然后次中跨合拢,最后中跨合拢。

施工工艺流程: 0#块托架搭设→0#块支架预压→0#块浇筑施工→在0#块上拼装挂篮→挂篮悬臂浇筑1～11#块→边跨直线段施工→边跨合拢段施工→次中跨合拢施工→中跨合拢段施工。

3 挂篮构造

三角形挂篮主要由桁架、悬吊系统、走行系统、模板系统等组成,使用前须进行静载试验,以确定其弹性变形并保证其强度和刚度。见图1、图2。

⑴ 主桁架:是挂篮的主要受力系统,由四个三角形桁架组成。本挂蓝有四片][36主桁架受力,后端有后横梁联系在一起,通过两根锚固扁担梁分别由两根Φ32精轧螺纹钢锚固于已浇梁体两侧腹板的预留孔;前端由前上横梁把主桁架联系在一起,通过3根Φ32精轧螺纹钢与吊篮联系在一起。

⑵ 悬吊系统:悬吊系统由前上横梁,前下横梁、后上横梁及吊带、千斤顶、手拉葫芦、吊带座等组成。上横梁固定在主桁架上,前下横梁通过吊带吊于前上横梁上。挂篮的悬吊系统用于悬吊和升降底模、工作平台等,以适应连续梁高度的变化。通过紧固端部螺母来改变吊带的长度,以实现底模及工作平台的升降。浇筑混凝土时,利用千斤顶调整由于主桁架的下挠引起的整个挂篮的部分下挠预留值。同时,悬吊内模纵梁于上横梁和已成型梁段顶板上,实现内模的升降和前移。

⑶ 行走系:是挂篮移位的主要装置,由滑轨,后行走锚固轨,走形小车,外模走形梁,内模走形梁,走形吊带轮,手拉葫芦等组成。外模走形梁带动外侧模板和后下横梁向前移动,前端用吊带与前上横梁联系在一起,和外侧模固定一起,后端通过走形吊带轮用吊带与已浇梁体联系在一起。内模走形梁带动顶板模板移动。后行走锚固轨锚固在已浇梁体,走形小车反扣后走形锚固梁,走形小车和后上横梁固定在一起,作为挂篮行走时的平衡重。用手拉葫芦拉动主桁架移动,主桁架相对滑轨滑动,走形小车相对后行走锚固轨移动,主桁架带动底板、外侧模、内膜移动。

⑷ 模板系:由底模、外模、内模、端模等组成。底模采用整体钢模,通过纵梁固定于前后下横梁上;外侧模为桁架式整体钢模,通过吊杆固定于前后下横梁上;内模采用木模,通过支架固定于底纵梁上。

挂篮按装程序

砂浆整平→滑轨→支点横梁→主桁架拼装→主桁架按装→后上横梁→安装后锚固吊带→平衡联→前上横梁→外侧模→在下面拼装底板→吊装地板→内模走形梁→顶板内模架→顶模→后行走锚固轨→走形小车

4 挂蓝受力分析

本挂篮为三角形受力挂篮,具有受力明确、结构简单、重量轻等特点。主要参数:

挂篮自重约58t,适用最大梁段重200t(不包括附加荷载),适用梁段长度:3.0m～4.8m,适用最大梁宽度13.5m,适用梁高2.0m～5.0m,无平衡重,倾覆系数砼浇注状态>2.5、走行状态>2.5。

挂篮作为一个空间稳定结构,主桁架可以简化为平面静定结构,如图所示。经检算,挂篮各系统刚度、强度、稳定性等均符合《桥规》等规范要求。最大荷载作用下底变形前下横梁中点挠度δ总为16.42mm,其中由梁段混凝土引起值为12.23mm,可以通过底模板前端标高来控制,使之满足标高要求。

5 挂篮的拼装

0#块完全结束后,在其上对称拼装两侧挂篮,挂篮拼装由塔吊辅助完成。为防止安装上的麻烦,节点板及各杆件的栓孔加工前需要先做样板,精密加工,保证栓孔位置的精确无误。挂篮拼装顺序如下:

① 安放钢枕、走行轨道,桥下拼装主桁架;

② 由塔吊分别将桁片吊起,置于轨道上并支撑牢固;

③ 安装反扣轮;

④ 拼装联结系;

⑤ 用倒链或千斤顶牵引主桁架就位;

⑥ 安装前上横梁;

⑦ 安装悬吊系统;

⑧ 安装后锚梁

⑨ 安装底模平台;

⑩ 安装外模走行滑梁;

(11)外侧模沿滑梁滑移就位;

(12)钢筋绑扎完成后安装内模和内模走行滑梁。

挂篮的拆卸按相反顺序进行。

6 挂篮试验

挂篮、支架、模板体系设计必须有足够的强度、刚度及合理的自重以满足施工要求,使用前采取预压重、换重等措施消除挂篮、支架等的非弹性变形,减少对结构的不利影响。试验方法是:选择一块平地,将一套挂篮的两片主桁水平放置,并利用水准仪抄平,然后用后端用精轧螺纹钢锁定,在中部用垫板将两片主桁分开,在前端用千斤顶加载对拉,最终加载值为使用荷载的130%,按照50%、30%、20%、10%逐级进行,每级加载完成并稳压半个小时(最后一级为1小时)后检查各杆件的情况有无裂缝,同时记录力与位移的关系,并根据试验测出的结果,绘制力与位移的关系曲线,求出挂篮弹性和非弹性变形。

为保证挂篮结构的可靠性,清除非弹性变形,量测弹性变形量,确保箱梁施工的安全和质量,在第一次使用之前必须对挂篮进行预压。施工中,采用砂袋法进行预压,预加压重量为悬灌节段混凝土重量的130%。预压前在托架前端各设置6个观测点。大小里程两侧各设3个观测点分别在左右腹板和中心的位置。在预压开始前,对各观测点进行观测并做好记录。预压分30%、60%、100%、130%四个等级进行预压,达到每个等级停止预压进行测量观测每个观测点的变化并做好记录。在预压重量达到130%以后,停止预压,24小时后观测托架的变化,当托架变化趋于稳定时开始卸载。卸载5-6小时以后,对托架各点进行观测并做好记录。通过对各次观测记录数据进行整理分析,得出托架预压的结果。

7 挂篮使用注意事项

挂篮的安装运行及使用均为高空作业,要采用全面的安全保证措施;现场技术人员必须检查挂篮的位置、前后吊带、吊架及后锚杆等关键受力部位的情况,发现问题及时解决。检查预留孔位置的准确性及孔洞是否垂直;浇筑混凝土前后吊带用千斤顶顶紧,且三处受力均匀,以防承重后与已浇筑梁段产生错台;施工中加强观测标高、轴线及挠度等,整理出挠度曲线。

8 结语

在悬臂施工中,合理设计挂篮,既可以减轻自重,又可以加快作业循环进度,保证混凝土施工质量和安全。本桥已顺利完成悬臂部分施工,通过桥梁监测,箱梁线形得到良好控制,顶面平直、底面圆顺。

摘要：虎尾大桥主桥采用三角挂篮悬臂浇注施工,本文结合施工情况,介绍其三角挂篮的构造、设计、拼装和试验情况,提供参考。

关键词：三角挂篮,设计,施工

参考文献

⑴桥梁悬臂施工与设计,雷俊卿,人民交通出版社,2000

⑵钢结构设计规范,GBJ17-88

三角挂篮篇2

一、工程概况：

界水大桥跨越山区峡谷，主桥设计为预应力砼连续梁桥，其跨径为72m+122m+72m，主墩墩高49.9m~55.4米，0#块设计梁高为6.9m，长度为9.0m，箱梁顶面宽12.0m，底板宽6.45m，悬臂浇筑梁段最大控制重量为1301.8kN。上部主箱梁施工利用跨桥门架作为起吊设备，标定起吊重量不超2.5吨，门架中设置爬梯作为人员上下箱梁通道。设计要求挂篮重量不得超过600kN。

二、挂篮类型选择及设计思路

由于本工程地处山区峡谷，施工条件差，经多方讨论研究，决定根据桥梁施工特性进行现场自制挂篮。挂篮按详细设计图进行验算后加工、预压，根据验算及预压成果，经论证通过后方可上桥拼装、施工。

挂篮根据现场条件和现有材料采用三角挂篮，一个挂篮设四个三角架主构件，对称每边两个，上挂主构件斜拉杆及各吊杆采用Φ32精扎螺纹钢，计算容许拉力参考设计张拉力为54.3T。主构件各锚垫板均为2cm厚钢板，螺母采用精扎钢配套螺母。

经详细计算，一侧挂篮包括模板系统的总重量为28.2吨（276.4KN）,符合设计要求。最不利节段为：1号段，长2.5米，C50号混凝土:50.05m3 ； G号段，长4.0米，C50号混凝土38.76m3。

三、挂篮设计变通要点

由于挂篮在近年桥梁施工中得到广泛应用，挂篮的设计技术及各组件功能也逐渐被广大行业人员所了解，下面仅根据本工程的现场条件和实际需要所采取的技术变通进行逐条分析介绍:

1、采用Φ32精扎螺纹钢作为三角桁架斜拉杆。

三角桁架两斜杆主要受拉力，为了减轻挂篮重量、便于拼装和起吊，且现场Φ32精扎螺纹钢材料充足，故采用Φ32精扎螺纹钢作为三角桁架斜拉杆。拉杆通过设置锚件，用螺母安装固定。经验算，最不利G号块浇筑时最大拉力为31T，小于Φ32精扎螺纹钢设计容许拉力54.3T。

2、焊缝在挂篮拼装中的控制。

由于现场焊接设备、焊接技术及焊接质量检测技术有限，为提高挂篮安全性能，挂篮节点遵从受力明确、安全性能高的原则，各受力节点尽量避免焊缝直接受拉。

由于上挂三角桁架片拉杆与立柱、纵梁斜交，为保持拉杆锚固点垂直受力，在立柱上端锚固位置设相应角度的三角钢板组合件，拉杆穿过立柱中缝后锚于背面，避免了焊缝受拉。

拉杆与纵梁之间的焊接锚板：由于主纵梁底面与桥梁之间空间受限，拉杆无法穿过纵梁间隙背锚，故在纵梁间焊接斜钢板作为锚固板，为提高安全系数，减少节点焊缝弯距，在受拉运动趋势前边钢板角落加焊8号槽钢支撑，驗算时不考虑。锚板为2cm厚A3钢，查钢结构焊缝的计算强度得，采用T422焊条焊A3钢，其容许强度为140Mpa ，经验算，斜拉杆产生最大拉力为G号块，拉杆最大拉力为31T。

焊接点剪力τ=P/hl=31*10000/(2*(0.31-0.01)*0.02)=25.75 Mpa

焊缝弯距M=pl/8=31*10000*0.12/8=46350 Mpa（备注：锚板宽12cm）

σ1=4.24*4635/（0.01*(0.022+3*0.31*(0.02+0.01)))=69.4 Mpa （备注：钢板厚2cm，焊缝保守考虑1cm）

σ=√（τ2+σ12）=√（25.752+69.42）=74 Mpa <140 Mpa满足要求

焊接保险系数：140/74=1.9。

3、后锚系统的不配重设计

为使挂篮安装、使用灵活方便，后锚系统充分利用挂篮自身构造特点及箱梁设计情况，采用][32组合槽杆压住主纵梁，用拉杆锚固于已张拉好的箱体腹板竖向精扎螺纹钢上，不进行配重。后锚设三道，后两道为[]32b槽钢，前一道采用[]20b槽钢。挂篮移动时为确保安全，后锚拉杆仅松开一定长度，并在前移过程中，前一道锚固件安装后再解除后一道锚固件。

4、走行轨道设计

走行系统采用3米长反压轨道，每侧两个三角架主纵梁中间设一个走行轮，轨道锚固于箱梁腹板精扎钢上，走行轨采用组合槽杆凸轨，凹轮紧扣轨道行走，在轨道压紧走行轮并锚固后松开后锚杆件、移动挂篮。由于挂篮自重轻，减少移动摩阻力及自重引力，同时挂篮在锚固状态下行走，也使挂篮安全可靠。

挂篮前移最不利情况为挂篮走到位而后滚轮位于走行轨道中间。下挂总重22.1T，扣除内模重量为17.6T，一组（两片）主构件前吊点拉力：17.6/4=4.4T，对支点弯距=4.4*4.65=20.46T.m。上挂总重按28.2-22.1=6.1T，重心力臂：9/2-4.1=0.4m，考虑不平衡，按0.5m计算。走行冲击系数取1.2，后锚力P：P*3.90=6.76T。轨道前后两个锚固点:Mmax=(6.76/2)*1.5=5.07T.m。轨道采用][20#b槽钢组成，并加8号槽钢做导向轨。Wx=191.4*2=382.8cm2（只计入][20#b槽钢)，则后压轨道强度=Mmax/Wx=5.07*10000/382.8=132.5Mpa<140 Mpa

四、挂篮拼装、预压

本桥桥面距地面高73米，且起吊门架标定吊重2.5吨，受起吊装置限制，经研究决定，挂篮在地面进行各组合构件加工，并对上挂篮一侧三角桁架片（两个单片组合）进行模拟加载预压，预压合格后逐个构件吊上已浇筑的0号块上拼装。预压采用千斤顶张拉加载，各个三角桁架片后锚点固定，加载分5T、10T、20T、25T、31T共5级进行，分别记录各观测点位移量，统计出弹性变形和非弹性变形数值，以作为箱梁节段砼浇筑预拱度控制依据。预压成果可得出，挂篮主纵梁前吊点受载后位移量为1.6cm~2.0cm。列举一组预压成果见下表：

加载前高程

(m)加载5T高程

(m)加载10T高程

(m)加载20T高程

(m)加载25T高程

(m)加载31T高程

(m)卸载后高程

(m)

前1.308 1.325 1.327 1.337 1.340 1.343 1.325

中1.070 1.071 1.072 1.074 1.074 1.074 1.075

后1.313 1.313 1.310 1.308 1.305 1.303 1.313

五、自制挂篮的针对性施工控制要点

1、精扎螺纹钢拉杆安装控制

各精扎螺纹钢拉杆必须保证安装直顺，确保轴线受力，锚固采用双螺母，螺母与锚固板垂直、密贴，并使拉杆末端外露5~10cm,以防止滑丝。斜拉杆安装时利用千斤顶对拉杆施加拉力，拉力与下挂篮重量产生的拉力相等，在螺母安装固定后松开千斤顶，以使挂篮上桥安装后，主纵梁保持水平，减少上挂各杆件在受载后的多余位移量。利用千斤顶施加辅助拉力的操作方法，消除了三角桁架片的多余变形量，确保挂篮使用过程中受力精确，减少变形。

2、焊接质量控制及关键焊接点加劲处理。

各组合构件焊接质量是挂篮安全可靠的重点，焊接由具备上岗证和资格证、焊技术熟练稳定的工人实施。应确保焊缝饱满、平整，避免烧伤钢材。拉杆锚固板应分层焊接到所需高度，每层焊接好后经冷却、清除焊渣、捶击去除应力后再焊接下一层，焊接厚度不小于钢材厚度。各构件焊接完成后应对各焊缝逐条检查其饱满度、平整度及长度。

本挂篮关键焊接节点为：三角桁架片斜拉杆上下锚固板、三角桁架片立柱与主纵梁之间的焊接。由于现场焊接设备及技术有限，在对关键节点焊缝质量加强要求外，验算时加大折减系数，并增设加劲肋、支撑杆。拉杆上锚点通过三角组合锚固件背拉于立柱；立柱与主纵梁焊接根部加焊三角钢板加劲肋，并在立柱1/4高度处加斜杆支撑，以大幅降低焊缝受力；拉杆与主纵梁之间的焊接锚板，在受拉运动趋势前边钢板角落加焊8号槽钢支撑，验算时不考虑。

3、挂篮移动操作控制

挂篮行走移动是安全操作控制的重要环节，安全有效的牵引方式和后保装置是移动方案的核心问题。挂篮移动时，应确保行走轨道锚固牢靠并压紧走行轮，后锚横梁松开但不解除，并在行走中先安装前锚再解除后锚，根据行走距离逐道更替。本挂篮轻巧，且采取不配重后保，有利于移动控制，考虑到以往工程案例中曾出现牵引卷扬机失控问题，为确保操作安全，牵引方式采用原始的手拉葫芦人工牵引。一个挂篮共设四个手拉葫芦，一侧两个，一个前进牵引，一个后制保护，行走过程中边后制葫芦松开、前进葫芦拉动，保持协调前进。挂篮移动遵行对称、同步、稳定、缓慢的原则，在施工中实践证明，因挂篮轻巧，底部滚轴设置合理，此牵引方式即简单便利又安全可靠。

4、挂篮保护及使用过程观测控制

除常规技术规范及安全操作规程要求的施工管理、控制办法外，针对本桥挂篮设计及施工特点，着重进行以下各要点控制:

（1）挂篮保护及观测。

①挂篮各组件分层涂刷防锈漆，以达到全面防锈，表面漆采用醒目颜色。

②由于挂篮在超高空作业，防雷、防台风是挂篮安全保护的重点。挂篮设置避雷装置并与墩身中设计的预埋接地件连接，台风来临之前要用链条对挂篮进行对称拉挂固定，并禁止走行挂篮，雷雨、台风期间禁止桥上作业。

③挂篮在预备压前要对各部位进行详细观察，记录原状态，在加载预压后对各观测部位进行复查，记录变形情况，发现异常及时寻找原因并处理。

④挂篮使用过程中要在每个节段施工前后观测各杆件变形、定位情况，各焊接点完好情况，各锚固点锚固情况及锚固螺母完好情况。检查书面记录经相关技术管理人员签认许可后进入下道工序。

（2）重点保护及观测

①各焊接点保护：保护采用防锈漆分层涂刷，对于斜拉杆锚板、立柱根部及加强杆焊接位置要进行细心防锈，防锈漆要覆盖过焊接位置。

②重点焊接位置要在每个工序前后及混凝土浇筑过程中进行裂隙观测，观测采用大倍数放大镜进行，并由相关技术、管理人员进行书面记录、经记录人及质检员签认后归档。本项作为挂篮安全维护记录的一个重点项目。

③各悬吊点锚垫板及螺母安装情况，锚垫板应与主梁平直，不可斜向固定，每端錨固螺母安装两个，并使拉杆外露5~10cm，以防止螺母滑丝造成危害，锚垫板宽度要不小于承挂位置主梁断面宽度。

六、结语

该自制简易三角挂篮详细设计图、计算书及施工组织设计书经桥梁监控单位采用有限元法建模验算合格后，并经施工、监理、业主、设计、桥梁监控等各单位专业技术人员审查复核，最终通过论证会后投入使用。经施工使用验证表明，该挂篮总体轻巧，易于施工操作，安全性能高。但同时由于现场加工材料、设备和技术存在局限性，需对薄弱节点进行有效加强和改善。

自制简易三角挂篮在本工程中的应用，即明显节约了造价，又克服了多个施工条件困难，同时培养了一批工程技术人员，为挂篮在桥梁施工中的应用提供一定的借鉴作用。

参考文献：1、GB50017-2003钢结构设计规程

轻型三角挂篮设计及应用篇3

轻型三角挂篮是桥梁施工中用来逐段推进混凝土箱梁模板的悬挂设备, 具有承载力大、自重轻、主要承重件刚度大、稳定性好、加工简单、装拆方便、施工便捷易控制、工人劳动强度低等特点。通过襄渝Ⅱ线铁路任河右线大桥的使用证明, 该挂篮性能良好、整体变形小安全可靠、操作方便、外观接缝平顺, 挂篮移动及就位调整速度较快, 一次只需3~4h, 有利于缩短梁段循环施工周期, 是全桥提前完工的一个重要保障措施, 在取得了良好的企业经济效益时, 也带来了巨大的社会效益。

2 轻型挂篮设计

2.1 设计原则

根据任河右线大桥主桥80m跨预应力混凝土连续箱梁采用悬臂浇筑施工这一需要, 再考虑到以后挂篮构件尽可能在多场合使用的要求, 我们确定轻型挂篮的设计原则如下:

1) 安全可靠, 重量轻, 尽可能利用型钢, 减少机械加工量;挂篮装拆要方便, 施工易控制、速度快, 工人劳动强度小。

2) 为保证箱梁外观接缝平顺, 承重系统的主要构件截面尺寸由刚度控制设计。

3) 挂篮设置定向滑道, 除滑道及内模外挂篮一次性整体前移到位。

4) 通用性强, 在适用不同的桥梁施工时, 挂篮的改造量要小。

5) 解体后最大构件重量不超过3t, 且运输上能满足公路及铁路运输的要求。

2.2 设计参数

1) 箱梁的结构参数:箱梁的节段长度为3~4m, 箱梁底板宽4m, 顶板宽7m, 梁段高变化范围为6~3.3m, 箱梁为单箱单室。

2) 设计荷载:箱梁节段混凝土设计控制荷载为799.4KN, 施工人群荷载为2KN/m2, 施工振动荷载为1.5KN/m2, 模板系统自重荷载300KN, 考虑施工及挂篮加工过程中的一些不利因素, 设计荷载中混凝土的重量乘以1.2倍, 即设计荷载为130t。

3) 设计变形:fm ax=L/600。

2.3 设计依据

1) 任河右线大桥施工图。

2) 《钢结构设计规范》 (GBJ 17-86) 有关规定。

2.4 简要说明

1) 挂篮底桁架:按简支与前后托梁承受均布荷载计算。

2) 底模托梁:按简支梁和承受纵梁传来的集中荷载计算。

3) 前上横梁:按简支梁和承受提升吊带、倒链等集中荷载计算。

4) 滑梁:按简支梁和承受模板以及相应混凝土自重荷载计算。

5) 提升吊带、前吊带、后吊带、精轧螺纹钢:按拉杆和承受各分配梁荷载分别计算。

6) 主桁架:按静定桁架内力分析。桁架前端荷载为挂篮底板吊带及各滑梁通过前上横梁传递来的荷载, 后端由锚固力荷载。

分2个状态验算:空载行走状态下平衡验算;浇筑混凝土时, 主桁架内力以及挠度、稳定性、抗倾覆安全系数验算。

7) 对横向联接系作整体稳定性验算;分走行时以及浇筑混凝土时分别作内力、稳定性验算。

8) 对各构件联结处螺栓应力、焊缝长度、节点板验算。

9) 对挂篮理论加载挠度进行计算。

2.5 挂篮的结构及其特点

轻型三角挂篮主要由上部承重系统、底篮系统、侧模系统、行走系统、锚固系统和工作平台等组成, 见图1:

2.5.1 上部承重系统

本部分主要由两片三角形平面桁架、横联、前上横梁3部分组成。

三角形平面桁架由通过螺栓连接的前后两段主梁、立柱、拉杆以及销子等组成, 通过2根16槽钢及节点板连接到两片三角形平面桁架的立柱组成空间桁架。三角形桁架各杆件受力明确, 且迎风面积减小, 增加了抗风力。考虑到主梁及立柱为压弯构件, 为保证三角桁架的稳定性及挂篮刚度要大这一设计要求, 主梁及立柱采用A3钢板将并行的两工字钢焊接成类似箱型梁的结构形式。

横联分为后端横联、上横联及中上横联。后端横联通过螺栓连接到后段主梁上, 上横联和中上横联通过螺栓连接到立柱上, 且中上横联左右两边伸长部分还通过侧斜拉杆与上横联斜拉, 以减小中上横联伸长部分的挠度。

前上横梁采用两条I32a工字钢制作, 通过螺栓固定在主梁的前端。

挂篮的三角桁架先运用SAP84结构计算程序进行各杆件的受力及变形分析, 然后再通过手工计算进行复核。考虑到加工及安装时会出现一些偏差, 三角桁架的立柱有可能出现不垂直或偏心状态, 故在建模时把立柱顶端向前或向后偏离10mm、并同时向侧边偏移10mm以模拟其最不利的受力状况。

2.5.2 底篮系统

底篮的主要承重构件由横梁及纵梁组成。前后下横梁采用2I32a工字钢组焊, 纵梁采用5.45m长的I28a工字钢组焊, 纵梁与横梁之间采用铰接, 以适应箱梁底板的变坡。

底模长4.2m, 宽4.0m, 面板采用5mm厚钢板, 肋板采用8根槽钢制作。

2.5.3 侧模系统

外侧模由侧模架和模板组成, 上下分两节。侧模架由[10槽钢形成桁架结构, 桁高0.7m, 桁间距1.0m;模板由5mm厚的钢板以及槽钢作肋制成, 侧模夹住底模, 通过调整底模的高程以适应不同高度的梁段, 这样外膜能循环使用, 大大节约了投资。外膜系底端通过拉杆固定在底模纵梁上, 中部用对拉筋与内膜相连, 顶部利用已成梁段上的预留孔将侧模锚固在已成梁段上, 另一侧利用斜拉杆固定在主构架上。外侧模通过吊杆调整垂直方向标高, 通过长度可调的侧模撑杆调整水平方向位置。外侧模通过侧模吊杆、侧模撑杆与挂篮上部承重系统及底篮系统连接, 实现整体前移。

由于箱梁截面变化较大, 内侧模采用可调式内膜架, 通过顶板调节内膜宽度, 通过竖带调节内膜高度。通过销子转动拆、立模快速方便、简单, 改善了箱梁内的施工条件。

2.5.4 行走系统

挂篮行走系统是通过2对支座来实现。将外侧模系后端固定在底模纵梁上, 前端用吊杆固定在主梁上, 后下横梁两端用精轧螺纹锚固到主桁中上横梁上, 侧模与底板、前、后下横梁下落;将备用支座安放到距已浇筑节段前端50cm处并锚固, 在支座底面垫一块3cm钢板, 用倒链牵引挂篮行走到位后, 将后支座钢板抽出, 支座移到一旁备用;最后按已浇筑节段长度将行走后锚前移并锚固。

2.5.5 锚固系统

锚固系分上下锚固区。上锚杆采用Ⅳ级φ25精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋通过连接器连接在一起, 一侧主梁设4个竖向箱梁预应力锚固点, 且两侧对称锚固。在浇筑混凝土状态, 上锚杆作用在主梁上的上锚横梁提供挂篮所需反力, 防止挂篮向前倾覆;下锚是在已成梁段箱梁底板预留孔处将底模系后横梁锚固在已成梁段上。

2.5.6 工作平台

工作平台设在侧模系外侧、前上下横梁和后下横梁上, 用以调节模板、浇筑混凝土和张拉已成梁段时供施工人员通过。

3 轻型三角挂篮在任河右线大桥的应用简介

3.1 挂篮的制作与拼装

由于挂篮的上部承重系统拼装精度要求较高, 因此, 这部分构件在工厂加工, 并且先在厂内进行预拼装, 并逐个杆件编好号。其余构件由于大部分采用型钢制作, 在现场进行加工, 底篮系统作为一个整体也进行预拼装。

工地安装挂篮上部结构和侧模主要利用一台QT80EA型塔吊配合安装, 底篮利用梁上上两台8t卷扬机配合安装。安装时严格按照工厂编号进行, 顺序如下:测量放样→放置支座→预装三角桁架主梁→安装后上横梁→安装立柱及横联→安装斜拉杆及侧斜拉杆→终拧三角桁架连接螺栓→安装锚固系统→安装前上横梁→安装外侧模→安装底篮并就位→侧模就位固定。

3.2 挂篮的试验

挂篮的试验主要为了检验三角桁架各杆件的变形值以及其前端的挠度, 验证其承载能力, 确保挂篮的使用安全。挂篮的试验采用集中加载形式。试验时第一套挂篮在已浇筑好的梁面上安装并锚固, 前上横梁、底篮及模板系统暂不安装。

加载点设在前上横梁作用在主梁的支点处, 为此, 专门制作了两个反力架, 每个反力架通过4根Ⅳ级φ25精轧螺纹钢与箱梁竖向预应力筋连接在一起。采用两台YCW250型张拉千斤顶分别对两边主梁前端进行分级加载。试验得出的结论与设计值较为吻合。

3.3 挂篮施工

挂篮通过倒链牵引到位后, 首先复测挂篮的顺桥向及横桥向位置, 若有偏差通过螺旋千斤顶进行微调, 位置准确后再利用螺旋千斤顶将上锚杆逐根拉紧后用螺帽将锚杆锚固在锚梁上并锁紧上锚。

挂篮就位后, 接下来主要工序依次如下:底模就位并固定→侧模就位固定→安装钢筋骨架及预应力管道→安装内模→浇筑混凝土、等强化后再拆侧模及内模→张拉、压浆→底模下降→安装挂篮前移滑道→转换后锚系统→挂篮前移进入下一循环。

4 结语

任河右线大桥主桥预应力混凝土连续箱梁于2008年10月开始挂篮悬臂浇筑混凝土施工, 2009年3月主桥箱梁悬臂浇筑施工全部完成, 一个对称段悬臂浇筑平均周期为10d (其中客观原因耽误了不少) 。每个对称段标高实测值与控制值对比均小于10mm, 中跨实现高精度合拢, 两端全断面高程差在-3~+4mm, 满足设计要求的±15mm, 整个主桥混凝土连续箱梁达到了外形美观、接缝平顺的要求。挂篮的总重量与最大块件混凝土重量之比约为0.30, 实现了挂篮设计轻型化的目标, 且说明了挂蓝具有自重小、无平衡重;作业面开阔便于施工;结构简单、主要构件受力明确, 整体变形小, 移动就位方便快捷, 缩短梁段循环周期等特点。

摘要：介绍轻型三角挂篮的设计及其在襄渝Ⅱ线铁路任河右线大桥施工中的应用, 该挂篮具有承载力大、自重轻、主要承重构件刚度大、稳定性好、加工简单、装拆方便、施工便捷易控制、工人劳动强度低等特点。

关键词：三角挂篮,任河右线大桥,施工应用

参考文献

[1]交通部第一公路工程总公司主编.桥涵 (下册) .北京:人民交通出版社, 2000.

三角挂篮篇4

关键词：悬臂施工,三角挂篮,安全检算

1 工程简介

本桥为兰渝铁路线某特大桥, 主桥桥跨组成为60m+96m+60m的变截面、单箱单室变高度连续梁。梁全长为217.4m, 箱梁顶宽11.48m, 箱梁底宽6.40m, 中支点处梁高7.2m, 跨中处梁高4.8m, 边支座中心线至梁端0.70m。本桥箱梁悬臂浇注拟采用三角挂篮进行施工。由施工图与对比箱梁悬臂浇注段各块段基本情况可知, 悬臂浇注最重块段为7号块, 其重量为156.78t。

2 计算参数取值

(1) 计算参数

①混凝土容重:γ混凝土=26.0kN/m3;

②Q235钢弹性模量:Es=2.06×105MPa;

③PSB830抗拉强度标准值:fpk=830MPa;

④Q235钢的基本容许应力: $[σ] = 135$ MPa, $[σ_{w}] = 140$ MPa, $[τ] = 80$ MPa。

(2) 挂篮计算设计荷载

①挂篮系统自重 (未计内模板重量) :35t;

②箱梁荷载:箱梁荷载取7块计算, 7块段长度为4m, 重量为156.78t;

③施工机具及人群荷载:2.5kPa;

④混凝土振捣及倾倒荷载:5.0kPa。

3 挂篮主桁受力检算

3.1 三角挂篮前点处荷载计算

(1) 挂篮系统自重:G1=35/4×10=87.5kN

(2) 梁段混凝土重:G2=156.78×1.05/4×10=411.55kN

(3) 倾倒和振捣混凝土荷载:P1=5×4×11.481/4=57.41kN

(4) 人群、机具荷载:P2=2.5×4.0×11.481/4=28.70kN

3.2 主桁计算

(1) 计算简图

三角桁架简化后计算简图如图1所示:

(2) 利用Midas/civil有限元分析计算软件建立模型分析求解如下:

强度计算时, 考虑主桁自重, 对 (1) 、 (2) 、 (3) 、 (4) 项进行组合, 利用有限元分析软件, 可求得主桁架内力图、应力图、主桁架反力图以及位移如图3～图7。

刚度计算时对 (2) 、 (3) 项组合, 求得位移图如图8。

由上述计算可知, 主梁最大弯矩为518.7kN·m、最大组合应力 (弯、压) 为107.4MPa;立柱轴力为1263.5kN, 轴向应力为27.3MPa;前拉杆所受拉力为785.2kN、后拉杆所受拉力949.0kN, 前拉杆所受轴向拉应力为244.2MPa, 后拉杆所受轴向拉应力为295.2MPa。

3.3 主桁各杆件强度及稳定性验算

(1) 三角主桁主梁强度验算

σmax=107.4MPa<140MPa, 结构满足强度要求。

(2) 拉杆的强度验算

前拉杆强度验算: σ=244.2MPa<461MPa, 结构满足强度要求;

后拉杆强度验算: σ=295.2MPa<461MPa, 结构满足强度要求。

(3) 三角主桁立柱检算

强度验算:σ=27.3MPa<135MPa , 结构满足强度要求。

稳定性验算:

由于立柱为受压杆件, 需验算稳定性, 立柱截面如图9所示。23号杆件长度为3.98m, 其轴力为N=1306kN, 在Midas中利用截面特性计算器可求得:

A=4.63×104mm2, Iy=1.38×109mm4, Ix=1.07×109mm4

①面内稳定计算

$i_{x} = \sqrt{Ι_{x} / A} = \sqrt{1.07 \times 10^{9} / 4.63 \times 10^{4}} = 152 m m$

$\begin{array}{l} λ = \frac{l_{o x}}{i_{x}} = \frac{3980}{152} = 26 \\ λ \sqrt{f_{y} / 235} = 26 \times \sqrt{235 / 235} = 26 \end{array}$

$\begin{array}{l} 按 b 类截面 ‚ 查得稳定系数 φ = 0.95 \\ σ = \frac{Ν}{φ A} = \frac{1263.5 \times 10^{3}}{0.95 \times 4.63 \times 10^{4}} = 28.7 Μ Ρ a < [σ] = 135 Μ Ρ ‚ 结构满足强度要求。 \end{array}$

②面外稳定性计算

$i_{y} = \sqrt{Ι_{y} / A} = \sqrt{1.38 \times 10^{9} / 4.63 \times 10^{4}} = 172.6 m m$

$\begin{array}{l} λ = \frac{l_{o y}}{i_{y}} = \frac{3980}{172.6} = 23 \\ λ \sqrt{f_{y} / 235} = 23 \times \sqrt{235 / 235} = 23 \end{array}$

$\begin{array}{l} 按 b 类截面 ‚ 查得稳定系数 φ = 0.960 \\ σ = \frac{Ν}{φ A} = \frac{1263.5 \times 10^{3}}{0.960 \times 4.63 \times 10^{4}} = 28.4 Μ Ρ a < [σ] = 135 Μ Ρ a ‚ 结构满足强度要求。 \end{array}$

由上述计算结果可知, 主桁架各杆件均满足强度、变形及稳定性要求。

3.4 后锚及安全倾覆计算

后锚安全系数取2.0, 则每片主桁所需的Φ32精轧螺纹钢张拉力为:

P=830÷1.8×3.14×322÷4÷1000=307.66kN

所需根数: $n = \frac{2 R}{Ρ} = \frac{2 \times 719.4}{307.66} = 4.7$ , 取n=6

则倾覆安全系数为: $Κ_{s} = \frac{6 \times 307.66}{719.4} = 2.57 ＞ 2.0$ , 结构满足规范要求。

4 前下横梁受力计算

4.1 荷载计算

前下横梁所受荷载为其自重和其上的作用荷载。

(1) 底模系统自重:

G1=75kN

(2) 混凝土重:

$G_{2} = (2 \times 1 \times 4.742 + 2.09) \times 26 \times 4.0 = 1204 k Ν$

(3) 倾倒、振捣混凝土及人群荷载:

G3=2×1×3.0× (5+2.5) =45kN

故后底横梁所承受的总荷载是:

P= (G1+G2+G3) /2= (75+1204+45) ÷2=662kN

考虑每片底模纵梁所承受荷载的不均匀性, 取前下横梁一半进行分析。含倒角以上的腹板混凝土及其上的活载 (倾倒、振捣和人群) 的横向分布宽度取1.6m;底板混凝土和底模的横向分布宽度取底板的一半 (即3.4m) ;将三种荷载线性叠加后施加于底横梁上, 再将分布荷载按纵梁间距分配到每个纵梁上, 即为施加在前下横梁上的集中荷载。具体计算过程如下:

含倒角以上腹板混凝土自重: $\frac{26 \times 4.472 \times 26 \div 2}{1.83} = 127 k Ν / m$

底板自重75÷6.4/2=5.9kN/m

底板混凝土2.09×26×4÷3.8/2=28.6kN/m

施工荷载 (5.0+2.5) ×4÷2=28.6kN/m

4.2 前下横梁强度检算

前下横梁由两根Q235的[36b组成。

前下横梁荷载分析示意图如图10所示。对前下横梁最大作用力, 进行前下横梁的检算。计算得出的弯矩图、剪力图、上下缘正应力图和位移图结果如图11～图15:

由计算可知:

最大正应力 σ=26.3MPa<140MPa, 结构满足强度要求;

最大剪应力τ=16.8MPa<80MPa, 结构满足强度要求;

最大位移Δ=0.28mm<L/400=6600/400=16.5mm, 结构满足规范要求。

5 前上横梁受力计算

5.1 荷载计算

前上横梁所受荷载为其自重和其上的作用荷载。

(1) 外模自重+翼缘板混凝土重量+翼缘板上人荷载及振捣荷载:

$G_{1} = (\frac{1}{4} \times \frac{18838.448}{10^{3}} \times 10 + 26 \times 1.016 \times 4.0) \times 1.2 + 1.4 \times (2.54 \times 4.0) \times (2.5 + 5.0) = (47.1 + 105.664) \times 1.2 + 106.68 = 290.0 k Ν$

(2) 内模系统自重+顶板混凝土重量+顶板人荷载及振捣荷载:

$G_{2} = (\frac{1}{4} \times 6480.5 \times 10^{- 3} \times 10 + 26 \times 2.088 \times 4.0) \times 1.2 + ((6.4 - 2 \times 0.8) \times 4.0) \times (2.5 + 5.0) \times 1.4 = (16.2 + 217.152) \times 1.2 + 201.6 = 481.62 k Ν$

(3) 底模系统自重+底板混凝土重量+底板人荷载及振捣荷载:

$G_{3} = (\frac{1}{2} \times 3138.7 \times 10^{- 3} \times 10 + 26 \times 8.36) \times 1.2 + ((6.4 - 2 \times 0.8) \times 4.0) \times (2.5 + 5.0) \times 1.4 = (15.69 + 217.36) \times 1.2 + 201.6 = 481.26 k Ν$

(4) 单侧腹板底混凝土重量+单侧腹板人荷载及振捣荷载:

$G_{4} = 1.2 \times 456.768 + 1.4 \times 0.8 \times 4 \times (2.5 + 5.0) = 581.72 k Ν$

钢吊点处集中荷载:

$F_{1} = \frac{1}{2} G_{1} = 145.0$ kN, $F_{2} = \frac{1}{8} G_{2} = 60.16$ kN, $F_{3} = \frac{1}{4} G_{3} = 120.315$ kN, $F_{4} = \frac{1}{4} G_{4} = 145.43$ kN, F5=F4=145.43kN

5.2 前上横梁强度检算

前上横梁中, 上梁与下梁均由两根Q235的槽36b槽钢组成, 腹杆由两根[22组成。

前上横梁有限元计算模型如图16所示。计算采用有限元计算软件进行计算, 其计算得出的弯矩图、剪力图、轴力图、上下缘应力图、正应力图和位移图结果如图17～图21:

从计算结果可知:

最大正应力σ=110.7MPa<140MPa, 结构满足强度要求;

最大剪应力τ=22.4MPa<80MPa, 结构满足强度要求;

最大位移Δ=9mm<L/400=5920/400=14.8mm, 结构满足规范要求。

6 结论

通过以上计算得出数据与规范要求值进行对比, 可以得出如下结论:

(1) 三角挂篮主桁架结构经简化计算后, 其主桁主梁强度、前拉杆强度、后拉杆强度、立柱强度与规范要求值相比, 均满足规范要求;立柱面内与面外稳定性均满足规范要求。

(2) 对结构进行前下横梁荷载分析, 计算出结构的最大正应力、最大剪应力、最大位移均小于规范规定的容许值, 结构满足规范要求。

(3) 对结构进行前上横梁荷载分析, 计算出结构的最大正应力、最大剪应力、最大位移均小于规范规定的容许值, 结构满足规范要求。

参考文献

[1]GB50017-2003, 钢结构设计规范[S].中华人民共和国建设部, 2003.

[2]TB10002.3-2005, 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国铁道部, 2005.

[3]TB10002.2-2005, 铁路桥梁钢结构设计规范[S].中铁大桥勘察设计院有限公司, 2005.

三角挂篮篇5

1 钢桁架三角形挂篮设计

挂篮由主桁架、前悬吊系统、后悬吊系统、底模平台、模板系统及后锚、行走系统组成。主要构件选用型钢及组成方式分别是:

(1) 主桁架包括上纵梁、立柱、斜杆及横向联接桁架。其中前斜杆、上纵梁、立柱采用2[]40b槽钢;后斜杆采用2[]36b槽钢。上纵梁、立柱及斜杆采用M27高强度螺栓联接, 联接钢板3cm厚。横向联接桁架采用14槽钢焊接。

(2) 前悬吊系统包括前上横梁、前下横梁、操作平台及前吊杆。前上横梁采用2I56b工字钢;前下横梁采用2I36b工字钢;设置6根吊杆, 其中腹板两侧采用Q345钢带, 钢带宽度15cm, 厚度3.2cm和2cm, 其余采用JL32精轧螺纹钢吊杆。

(3) 后悬吊系统包括后下横梁、中上横梁及悬吊系统。后下横梁采用2I36b工字钢, 设置7个吊带。中上横梁采用2I36b工字钢。吊杆系统全部采用JL32精轧螺纹钢。

(4) 底模平台由底模及底纵梁组成。底纵梁采用2][32b槽钢, 腹板位置4道, 底板位置3道。

挂篮构造图如下图1所示:

2 挂篮力学性能分析

2.1 挂篮有限元模型建立

挂篮的力学性能采用空间有限元进行分析。采用大型通用软件Midas, 建立有限元模型如图2所示。

2.2 荷载计算

荷载工况为混凝土自重+挂篮和模板自重+施工荷载, 且混凝土自重取1#梁段的最大自重。分别计算如下:

2.2.1 1#梁段自重

1#梁段各个部位自重计算如下:

2.2.2 施工荷载

模板单侧自重为17.1t, 共计34.2t。

其他施工荷载包括混凝土振捣、冲击荷载及人群、机械等活载, 按恒载 (混凝土、模板自重) 0.2倍计。

2.2.3 风荷载

风荷载计算按50年一遇静风压力计算。结合当地基本风压值所得风荷载标准值为:

风荷载仅在验算挂篮空载行走时的横向稳定性时组合, 组合系数取1.1。

2.3 钢构件强度和稳定性验算

根据规范中压弯构件的强度规定值:

根据规范5.2.4条规定, 弯矩绕实轴作用的格构式压弯构件, 其弯矩作用平面内和平面外的稳定性计算均与实腹式构件相同。对于双肢组合构件的换算长细比:

主平面内受弯构件抗剪强度应按下式计算:

式中:N—所计算构件的轴心压力;

βmx—等效弯矩系数, 取1.0;

φx—弯矩作用平面内的轴心受压构件的稳定系数;

Mx—所计算构件段范围内的最大弯矩;

W1x—在弯矩作用平面内对较大受压纤维的毛截面模量;

V—构件的最大剪力;

S—构件净面积矩;

I—主平面内抗弯惯性矩。

各个杆件正应力与压杆稳定应力计算结果如下表2所示。

由上表2计算可知, 挂篮底模纵横梁强度及稳定性满足要求, 并有一定安全储备。

2.4 变形计算

挂篮作为浇筑混凝土的承重结构, 在混凝土浇筑过程中不能产生过大的变形, 以避免强度较低的初凝混凝土产生内部裂缝。因此, 规范中明确规定了挂篮底纵梁的最大变形不得超过20mm。

由Midas计算结果, 底模前横梁的最大位移为24.4mm, 超过了规范允许值。但验算2#~16#梁段, 由于梁段自重减小, 变形均小于20mm。

考虑尽在1#梁段混凝土浇筑时, 挂篮变形超过规范20mm允许值, 主桁架前横梁和底模前横梁分别加强一根同型号型钢。

2.5 联接螺栓强度验算

2.5.1 主桁架立柱节点板上螺栓

由计算得知, 两根立柱中绝对值较大的轴力为1912.2kN, 立柱通过2根40b槽钢组成, 通过两侧共24个8.8级M27型高强度摩擦型螺栓联接在一起共同受力, 则螺栓抗剪承载力设计值为:

立柱联接螺栓的强度满足要求。

2.5.2 主桁架斜杆节点板螺栓

斜杆两侧共40个8.8级M27型高强度摩擦型螺栓与斜杆联接。斜杆的最大轴力为1368.3kN, 则螺栓抗剪承载力设计值为:

斜杆联接螺栓强度满足要求。

2.6 挂篮稳定性验算

2.6.1 空载行走时抗倾覆稳定性

挂篮空载前进时, 容易发生向前倾覆。空载行走到最大悬臂时, 由底模、侧模形成的倾覆荷载为287.8 kN, 并假定作用在主桁架悬臂端, 故倾覆力矩为:

抗倾覆力矩由后锚固焊接勾板提供, 且由焊缝抗剪承载力确定。由焊缝强度计算, 一个勾板承受的最大剪力为116.5kN。一侧主桁架行走后锚设置8个勾板, 可承受最大剪力为1864kN。

勾板中心到前支点距离3.87m, 则抗倾覆力矩为:

抗倾覆安全系数:7214/1577=4.6>2, 满足施工规范要求。

2.6.2 侧向抗风稳定性

假定挂篮承受的侧向作用在挂篮侧向的四个角点上, 计算可得每个集中力大小为15.33kN。风荷载对前支点力矩为:

侧向承受风荷载时, 抗倾覆力矩仍由后锚固勾板提供, 且每侧只有一个勾板受力, 则两个勾板提供的最大剪力为233.0kN。则侧向抗倾覆力矩为:

抗风倾覆安全系数为:902/171.1 (28) 5.3 (29) 2。满足侧向抗风倾覆安全要求。

3 结论与建议

(1) 采用型钢设计为钢桁架三角形挂篮, 各杆件受力较为均匀, 结构轻巧, 有利于节约材料。挂篮总重77t, 小于设计文件不超过100t的限值, 优于菱形挂篮结构, 较为经济。

(2) 采用型钢现场加工和制作挂篮, 较为方便快捷。共24只挂篮, 加工周期3个月, 保证了预应力混凝土主梁悬臂施工工期要求。

(3) 挂篮与底模板、侧模板形成整体系统, 每一个梁段施工完毕后, 主桁架与模板整体向前推进, 缩短了挂篮作业周期。

(4) 力学分析得知挂篮各个构件的强度和稳定性满足安全要求, 整体稳定性也满足安全要求。但挂篮的变形在1#梁段浇筑时略超过规范限值。依据要求, 对挂篮进行拼装和静载试验。试验结果标明, 加载与1#梁段自重等重时, 变形并未超过20mm, 这是由于计算模型简化所致。因此, 在预应力混凝土箱梁1#梁段浇筑时, 并未对前端上下横梁加强。

(5) 实际应用中, 联接主桁架的中横梁离混凝土梁顶高度1m左右, 现场影响了工人作业和通行。可借鉴菱形挂篮的设计, 将中横梁抬高到1.8~2.0m, 方便作业人员从下方通过。

参考文献

[1]王祖蕾, 王孝军.悬臂施工大吨位挂篮设计及力学性能分析[J].甘肃科技, 2012 (17) .

三角挂篮篇6

关键词：桥梁,三角形,挂篮,设计,施工

近年来, 作为悬浇连续箱梁的主要施工设备, 无水平推力后支点三角形主桁形式的挂篮得到了广泛的应用, 其由于结构简单、受力明确、重量轻、用材较省, 在施工过程中的使用效果良好。本文较为详细的描述了悬浇箱梁的三角形挂篮设计与施工, 对类似结构桥梁施工技术的研究具有较为现实的指导意义。

1 工程概况

土坎乌江大桥主桥为左右幅桥分别设计。左右幅桥主桥均为相同的连续刚构, 主梁梁段为单箱单室, 跨度布置均为: (110+200+110) m, 箱顶由内向外设置2%的单向横坡, 箱顶宽12.0m, 箱底宽6.0m。主梁由0#块、悬臂浇注梁段、跨中合拢梁段、边跨现浇梁段和边跨合拢梁段。

悬臂浇注梁段以0#块箱梁为中心, 两边对称布置, 每边有1#~22#梁段。1#~22#梁段梁高变化:12.23m~4.0m;梁底板厚在1.165m~0.36m之间变化;梁腹板厚变化:0.75m~0.5m;梁顶板厚0.32m;梁长变化:1#~8#梁段长为3.5m、9#~14#梁段长为4m、15#~22#梁段长为5m。最大悬臂浇注梁段重量为245t。

2 挂篮设计

根据施工图对挂篮及模板设计重量不大于110t的要求, 考虑本桥的结构特点, 拟定采用三角形结构挂篮, 全桥双幅共有4个主墩, 相应有4个T, 根据总体工期要求, 计划投入四对 (8只) 挂篮对称施工, 按悬浇段最重节段273.6t、最大长度5m、0号块长度14m进行控制设计。

将拟定挂篮结构分成四个系统:桥面三角形主桁系统 (含主纵梁、立柱、节点、横梁桁架、前支座) ;悬吊、行走系统 (含横梁系统、行走系统、悬吊系统) ;锚固系统 (含后锚系统、轨道梁锚固系统) ;模板系统 (含底模、内模、外侧模板) 。

挂篮各主要部件均采用型钢加工而成, 挂篮受力主体采用两片三角钢带斜拉式主梁, 每片三角钢带斜拉式主梁由主梁、立柱和斜拉钢带组成, 主梁和立柱均采用钢板组焊的箱型结构, 斜拉钢带采用锰钢板, 两片三角钢带斜拉式主梁通过横联、横梁连接在一起, 形成稳定受力体系。除底篮后吊点采用吊杆外, 其他悬吊系统采用锰钢板吊带, 为适应节段高度变化, 钢带分成多段组合, 用销子联结, 最上一节采用φ70螺杆, 以便于千斤顶微调。

锚固系统的可靠性是挂篮施工的关键, 主梁后锚点除浇筑2号节段在0节段上预埋Φ32精轧螺纹钢筋锚固外, 其他梁段单片主梁后锚点处均使用锚杆提供反力, 挂篮共设两组锚固梁, 每组处设4道φ60mm40Cr材质锚杆, 通过已浇梁段预留孔进行锚固, 将两组型钢用φ60mm拉杆形成框架, 锚杆直接锚于该两组型钢上, 将挂篮主纵梁套于其中以形成反压装置限位锚固作用。

3 挂篮使用过程中的工况分析

由于箱梁0#块节段长度限制, 不足以完全形成两幅独立的挂兰, 因此浇注1号节段时, 将两幅挂篮联成整体, 待1号节段施工后, 再行分开。由此, 挂篮在施工1#块时与施工其他节段时的工况有所不同, 分为如下两种。

(1) 1#块施工时, 两只挂篮主桁拼接, 将两幅挂篮联成整体, 横向加劲斜撑用于挂篮主梁间起加固用; (2) 2~22#块施工时, 两只挂篮解体, 安装主桁备用节, 两只挂篮各自安装后锚逐节施工。

挂篮设计过程中, 参照《钢结构设计规范》、《公路桥涵设计技术规范》, 按1号块悬浇、单套后锚独立工作的最重节段2#块245t悬浇、挂篮带模板系统空载行走三种工况分别进行了验算。

挂篮的主结构 (主桁、支座、吊带、底篮、轨道、后锚) 及行走抗倾覆、水平限位安全储备均大于2.0。其他各部分结构材质及结构型式验算结果均满足设计规范对强度及变形的要求。

4 挂篮设计方案验证

根据挂篮在施工工况下的荷载传递情况, 为确保挂篮结构设计的安全性, 同时获得悬浇施工各节段预抬量值, 必须对挂篮进行试压并通过过程观测, 检验挂篮结构在承受设计荷载时的强度及变形情况。其荷载传递情况图示如图1所示。

由此可见, 施工荷载由挂篮部件传递至主桁及后锚, 为简化检验试验方法, 决定采用简易试压法对挂篮主桁的强度及变形情况进行预压试验。相对常规堆载试压方法而言, 简易试压法是在挂篮结构拼装就位前将拼装好的两对主桁对称放于平台上, 将后锚及前支座安装就位, 模拟挂篮施工中的两种不同工况, 将箱梁荷载计算至单根主桁取1.2倍超载系数后作为试压荷载, 在主桁吊点位置设一根Ф32mm精轧螺纹钢, 两端分别用扁担梁及平头螺帽拧紧, 螺纹钢一端穿入100t千斤顶, 利用液压油缸逐级加载, 并在100%荷载时持荷, 加载过程中详细检查吊点位置及后锚系统变形情况, 分级卸载并测量变形数据, 现场经加载测得主桁前端变形值为17mm, 满足规范<20mm的要求。试验结果整理出加载测试报告, 将弹性变形值及非弹性变形值的测量结果用于指导施工。

5 施工情况

5.1 挂篮安装工艺流程

完成0#块施工后, 在混凝土强度达到设计强度的85%后, 即可安装挂篮。挂篮安装时两个挂篮应基本同步进行。其安装工艺过程如下。

测量放线→清理行走轨道处节段顶面, 用1∶2的水泥砂浆将行走轨道铺枕部位找平→在找平层上放样轨道定位线→铺设钢 (木) 枕→安装滑道→安装前后支座→吊装单片主梁并与另一主梁对接, 并用倒连及型钢定位, 完成后用同样的方法吊装另一对主梁→调整两对主梁间的水平间距和位置→安装前、中横梁→安装立柱及横联→安装前后吊带→安装前后下横梁→安装纵梁→底模板→吊装外侧模及外模板→固定模板→安装内模架及内模→设置工作平台、走道及安全设施。

5.2 现场施工效果

挂篮经试压合格, 拼装就位后投入现场, 移篮过程简单方便, 各悬浇节段成品砼质量较好, 挂篮各部件变形较小, 每节段施工周期约12天, 能满足施工进度的要求, 整体使用效果良好。

6 结语

本文所采用三塔三角形挂篮经应用于施工实践, 获得了良好的使用效果。笔者据此总结, 与读者共享。

参考文献

[1]雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京:人民交通出版社, 2005.

三角挂篮篇7

1 工程概况

厦成高速公路猴子河特大桥桥梁全长2 212m, 主桥结构为一联 (78m+104m+78m) 预应力混凝土变截面连续箱梁, 箱梁采用C50混凝土, 并设置三向预应力体系。桥面宽12.2m, 箱底宽7.5m, 翼缘板悬臂分别长3.5m, 主墩顶梁高7.6m, 跨中梁高3.1m, 腹板厚60cm, 顶板厚度20~40cm, 底板厚度40~80cm。本桥共分35个梁段, 悬浇箱梁共分13个节段逐节浇注形成, 所用挂篮为三角形结构形式, 挂篮承受的最大重量的5#块 (长4m, 高3.304m) , 挂篮结构自重31t, 挂篮模板自重18t。本桥连续梁采用液压反力预压技术对挂篮进行预压, 挂篮预压荷载以5#块混凝土的重量进行模拟加载, 三角挂篮结构形式如图1、图2所示。

2 液压反力预压原理

挂篮预压采用预应力张拉用的千斤顶加载, 千斤顶加载在底板范围内进行, 主要设备是反力架和液压油顶。首先将反力架固定在已浇筑4#块梁体腹板端面上, 待挂篮和箱梁底模安装结束后, 再将液压油顶置于反力架与底模的预留空间内, 通过控制液压油顶压力, 向反力架施压, 利用反向作用力下压底模, 上拉吊带, 模拟挂篮实际受力, 从而获取挂篮在荷载作用下各部位的变形数据及规律, 达到挂篮预压目的。

3 液压反力法预压总体构思

在4#段施工过程中预埋好反力架4个预埋件, 待三角形挂篮安装检查验收完毕后在底板横桥向满铺10cm×10cm方木, 方木上方顺桥向铺设4根型钢作为千斤顶加载传力分配梁, 分配梁铺设位置就是千斤顶加载点, 每组分配梁上设置1台200t液压千斤顶, 千斤顶和三角反力架间通过I56工字钢传递荷载。反力架由2根I56工字钢组成三脚架形成预压的反力点, 通过预埋在梁体4#块上的钢板与箱梁形成整体, 为了防止梁体连接处的混凝土在加载试验过程中开裂, 在预埋I56工字钢及反力梁顶部预埋钢板的腹板全断面范围内增设3层16@10cm×10cm防裂钢筋网。1个主墩的2个挂篮要对称进行预压。挂篮液压反力预压结构方式如图3、图4所示, 反力预压点布置如图5所示。

4 预压荷载计算

液压反力预压在三角形挂篮底模上进行, 其挂篮及模板自重荷载已施加, 所以挂篮预压荷载主要模拟最重梁段5#段的底板、腹板、顶板的自重荷载及施工荷载, 荷载计算如下。

计算时混凝土容重取26k N/m3, 混凝土超灌系数取1.05, 冲击系数取1.2, 施工荷载按7.1t。

计算时顺桥向取1m作为计算单元, 1#、4#预压点加载主要模拟腹板及翼缘板混凝土的自重荷载, 2#、3#预压点加载主要模拟底、顶板混凝土的自重荷载, 每台液压千斤顶单延米荷载分别为

即:R1=R4=88.03k N/m;R2=R3=42.75k N/m。5#梁段长4m, 则1#、4#千斤顶集中预压反力为88.03k N/m×4m+7.1t×9.8/4=369.515k N;2#、3#千斤顶集中预压反力为42.75k N/m×4m+7.1t×9.8/4=188.395k N。计算得5#梁段自重总荷载为1 046.24k N。预压总荷载1 116k N;加载系数取K=1.2, 加载力F=1116k N×1.2=1339.5k N。

5 测量监控

1) 变形测点布置预压的主要目的是得到前、后托梁和挂篮主桁架悬臂端的挠度。为了充分测量挂篮的变形, 预压过程中每侧挂篮布置6个测点, 在三角形挂篮后锚、支点、前上横梁左右侧布置变形测量观测点, 水准仪安设在4#块中点, 测量在逐级加载作用下各观测点的位移变化, 变形测点布置如图6所示。预压结束后, 应对观测数据分析处理, 同时绘制挂篮荷载—变形曲线得出相同荷载下的挂篮变形关系曲线, 作为挂篮悬浇施工立模标高调整的依据。

2) 外观检查测点在加载过程中除采用仪器对挂篮进行监测外, 还要对其外观进行检查, 观察挂篮受力后有无刚度不够产生变形、焊缝有无脱焊、连接销有无松动等异常情况发生。另外, 在条件允许的情况下, 可以在挂篮的关键受力部位布置应变片, 以测量挂篮各主要杆件的实际受力状况。

6 液压反力预压施工工艺

利用液压千斤顶结合反力架对挂篮前端进行加载预压, 具体的加载方法为:在每只挂篮底模的前下横梁上安装千斤顶, 模拟最大现浇梁段施工荷载分布情况, 分级进行加载, 其主要目的是控制加载速度, 便于观测挂篮变形随荷载变化的规律, 同时有利于挂篮预压的安全。

挂篮预压按照20%、50%、80%、90%、95%、100%预压荷载进行分级均匀对称加载, 卸载按80%、50%、0%进行, 加载过程中密切观测桁架节点的焊接和变形, 挂篮底模与横梁的沉降值, 每级工况至少维持0.5h, 最大荷载持载要求24h。加载完成后, 每1h测量1次测点的变形值;连续预压4h后, 最后测量时间段的2次变形量之差小于2mm时, 即可完成预压施工。预压结束后, 如观测数据分析无异常, 拆除反力架, 逐级卸载并测量各级卸载后的变形值。三角形挂篮液压反力预压加载分级如表1所示, 液压反力预压质量控制标准如表2所示。

7 预压变形数据分析

经过挂篮逐级加载中观测量数据可知, 产生最大的变形的位置位于挂篮主桁架前横梁处, 笔者只取主桁架前横梁左1、右1点进行测点数据分析, 得到线性回归方程y=-19.074248+30.0706421x。三角形挂篮预压变形观测记录如表3所示, 三角形挂篮主桁预压变形观测计算分析如表4所示, 三角形挂篮主桁变形与荷载线性关系如图7所示。

8 结论与建议

1) 液压反力预压法操作工序少、施工简单、操作方便、加载卸载速度快, 大大节约了工期和施工成本, 预压结果可靠, 能更好地模拟悬浇挂篮的实际受力, 得出可靠的挂篮各项受力参数, 为挂篮施工提供依据。

2) 根据三角形挂篮的预压数据得出挂篮变形与承受荷载回归线, 为计算其它节段得出依据。

3) 根据预压荷载计算, 制定加载方案并设计反力架结构形式, 通过现场的实际预压, 验证了荷载计算的正确性, 同时高效安全准确地完成了挂篮预压, 验证了挂篮的安全性及可靠度, 消除了非弹性变形, 获得了立模控制标高所需数据, 取得了良好的经济效果。

4) 由于挂篮循环使用, 每行走一次, 由于行走轨道下支垫不密实, 都存在非弹性变形, 在正常使用时, 建议挂篮前端下沉值按1cm考虑, 即立模标高提高1cm。

5) 每节段三角形挂篮在混凝土荷载作用下的前端挠度值可根据回归方程y=30.0706421x-19.07424计算得出。

6) 挂篮受力结构明确, 荷载通过液压千斤顶加载, 加载过程更容易得到控制, 加载过程中一旦出现意外情况, 可迅速卸荷, 确保挂篮安全。

7) 箱梁节段越重, 采用千斤顶反力架预压技术进行挂篮预压比其他预压方法越经济、合理, 更能体现该技术的优越性。

8) 挂篮整体加载至5#梁体自重荷载及施工荷载后, 挂篮前下横梁最大变形在11~16cm之间, 产生最大变形的主要原因是吊带连接器安装不垂直, 而导致挂篮前下横梁产生的变形偏大。O

(单位:cm)

摘要：结合厦成高速公路猴子河特大桥三角形挂篮液压反力的实践, 介绍了大跨度连续梁三角形挂篮液压反力预压技术, 得出三角形挂篮各部位的变形数据, 绘出挂篮荷载—变形曲线得出相同荷载下的挂篮变形, 以便准确控制挂篮底模立模标高。

关键词：大跨度桥梁,三角形挂篮,液压千斤顶,反力架,预压,分析

参考文献

[1]张永刚.反力架预压在挂篮施工中的应用[J].山西建筑, 2012, 38 (19) :191-193.

[2]李跃忠.千斤顶反压技术在挂篮悬浇连续梁中的应用[J].山西建筑, 2014, 40 (13) :202-203.

三角挂篮篇8

津秦铁路客运专线跨津滨高速公路连续梁主桥为48+80+48 (m) 三跨预应力混凝土悬臂现浇梁桥。根据施工设计图要求, 除两边跨各有7.75 m现浇段和主墩墩顶的0#节段及合龙段外, 其余节段全部采用挂篮悬臂浇筑方式施工。主梁1～2#节段长2.7 m, 4#节段长3.1 m, 3～10#节段长3.5 m, 最大控制重量为1#节段147.3 t, 箱梁底板宽6.7 m, 顶板宽12 m。

2挂篮结构、特点及性能参数

2.1 挂篮结构

挂篮由三角形主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成。

(1) 主桁架。

由2榀三角主桁架、横向联结系组成。采用槽钢焊接的格构式, 节点采用承压型高强螺栓联结, 横向联结系设于两榀主桁架的竖杆上。

(2) 底模平台。

由底模板、纵梁和前后横梁组成, 纵梁与横梁螺栓联接。

(3) 模板系统。

外侧模采用大块钢模板拼组, 内模采用组合钢模板拼组, 内模板为抽屉式结构。

(4) 悬吊系统。

包括前上横梁、底模平台前后吊带 (杆) 、内外模走行梁前后吊杆、垫梁、扁担梁及螺旋千斤顶。底模前后横梁各设4个吊点。底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上, 底模平台后端悬吊在已成梁段的底板和翼缘板上。

(5) 锚固系统。

设在2榀主桁架的后节点上, 共2组, 每组锚固系统包括2根后锚上扁担梁、4根后锚杆、2根后锚下扁担梁及4根预埋精轧螺纹钢筋。

(6) 走行系统。

包括垫枕、轨道、前支座、后支座、内外走行梁、滚轮架、牵引设备。

2.2 主要特点

三角形主桁架结构简单, 重心低, 受力明确, 重量轻、刚度大, 安拆安全方便。主桁架采用高强螺栓联结, 非弹性变形可忽略不计。

2.3 主要技术性能及参数

最大梁段重:1 500 kN, 长2.7～3.5 m, 宽度6.7～12 m, 高3.85～6.65 m。挂篮自重535 kN, 工作状态倾覆稳定系数5.0, 走行状态倾覆稳定系数2.2, 主构架前节点最大弹性变形14 mm。

3挂篮设计

3.1 设计依据

依据《无渣轨道预应力混凝土连续梁 (双线) 》通桥 (2008) 2368A-IV中铁工程设计咨询集团有限公司图纸。

3.2 材料

Q235B钢材用于除销轴、吊带 (杆) 以外的其它构件, Q345B用于吊带, 40Cr号钢用于销轴, 40Si2MnV用于吊杆及锚杆, 10.9S级钢结构用高强螺栓联结。

3.3 计算荷载

混凝土容重:26 kN/m3

混凝土超载系数:1.05

钢材容重:78.5 kN/m3

施工人员、材料、机具荷载:1.0 kN/m2, 按梁段顶面积计算

风荷载:天津市50年一遇基本风压为0.35 kN/m2

混凝土灌筑状态动力系数取1.1

走行状态动力系数取1.2

梁长3.5 m (1 500 kN) , 高3.85～6.65 m, 宽度6.7～12 m

主构架前节点最大下挠值<20 mm

前上横梁、走行梁、底模及平台横梁、纵梁、内外模刚度:支撑计算跨径的1/400

工作状态抗倾覆系数:>2.0, 走行状态抗倾覆系数:>2.0

钢材容许允许应力、焊缝允许应力、螺栓和销轴允许应力按照相应国家规范标准计算。

3.4 计算工况 (见表1)

根据梁段长度、重量、梁高等参数, 挂篮设计时按以下四种工况进行计算。

工况一:1#梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度最小、混凝土重量最大。

工况二:4#梁段混凝土灌注完成工况。此工况梁段长度最大、混凝土重量较大。

以上二种工况荷载组合为:

计算强度=1.1的动力系数× (梁段混凝土重量×1.05的超载系数+挂篮自重) +施工人员、材料、机具荷载+风荷载

计算刚度=梁段混凝土重量+挂篮自重+施工人员、材料、机具荷载

工况三:4#梁段完成, 挂篮由4～5#梁段走行工况。此工况挂篮走行距离最长, 控制挂篮走行状态抗倾覆稳定及内外模走行梁走行状态的强度和刚度。

此工况荷载组合为:1.2的动力系数×挂篮自重+风荷载

3.5 结构计算

采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析, 按允许应力法进行检算。计算模型全部采用梁单元, 主桁架考虑节点次弯矩。为使模型便于计算结果分析, 内外侧模和走行梁自重、箱梁顶板混凝土重量及其上的施工人员、材料、机具荷载转换为集中荷载施加在前上横梁。

3.6 计算成果

经计算, 在混凝土灌筑状态, 除内外模走行梁的强度由工况二控制外, 其余构件的强度、刚度均由工况一控制。

3.6.1 挂篮在工况一的总变形

由上图可以看出, 底模板最大综合变形为25.9 mm。

3.6.2 主桁架变形值见图5

主桁架前节点挠度值f1=14.1 mm<20 mm, 主桁刚度符合规范要求。

3.6.3 前上横梁变形值见图6

前上横梁跨中挠度为21.7 mm, 扣除主桁架前节点挠度值14.1 mm, 前上横梁的相对挠度值f/l= (21.7-14.1) /6010=1/790。

3.6.4 主桁架内力、应力及稳定

主桁架杆件应力 (见图9) 。

主桁架杆件考虑杆端次应力时绝对值最大应力为126.9 MPa<[б]=170 MPa, 强度满足要求。

主桁架压杆稳定采用2[28b双肢型钢缀板连接的格构式, 横截面尺寸264×280 cm (见图10) 。

(1) 杆BC

设计参数:I0x=l0y=3500mm、N=957×103N

对实轴 (Y轴) 计算, 查截面型钢表得:2[28b,

A=2×4563mm2、iy=106mm

对实轴 (Y轴) 演算刚度和整体稳定: $λ_{y} = \frac{l_{0 y}}{i_{y}} = \frac{3500 m m}{106 m m} = 33 ＜ [λ] = 150$ , 满足要求。

按照b类截面查《钢结构设计规范》附表C得:φ=0.925

则: $\frac{Ν}{φ_{y} A} = \frac{957 \times 10^{3} Ν}{0.925 \times 2 \times 4563 m m^{2}} = 113.4 Ν / m m^{2} ＜ [σ] = 170 Ν / m m^{2}$

对虚轴 (X轴) 计算, 肢间距离。

分肢长细比λ1≤0.5λmax=16.5, 取16, 则:

$\begin{array}{l} λ_{x} = \sqrt{λ_{y}^{2} - λ_{1}^{2}} = \sqrt{33^{2} - 16^{2}} = 28.86 \\ i_{x} = \frac{l_{0 x}}{λ_{x}} = \frac{3500 m m}{28.86} = 121.3 m m \end{array}$

从而 $b = \frac{i_{x}}{0.45} = \frac{121.3 m m}{0.45} = 269.6 m m$ , 取b=280mm

单个槽钢[28b的截面数据A=4563mm2、Z0=20.2mm、I1=242×104mm4、i1=23mm

1) 整个截面对虚轴 (X-X轴) 数据

$\begin{array}{l} Ι_{x} = 2 \times [242 \times 10^{4} + 4563 \times (\frac{280 - 20.2 \times 2}{2})^{2}] \\ = 6790 \times 10^{4} m m^{4} \\ i_{x} = \sqrt{\frac{Ι_{x}}{A}} = \sqrt{\frac{6790 \times 10^{4} m m^{4}}{2 \times 4563 m m^{2}}} = 86.3 m m \\ λ_{x} = \frac{l_{0 x}}{i_{x}} = \frac{3500 m m}{86.3 m m} = 40.6 \\ λ_{0 x} = \sqrt{λ_{x}^{2} + λ_{1}^{2}} = \sqrt{40.6^{2} + 16^{2}} = 43.64 \end{array}$

按照b类截面查《钢结构设计规范》附表C得:φX=0.882

则: $\frac{Ν}{φ_{x} A} = \frac{957 \times 10^{3} Ν}{0.882 \times 2 \times 4563 m m^{2}} = 118.9 Ν / m m^{2} ＜ [σ] = 170 Ν / m m^{2}$

2) 分肢稳定性验算

λmax={λ0x、λy、50}

令

$λ_{1} = 16 \leq {\begin{cases} 40 \\ 0.5 λ_{\max} = 0.5 \times 33 = 16.5 满足要求。 \end{cases}$

3) 缀板设计

初选端缀板宽:hp=1.25a=1.25× (280-2×20.2) =299.5mm, 中缀板宽:hp=0.75a=0.75× (280-2×20.2) =179.7mm, 厚度: $t_{p} = \frac{a}{45} = \frac{280 - 2 \times 20.2}{45} = 5.3 m m$ , 且不小于10mm。

中缀板取:hp×tp=200mm×10mm, 端缀板取:hp×tp=300×10mm, 缀板间净距 l1=i1λ1=23×16=368mm, 取l1=400mm, 相邻缀板中心距离l=600mm。

缀板线刚度之和与分肢刚度比值为:

$\begin{array}{l} \frac{\sum k_{b}}{k_{1}} = \frac{\sum Ι_{b} / a}{Ι_{1} / l} \\ = \frac{2 \times (10 \times 200^{3} / 12) / (280 - 2 \times 20.2)}{242 \times 10^{4} / 600} \\ = \frac{55648}{4033} = 13.8 ＞ 6 ‚ 满足要求。 \end{array}$

$\begin{array}{l} 横向剪力 ∶ V = \frac{A \times f}{85} \sqrt{\frac{f_{y}}{235}} \\ = \frac{2 \times 4563 m m^{2} \times 215 Ν / m m^{2}}{85} = 23083 Ν \end{array}$

缀板与分肢连接处的内力为:

$\begin{array}{l} Τ = \frac{V l}{2 a} = \frac{23083 Ν \times 600 m m}{2 \times (280 - 2 \times 20.2) m m} = 28902 Ν \\ Μ = Τ \cdot \frac{a}{2} = 28902 Ν \cdot \frac{280 - 2 \times 20.2}{2} = 3.46 \times 10^{6} Ν \cdot m m \end{array}$

在剪力和弯矩的共同作用下, 该处角焊缝强度满足:

$\begin{array}{l} \sqrt{(\frac{σ_{f}}{1.22})^{2} + τ_{f}^{2}} \\ = \sqrt{(\frac{6 Μ}{1.22 \times 0.7 \times h_{f} l_{w}^{2}})^{2} + (\frac{Τ}{0.7 \times h_{f} l_{w}})^{2}} \leq f_{f}^{w} \\ h_{f} \geq \frac{1}{0.7 l_{w} f_{f}^{w}} \sqrt{(\frac{6 Μ}{1.22 l_{w}})^{2} + Τ^{2}} = 4.0 m m \end{array}$

根据构造要求: $h_{f} \geq 1.5 \sqrt{12.5} = 5.3 m m, h_{J} \leq t - (1 ~ 2) m m$ , 最后确定取hf=8mm, 可以满足要求。

(2) 杆AB

设计参数:l0x=l0y=4300mm、N=586×103N

对实轴 (Y轴) 计算, 查截面型钢表得:2[28b, A=2×4563mm2、iy=106mm

对实轴 (Y轴) 演算刚度和整体稳定: $λ_{y} = \frac{l_{o y}}{i_{y}} = \frac{4300 m m}{106 m m} = 40.6 ＜ [λ] = 150$ , 满足要求。

按照b类截面查《钢结构设计规范》附表C得:φ=0.895

则: $\frac{Ν}{φ_{y} A} = \frac{586 \times 10^{3} Ν}{0.895 \times 2 \times 4563 m m^{2}} = 71.7 Ν / m m^{2} ＜ [σ] = 170 Ν / m m^{2}$

对虚轴 (X轴) 计算肢间距离:

分肢长细比λ1≤0.5λmax=20.3, 取20, 则:

$\begin{array}{l} λ_{x} = \sqrt{λ_{y}^{2} - λ_{1}^{2}} = \sqrt{40.6^{2} - 20^{2}} = 35.3 \\ i_{x} = \frac{l_{0 x}}{λ_{x}} = \frac{4300 m m}{35.3} = 121.8 m m \end{array}$

, 从而 $b = \frac{i_{x}}{0.45} = \frac{121.8 m m}{0.45} = 270.7 m m$ , 取b=280mm, 单个槽钢[28b的截面数据为:

A=4563mm2、Z0=20.2mm、I1=242×104mm4、i1=23mm

1) 整个截面对虚轴 (X-X轴) 数据:

$\begin{array}{l} Ι_{x} = 2 \times [242 \times 10^{4} + 4563 \times (\frac{280 - 20.2 \times 2}{2})^{2}] = 6790 \times 10^{4} m m^{4} \\ i_{x} = \sqrt{\frac{Ι_{x}}{A}} = \sqrt{\frac{6790 \times 10^{4} m m^{4}}{2 \times 4563 m m^{2}}} = 86.3 m m ‚ λ_{x} = \frac{l_{0 x}}{i_{x}} = \frac{4300 m m}{86.3 m m} = 49.8 \\ λ_{0 x} = \sqrt{λ_{x}^{2} + λ_{1}^{2}} = \sqrt{49.8^{2} + 20^{2}} = 53.7 \end{array}$

按照b类截面查《钢结构设计规范》附表C得:φx=0.838

则: $\frac{Ν}{φ_{x} A} = \frac{586 \times 10^{3} Ν}{0.838 \times 2 \times 4563 m m^{2}} = 76.6 Ν / m m^{2} ＜ [σ] = 170 Ν m m^{2}$

2) 分肢稳定性验算:

λmax={λ0x、λy、50}

令

$λ_{1} = 20 \leq {\begin{cases} 40 \\ 0.5 λ_{\max} = 0.5 \times 40.6 = 20.3 \end{cases}$

满足要求。

3) 缀板设计:

初选端宽度:hp=1.25a=1.25× (280-2×20.2) =299.5mm, 中缀板:hp=0.75a=0.75× (280-2×20.2) =179.7mm, 厚度: $t_{p} = \frac{a}{45} = \frac{280 - 2 \times 20.2}{45} = 5.3 m m$ , 且不小于10mm。

中缀板取:hp×tp=200mm×10mm, 端缀板取:hp×tp=300mm×10mm, 缀板间净距l1=i1λ1=23×16=368mm, 取l1=400mm, 相邻缀板中心距离l=600mm,

缀板线刚度之和与分肢刚度比值为:

横向剪力: $V = \frac{A \times f}{85} \sqrt{\frac{f_{y}}{235}} = \frac{2 \times 4563 m m^{2} \times 215 Ν / m m^{2}}{85} = 23083 Ν$

缀板与分肢连接处的内力:

在剪力和弯矩的共同作用下, 该处角焊缝强度满足下式要求:

$h_{f} \geq \frac{1}{0.7 l_{w} f_{f}^{w}} \sqrt{(\frac{6 Μ}{1.22 l_{w}})^{2} + Τ^{2}} = 4.0 m m$ , 根据构造要求:

$h_{f} \geq 1.5 \sqrt{12.5} = 5.3 m m, h_{f} \leq t - (1 ~ 2) m m$ , 最后确定取hf=8mm, 可以满足要求。

3.6.5 主桁架节点连接螺栓验算

杆BC与节点板B的连接螺栓验算。杆BC轴力绝对值最大, 杆端次弯矩较小, 连接螺栓个数最多。节点采用双节点板, 每侧螺栓群计算剪力V=1.4×956.8/2=669.76 kN, 扭矩为M=1.4×0.0095/2=0.0067kN·m。计算受力最大的螺栓承受剪力55.82 kN<140.24 kN, 螺栓群储备安全。

杆AB与节点板B连接螺栓验算。杆AB轴力绝对值较大, 杆端次弯矩最大。每侧螺栓群计算剪力V=1.4×586/2=410.2 kN, 扭矩M=1.4×30.4/2=21.28 kN·m。计算表明, 受力最大的螺栓承受剪力68.76 kN<140.24 kN, 螺栓群储备安全。

3.6.6 主桁架整体线弹性屈曲稳定

在工况一作用下, 主桁架整体线弹性屈曲前2阶正的稳定系数分别为21和30, 主桁架整体屈曲稳定安全。

3.6.7 前上横梁强度

在工况一作用下, 前上横梁最大弯曲应力б=89.0MPa<[б]=170MPa, 最大剪应力τ=33.7MPa<[τ]=100 MPa, 前上横梁强度符合要求。

3.6.8 底模平台刚度

在不累加主桁架、前上横梁、吊杆的变形值的情况下, 底模平台最大挠度发生在边纵梁的跨中, 最大值为5.7 mm, 相对挠度为5.7/4400=0.0013<[f/l]=1/400。表明底模平台纵梁刚度满足要求。

3.6.9 底模平台强度

在工况一作用下底模平台边纵梁最大弯曲应力б=96.5 MPa<[б]=170 MPa, 最大剪应力τ=16.0 MPa<[τ]=100 MPa, 底模平台纵梁强度符合要求。

在工况一作用下底模平台后横梁最大弯曲应力б=43.4MPa<[б]=170MPa, 最大剪应力τ=21.1MPa<[τ]=100MPa, 底模平台横梁强度符合要求。

3.6.10 吊带 (杆) 强度

吊杆、吊带均由工况一作用下的后吊杆、后吊带控制设计。

后吊杆由2根精轧螺纹钢筋组成, 单根精轧螺纹钢筋内力为45 kN, 与40Si2MnV (高强精轧螺纹钢筋) 极限抗拉承载力603 kN相比较, 吊杆安全储备较大。

吊带采用Q345钢板制作, 其最大拉力值为250 kN。吊带采用三维实体单元建模, 以考察销孔消弱和应力集中的影响。

计算表明, 销孔应力集中严重, 最大应力达到493.4MPa, 销轴与销孔接触点附近已局部屈服, 但范围很小。吊带边缘最大应力127MPa<[б]=240MPa, 考虑到材料屈服后的应力重分配, 吊带是足够安全的。

3.6.11 挂篮后锚抗倾覆系数的计算

前支座反力R1=995.5kN。后锚反力R2=481.2kN, 该反力由4根ϕ32mm精轧螺纹钢筋承受, 每根精轧螺纹钢筋屈服拉力为603kN, 则工作状态抗倾覆系数为K1=4×603/481.2=5.01>2.0, 符合规范要求。

3.6.12 内外模走行梁在混凝土灌注状态的强度和刚度

内外模走行梁在混凝土灌注状态的强度和刚度由工况三控制。

内模走行梁工作状态最大变形值13.7mm, 相对挠度13.7/11000=0.0013<[f/l]=1/400;外模走行梁工作状态最大变形值7.2 mm, 相对挠度7.2/11000=0.0007<[f/l]=1/400;内、外模走行梁在工作状态下刚度满足要求。

内模走行梁工作状态最大应力值137.2MPa<[б]=170MPa, 外模走行梁工作状态最大应力值为93.6MPa<[б]=170MPa, 表明内、外模走行梁在工作状态下强度满足要求。

3.6.13 内外模走行梁走行最不利状态的强度和刚度

内外模走行梁在走行状态的强度和刚度由工况三控制。

内模走行梁走行状态最大变形值21.4 mm, 相对挠度21.4/11000=0.0019<[f/l]=1/400, 外模走行梁走行状态最大变形值20.3 mm, 相对挠度20.3/11000=0.0018<[f/l]=1/400, 表明内、外模走行梁在走行状态下刚度满足要求。

内模走行梁走行状态最大应力值85.4MPa<[б]=170MPa;外模走行梁走行状态最大应力值111.0MPa<[б]=170MP;表明内、外模走行梁在走行状态下强度满足要求。

3.6.14 挂篮走行最不利时后支座反力计算

挂篮前上横梁、吊带、底模等重量合计26 018.15 kg, 单榀主构架前节点力13 009.075, 动力系数1.2, 单榀主构架后锚计算反力15 610.89kg。走行状态最不利时单榀主构架后支座反力为R'=156 kN

3.6.15 后支座与主构架连接螺栓计算

每个后支座与主构架由8个M27-10.9S高强螺栓连接, 按《钢结构高强螺栓连接的设计、施工、及验收规程》JGJ82-1991, 每个螺栓抗拉、抗剪、承压承载力设计值为:

$\begin{array}{l} Ν_{t}^{b} = 0.8 p = 0.8 \times 290 = 232 k Ν \\ Ν_{v}^{b} = n_{v} \frac{π d_{e}^{2}}{4} f_{v}^{b} = 1 \times 459 \times 215 = 98.7 k Ν \\ Ν_{b}^{c} = d \sum t f_{c}^{b} = 27 \times 18 \times 335 = 162.8 k Ν 。 \end{array}$

连接螺栓在挂篮走行时拉力N=R'=156 kN;摩擦力所产生的剪力V=0.5×R'=78 kN;摩擦力所产生的弯矩M=V×0.237=18.5 kN·m, 在拉力N与弯距M作用下一个高强螺栓最大拉力Nt:

$\begin{array}{l} \frac{Ν}{n} - \frac{Μ y_{1}}{\sum_{i = 1}^{n} y_{i}^{2}} = \frac{156}{8} - \frac{18.5 \times 0.16}{0.122} = - 4.76 ＜ 0 \\ Ν_{\max} = Ν_{t} = \frac{(Μ + Ν e) y_{1}}{\sum_{i = 1}^{n} y^{'}_{i}^{2}} \\ = \frac{(18.5 + 156 \times 0.16) \times 0.32}{0.327} = 42.5 k Ν \end{array}$

一个高强螺栓的剪力: $Ν_{v} = \frac{V}{n} = \frac{78}{8} = 9.75 k Ν$

$\begin{array}{l} 故 ∶ \sqrt{(\frac{Ν_{v}}{Ν_{v}^{b}})^{2} + (\frac{Ν_{t}}{Ν_{t}^{b}})^{2}} = \sqrt{(\frac{9.75}{98.7})^{2} + (\frac{42.5}{232})^{2}} = 0.21 ＜ 1 \\ Ν_{v} = 9.75 k Ν ＜ Ν_{c}^{b} / 1.2 = 162.8 / 1.2 = 135.7 k Ν ‚ 后支座与主构架连接螺栓安全。 \end{array}$

3.6.16 后支座计算

后支座由连接板、竖板、水平板、隔板及加劲肋组焊而成, 其中竖板、水平板和加劲肋构成L形钩板。挂蓝走行时, 后支座的水平板钩住工字钢轨道的上翼缘, 以抵抗走行状态的倾覆力。后支座的承载力由水平板承载力控制。水平板采用δ20的钢板双面开坡口与竖板焊透, 在每个水平板下设有三道δ12的加劲肋。每个加劲肋的尺寸为100×56mm, 加劲肋分别与水平板和竖板双面贴角焊, 焊缝高10 mm。

每个水平板承受的竖向力R′′=R'/2=78kN;

每个加劲肋与竖板的有效焊缝长度l1=2×80=160 mm;

连接焊缝允许承载力:[N]=160×10×0.7×[τ]=160×10×0.7×100=112kN;

则每个水平板的允许竖向承载力:[Q]=3×[N]=3×112KN=336kN。

由以上可知, 每个水平板的安全系数:k2b=[Q]/R''=336/78=4.3。

3.6.17 轨道计算

轨道采用三维实体单元建模。在挂篮走行最不利状态下, 轨道翼缘竖向变形最大值0.9 mm, 等效VonMises应力最大值106.6 MPa, 则轨道承载力的安全系数K2C=235/106.5=2.21。

根据3.6.15～3.6.17三项计算, 挂篮走行状态后锚抗倾覆系数由轨道应力控制, 最小安全系数K2=K2C=2.21。

经计算, 该挂篮在各种计算工况下, 强度、刚度、稳定性均满足相关规范要求。

4结束语

通过力学计算和计算机模拟分析, 三角形挂篮受力合理, 强度、刚度及抗弯满足稳定性要求, 结合后期在施工中的实际使用, 其安全稳定性得到有效验证, 能够满足施工中的稳定性及材料杆件变形的要求, 可供同类工程中施工人员参考。 [ID:6687]

参考文献