菱形挂篮设计与模拟计算

菱形挂篮设计与模拟计算

摘要：菱形挂篮主要受力构件为二力杆，具有结构轻巧、受力明确、拆锚方便等特点。主梁采用双工字钢，双向回转半径较大，增加了杆件的稳定性，本文对闽江特大桥菱形挂篮设计进行介绍。

关键词：悬臂浇筑、菱形挂篮、设计、施工

Abstract: the main stress components diamond hanging basket for two force stem, has the structure to be dexterous, kinetic, clear, and anchor is convenient wait for a characteristic. The double girder range, two-way turn radius is bigger, increase the stability of the pole pieces, this paper of minjing super major bridge hanging basket diamond design was introduced.

Key words: the cantilever, lozenge hanging basket, design, construction

1、工程概况

闽江特大桥位于福州市闽侯县竹岐乡和荆溪镇之间的闽江上，上跨闽江航道和在建闽侯江滨路，是本合同段的控制性工程。中心桩号K1+912.5，本桥起点接白龙互通C1、D3匝道桥，桩号为K1+135，终点接荆溪互通主线1号桥，桩号为K2+690，全桥长1555m。由引桥和主桥两部分构成，引桥为13×35mPC连续T梁+13×40mPC连续T梁，主桥为70m+4×110m+70m变截面连续刚构箱梁，采用悬臂浇筑法施工。下部结构主桥采用箱墩，钻孔灌注桩基础；主桥27号和31号墩处设GPZ盆式支座，为临时固结墩，28号～30号主墩与主梁固结刚构；引桥采用柱式墩，钻孔群桩或单排桩基础。

2、计算假定

⑴箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外滑梁传至前一节段已施工完的箱梁翼缘和挂篮主桁的前上横梁上。

⑵箱梁顶板砼，内模的重量通过内滑梁传至前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁上。

⑶箱梁底板、腹板砼及底模平台重量分别由前一段已施工完的箱梁底板和挂篮主桁的前上横梁承担。

⑷挂篮主桁之间的连接假定为半刚接。

3、挂蓝设计

挂篮设计根据施工图纸按以下要求设计，设计原则：自重轻、结构简单、受力明确、坚固稳定、变形小、前移和装拆方便，可以重复使用。

3.1挂篮选型

挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式（包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、型钢式及混合式4种。

3.1.1类型选定

根据混凝土悬臂施工工艺要求及设计图纸对挂篮要求，综合比较各种形式挂篮特点、重量、采用钢材类型、施工工艺等，经过研究决定采用一组菱形挂篮，菱形挂篮结构简洁、受力明确、拆装锚固方便，为施工提供了宽阔的作业空间，同时改善施工条件和环境。

3.2挂篮结构材料

菱形挂篮主要由主桁菱形片（[]28b）、前上横梁（2 50b）、前下横梁（2 40b）、后下横梁（2 40b）、底纵梁（ 40b）、平联（10L）、前后吊带（ 精轧螺纹钢）及内外滑梁（[]32a）组成。结构形式如图：

3.3挂篮结构验算

荷载传递路径及检算内容包括：

图3.3.1荷载传递路径

（1）主桁：按最大重量节段荷载对组合梁各杆件进行强度、刚度及稳定性验算；

（2）上下横梁、吊杆、滑梁、底纵梁进行强度和刚度的验算。

3.4设计要求

（1）箱梁结构参数：变截面单箱单室箱梁，截面梁高由6.5m到2.8m，全桥箱梁顶板厚度除支座处其余均为0.28m，箱宽8.5m，桥面板宽16.5m，腹板厚跨中部分为0.75m，支点附近为1.40m，底板厚从跨中部分至支点由0.43m变至1.4m；全跨共分31个梁段，中支点0#梁段长12.0m，梁段长度为3m、4m、4.5m三种，合拢段长2m，边跨直线段长9.62m，全梁采用双向预应力体系。

（2）挂篮最大重量不得大于54t；

（3）悬臂浇筑混凝土最大重量180.04t；

3.5挂篮设计参数

（1）挂篮及模板自重37.3t，挂篮与最大梁段重量比0.21；

（2）设计荷载180.04t，恒载安全系数取1.2，活载安全系数取1.4；

（3）挂篮空载行走时的冲击系数1.3；

（4）考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；

（4）浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数取1.5；

（5）挂篮在横载作用下变形值小于2cm。

3.6荷载组合

组合Ⅰ 挂篮自重+施工恒载

组合Ⅱ 挂篮自重+施工恒载+施工活载

组合Ⅲ 挂篮自重*挂篮移动时的冲击荷载+风荷载

荷载组合Ⅰ用于主桁承重系统刚度计算（稳定变形）计算；荷载Ⅱ用于强度和稳定性计算；荷载组合Ⅲ用于挂篮系统行走计算。

4、挂蓝结构组成

挂篮由主桁承重系统、底篮及悬吊系统，后锚及行走系统，模板系统等四部分组成；

4.1 主桁承重系统

主桁承重系统主要由菱形桁片、前上横梁组成；

4.2 行走及后锚系统

（1）行走系统由行走滑道、行走小车、前后支腿等组成；

（2）后锚系统作用是将挂篮承受的荷载传至箱梁上，并防止挂篮倾覆，主梁移动的倾覆稳定由主梁后端压紧器来维持；其主要由锚固扁担梁、竖向预应力筋和连接锚筋组成；当挂篮行走到位后，挂篮尾部通过连接筋与箱梁腹板中的竖

向预应力筋结合锚固，单板主梁设置4-6个锚固点，一只挂篮共设置8到12个锚固点。

4.3 底篮及悬吊系统

（1）底篮主要由底篮前后横梁、底篮纵梁和底模组成；底模采用大块钢板；

（2）悬吊系统主要由底篮前吊杆、后吊杆组成；菱形挂篮底篮前吊杆采用φ32的精轧螺纹钢，悬吊于前上横梁上；后吊杆也采用φ32的精轧螺纹钢，锚固于已浇筑梁段。

4.4 模板系统

挂篮内、外模板系统均采用滑梁吊挂模板于挂篮前上横梁和已浇块段上，外模采用钢板模板，面板为铁板，龙骨为型钢；内模采用钢木组合模板，内外模通过对拉螺栓连成一体。

5、挂蓝计算（利用有限元分析软件Midas civil）

根据实际施工时挂篮的边界条件及挂篮各部位所承受的实际分摊荷载，利用有限元分析软件Midas civil进行建模计算。计算分析最大应力为653.0MPa，产生位置为吊带处，其他部位最大应力为145.9 MPa。普通钢材、精扎螺纹钢的极限应力值分别为215MPa、785Mpa，满足强度要求。

在钢筋混凝土及模板等恒荷载作用下，由于结构整体刚度不足（挂篮的整体最大变形量大于20mm），变形的部位主要是主桁、滑梁以及上下横梁，对此增加辅助钢板，在这些杆件侧面腹板处采用满焊10mm厚钢板，整体钢度得到了很好的解决，在以后的同类施工过程中可以采取此措施，增加型钢刚度，使整体挠度满足要求。

6、结束语

挂篮设计要考虑安全可靠，受力合理，结构轻巧，便于加工等，伴随着国家高速公路网规划”东部加密、中部成网、西部连通”的布局思路，在全国范围内形成”首都连接省会、省会彼此相通、连接主要地市、服务全国城乡”的高速公路网络实施，跨江河以及山岭重丘区高速公路必将迅速发展。对如何选择合理的工艺，提高工程质量，降低施工成本的需求越来越大。闽江特大桥正是其中的典型，为跨江河等水上施工的桥梁建设提供了宝贵的经验，总结出诸多可行性施工方案，为跨江河的公路桥梁发展作出了巨大贡献。

参考文献

[1] 中华人民共和国交通运输部.JTG/TF50-2011 公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[2] 中华人民共和国建设部. GB 50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003.

[3] 周永兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[4] 雷俊卿.桥梁悬臂施工与设计[M].北京：人民交通出版社，2000.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。