浅谈悬浇车式挂篮设计

齐爱丽

1 工程概况

罗河大桥为山西省离军高速公路全线的重难点工程和控制性工程,该桥为左右幅分离式桥型,其上部构造形式:引桥为先简支后连续预应力混凝土连续箱梁,主桥为(55+2×90+55)m三向预应力连续刚构,连续刚构采用挂篮悬臂浇筑的施工方法。该桥左右幅共6个T构,每个T构分10个梁段,梁段断面形式为单箱单室,顶板宽12 m,底板宽6 m,其中0号块高度为5.0 m,最长梁段为4.0 m,最重梁段重为120 t。

2 悬浇车式挂篮设计原则

1)要求挂篮的重量小,结构简单,受力明确,运行、装卸方便。2)要求挂篮变形小,稳定性好,抗倾覆性能好。3)设计时,应考虑各项实际可能发生的荷载,按照最不利荷载组合进行受力验算。

3 悬浇车式挂篮结构形式及特点

1)主承重系统。由两榀钢箱梁全焊结构作为主承重系统,钢箱梁由12 mm和16 mm厚钢板焊接而成,高度为100 cm,宽度为53 cm,其受力特点是:底模平台及侧模支架所承荷重由前吊杆垂直传至钢箱梁上,通过后锚解决抗倾覆稳定问题,钢箱梁本身为受弯构件。为考虑到移动方便,两榀之间辅以连接,形成整体。2)锚固系统。锚固系统分为主桁的锚固和底模平台的锚固两部分。主桁的锚固是利用箱梁的竖向预应力钢筋把轨道锚固在已浇筑完成的箱体上,通过后锚扁担梁把主桁后节点锚固在轨道上。根据挂篮和最大悬浇梁段自重、施工荷载、材料机具自重等因素综合考虑,其安全系数控制在2.0以上。单榀主桁在后支点处实际共锚6道 Φ 32J精轧螺纹钢,通过YGL连接器与竖向预应力筋连接;底平台前、后端由Φ 32J吊杆分别锚固于前上横梁及已浇块件前端。3)行走系统。行走系统主要由葫芦、轨道、行走小车及滑板撑脚组成。4)底平台系统。底平台系统包括外侧模、内侧模及底模、底模平台。外侧模采用5 mm钢板加型钢组成,与内模采用对拉螺杆连接。模板设计为组装活动式,可根据梁段的高度和长度变化随时接长(高)和拆卸。内模由内模桁架、竖带、斜支撑以及组合钢模等组成。内模安置在由内模桁架、竖带和斜支撑组成的内模框架上。底模平台为悬浇块件的承重平台,平台纵梁采用28a工字钢,平台横梁分前后横梁,由双36a槽钢制作。5)悬吊系统。主要由钢吊杆、分配梁组成。用以悬吊底平台系统,将其荷载传给主梁,可以用螺旋千斤顶调节平台及模板标高。

4 悬浇车式挂篮受力检算

4.1 挂篮的设计计算工况

由罗河大桥上部结构设计图知,在整个箱梁节段中,3号块节段长为4.0 m(最长),混凝土方量为46 m3(方量最大)在整个挂篮施工节段中,为最不利荷载施工节段,本挂篮设计计算工况以3号块各参数进行设计计算。

4.2 最不利荷载组合

1)最大节段混凝土重:1 196 kN;2)挂篮自重:330 kN;3)施工荷载按60 kN计。其最不利荷载组合为:T=1 196+330+60=1 586 kN。

4.3 主要结构受力验算

1)主梁受力计算。

主梁受力简图见图1。

受力计算:

单根主纵梁承重1/4总荷载:T/4=1 586/4=396.5 kN。

对B点弯矩:MB=396.5×4.6=1 824 kN·m。

由公式w=M/[σ]得:w=1 824/215=8 483 cm3。

主承重梁拟选用箱形梁如图2所示。

a.强度验算:

b.刚度验算:

2)后锚系统受力计算。

后锚采用4道Φ 32精轧螺纹钢筋通过YGL连接器与竖向预应力钢筋相连。

单个主承重梁后锚支点反力v=396.5×4.6/4=455.97 kN＜N=4×675×π×322/4=2 170 kN,满足要求。

3)前支点受力计算。

挂篮前支点B支撑在箱梁腹板顶面,其单个支点反力VB=396.5×4.6/4+396.5=852.47 kN。

箱梁设计为C50混凝土,其抗压强度fc=28.5 MPa。

则前支点所需承压支撑面积A=VB/fc=852.47/28.5=299.1 cm2。

实际支撑面积A=20×50×2=2 000 cm2。

f=852.47/2 000=4.3 MPa,故满足要求。

4)纵梁受力计算。

底模计算最不利受力块3号为计算依据进行设计,其受力计算分为腹板下、底模下纵梁两种情况进行,其纵梁承受由分布较密的横梁传递的荷载,近似按均布荷载考虑。

a.腹板下纵梁计算。

腹板下纵梁主要承受腹板混凝土荷载、部分底板混凝土和部分底模自重,受力简图见图3。

截面选择:

腹板混凝土自重:q1=4.083×0.6×26×1.2=76.44 kN/m。

部分顶底板混凝土自重:q2=0.43×26=11.18 kN/m。

施工人员及施工荷载:q3=1×1×1.4=1.4 kN/m。施工振捣荷载:q4=2×1×1.4=2.8 kN/m。

施工总均布荷载:q=q1+q2+q3+q4=91.82 kN/m。

由图知支点反力为V=4q/2=91.82×4/2=183.64 kN。

则Mmax=(91.82×0.3×4)/2+91.82×42/8=237.5 kN·m。

w=M/[σ]得:w=Mmax/[σ]=1 104.7 cm3。

选用3根Ⅰ28a型钢作为纵梁w=508.2×3=1 524.6 cm3。

强度验算:

σ=M/w=237.5/1 524.6=155.8 MPa＜215 MPa,满足要求。

刚度验算:

按两端简支计算:

b.底板下纵梁受力计算:

底板混凝土自重:q1=0.562×2×26=29.2 kN/m。

施工人员及施工荷载:q2=1×2×1.4=2.8 kN/m。

施工振捣荷载:q3=2×2×1.4=5.6 kN/m。

施工总均布荷载:q=q1+q2+q3=37.6 kN/m。

拟选用4根Ⅰ28a型钢作为纵梁,由上可知受力强度和刚度均满足要求。

5)前下横梁、前上横梁,后下横梁、后上横梁受力计算略。

5 悬浇车式挂篮使用效果

1)在以往三角形挂篮、菱形挂篮设计理念的基础上,采用自行设计、加工制作的悬浇车式挂篮,自重小、重心低;结构形式简单,装卸灵活、快捷;安全可靠、经济实用,且重复利用率高。2)经过施工验证,挂篮主梁最大变形为1.8 cm。3)挂篮施工时的抗倾覆安全系数大于2,安全可靠。4)单个悬浇车式挂篮的自重(包括模板系统)为33 t,最重梁段为120 t,设计系数为0.275,挂篮相当轻巧,在成本上节约了大量资金。

[1]黄 文,毛学舜,王新定.挂篮悬浇连续箱梁桥施工控制技术[J].山西建筑,2008,34(1):318-319.