菱形挂篮的设计制作应用.docx
《菱形挂篮的设计制作应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《菱形挂篮的设计制作应用.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
菱形挂篮的设计制作应用
菱形挂篮的设计、制作、应用
1工程概况
1.1桥型布置
巴阳2号特大桥起讫里程为K182+600～K183+177，全长577m，采用双向分离式，左右线桥净距0.5~18.0m。
左线桥平面部分位于直线、部分位于R=3000m的圆曲线上，桥面纵坡部分为R=9700m的凸曲线、部分为+0.5%和-2.45%双向坡，桥面横坡为单向2%；右线桥平面部分位于直线、部分位于R=4200m的圆曲线上，桥面纵坡部分为R=10000m的凸曲线、部分为+0.5%和-2.35%双向坡，桥面横坡为单向2%。
本桥主跨为100+180+100m的预应力混凝土混凝土连续刚构，左右线引桥均为4×30（云阳岸），2×30m（万州岸）预应力混凝土连续T梁。
1.2箱梁结构
巴阳2号特大桥主桥采用单箱单室变高度截面，为三向预应力结构。
箱梁顶板高12.1m，底板宽7m，外翼板悬臂长2.55m。
箱梁0号段长15m（包括墩两侧各外伸2.25m），每个“T”构纵桥向分为20个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为5×3.5m＋8×4m＋7×4.5m，累计悬臂总长81.0m。
1号~20号梁段采用挂篮悬臂浇注施工，悬臂浇注梁段最大控制重量2332.5KN（未考虑施工荷载），挂篮设计自重1000KN。
全桥共有6个合拢段（两幅桥），分别是4个边跨合拢段和2个中跨合拢段，合拢段长度均为3m，边跨现浇段长8.36m。
箱梁根部断面梁高10.5m，跨中及边跨支架现浇段梁高3m（箱梁高均以腹板外侧为准），从中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方抛物线变化。
从1号梁段至6号梁段腹板厚70cm，从6号梁段至13号梁段腹板厚60cm，从13号梁段至21号梁段腹板厚50cm，边跨21梁段号至23号梁段腹板厚60cm，腹板变厚处设50cm渐变段过渡。
每号梁段的腹板上设有抗剪齿口。
箱梁底板厚除0号梁段为150cm外，其余梁段底板从箱梁根部截面的120cm厚渐变至跨中及边跨合拢段截面的36cm厚。
1.3预应力束布置
每个T构悬臂浇筑段设预应力钢束80束，其中肋板束40束，顶板束40束，此外还有预备束4束。
箱梁悬浇完成后，未利用的顶板预备束孔应灌浆填塞。
中跨连续底板束36束，顶板束2束；每边跨连续底板束16束，顶板束4束。
钢束均采用OVM15系列锚具或其它合格产品，用配套系列千斤顶对称张拉。
箱梁腹板上设有竖向预应力筋，采用精扎螺纹粗钢筋，箱梁顶板上设有横向预应力束。
2挂篮的现状分析与选型研究
2.1挂篮分类
挂篮是大跨径箱梁悬臂浇筑法施工的主要设备,在施工中受深水、高墩、峡谷及气候等影响小，可以充分利用有限的空间，多次重复使用，容易掌握施工工艺和保证施工质量，在施工中对节段的施工误差可以不断地进行调整，从而保证悬浇施工的精度。
挂篮按构造形式可分为桁架式（包括平弦无平衡重式,菱形,弓弦式等）、斜拉式（包括三角斜拉式和预应力斜拉式）、型钢式及混合式四种；挂篮按抗倾覆方式可分为压重式、锚固式和半压重半锚固式三种；挂篮按走行方法可分为一次走行到位和两次走行到位两种；而按其移动方式可分为滚动式、滑动式和组合式三种。
几种流行的挂篮结构的主要特点
2.1.1平行桁架式挂篮
平行桁架式挂篮的上部结构一般为一等高桁梁，其受力特点是：
底模平台及侧模支架所承荷重均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在梁顶用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题,桁架本身为受弯结构。
见图4－1。
图4－1平行桁架式挂篮图4－2平弦无平衡重挂篮
2.1.2平弦无平衡重挂篮
平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，取消压重，在主桁架上部增设前后上横桁，根据需要沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊底模平台及侧模架。
由于挂篮上部荷载作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾覆力矩，故不需要平衡压重，其主桁后端则通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁顶板上。
见图4－2。
2.1.3菱形挂篮
菱形挂篮可认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来的，其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁顶板上，无平衡压重，而且结构简单，故大大减轻自身静荷载。
见图4－3。
图4－3菱形挂篮
2.1.4滑动斜拉式挂篮
滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大突破，其上部采用斜拉体系代替梁式或桁架式结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下限位装置（或称水平制动装置）固定，主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持。
其底模平台后端仍吊挂锚固于箱梁底板之上，见图4－4。
图4－4滑动斜拉式挂篮
2.2挂篮的选择
对现有挂篮的施工特点、操作工艺、用料情况等进行了分析和研究，结合巴阳1号、2号桥的具体情况进行了比选，参考了国内近年来使用的挂篮，最后决定采用菱形桁架式挂篮，菱形挂篮主
要有以下优点：
菱形挂篮主桁架杆减少，传力简洁，受力明确，锚杆及吊杆采用精轧螺纹钢制作，成本低，加工简单，安装方便，易于操作。
菱形挂篮主桁具有一定的通用性，能够适合于本桥浇筑段长度有变化的特点。
菱形挂篮支腿高，通行方便，施工作业空间大。
主桁斜拉杆截面有增大的空间，能提高挂篮的整体刚度。
主桁梁加载试验用千斤顶即可进行，方法简单，省时省工，又能降低试验费用。
3挂篮的设计
3.1设计原则
⑴满足钢结构强度、变形要求；
⑵具有可操作性，材料节省；
⑶荷载考虑要偏大，构件设计尺寸要足够，从而确保整个挂篮系统偏于安全。
3.2设计依据
3.2.1最重梁段及其基本参数
根据设计图纸提供的参数，最重梁段及其基本参数见表4－1。
巴阳2号特大桥最重梁段及其基本参数表
梁号
重量（T）
梁长度（m）
高度（m）
腹板厚（cm）
体积（m3）
底板厚（cm）
1#
233.25
3.5
10.20～9.75
70
89.71
117.8～114.3
6#
224.8
4.0
8.04～7.58
70
86.46
100.4～96.5
14#
167.93
4.5
4.82～4.46
60
64.59
68.7～64.2
20#
126.62
4.5
3.14～3.02
50
46.55
41.9～37.5
表4－1
3.2.2规范规定
3.2.2.1设计方法
巴阳2号特大桥挂篮的设计按照“正常使用极限状态法”——即正常使用的某项规定限值，本设计取结构挠度δ＝20ｍｍ为规定限值。
按正常使用极限状态只考虑荷载短期效应组合。
3.2.2.2钢材强度
A3钢：
取允许应力f=190N/mm2=190MPa
E=2.06×105mMPaP=7850kg/m3
精扎螺纹钢Ф32抗拉强度бb=1000MPa,
E=2.06E5MPa伸长率δs≥7％
3.2.2.3结构变形的规定
按“有重轨的工作平台架”，允许变形为L/600，由于为悬臂结构。
取2L/600=L/300＝6000mm/300＝20mm，
L——悬臂长度；
3.2.2.4受弯构件的计算内容
①强度M/r.W=M/1.05W≤f
r——截面塑性发展系数＝1.05
②局部稳定——配置加劲肋解决；
③整体稳定（不考虑）；
3.2.2.5拉弯和压弯构件计算内容
①强度：
-N/An±M/Rw=-N/An±M/1.05W≤f
②稳定性：
N/ΦA+ΑβmxM/PW（1-0.8N/Nex）=N/ΦA+1.0M/1.05W（1-0.8N/Nex）
Nex——欧拉临界力Nex=π2EA/λ2
3.2.3设计指标
⑴最大变形
最大变形量δ≤20mm
⑵挂篮重量和最重梁段比值
挂篮总重量与最重梁段重量的比值n＜0.45
⑶构件、节点材料强度符合规范要求。
⑷结构形式和基本尺寸
根据最重梁段结构尺寸和施工需要，确定挂篮基本结构尺寸。
3.3挂篮设计中所采用的系数
灌注混凝土时，梁段混凝土动力系数1.2；空载移动时挂篮动力系数1.3。
灌注混凝土时的稳定系数均大于1.5。
挂篮行走时抗倾覆稳定系数大于2。
容许应力的提高系数1.3～1.5。
结构的稳定系数＞1.5。
挂篮构件具用通用性,可全部或部分周转性使用于其他桥梁，以降低摊销费用。
4挂篮设计计算与结构介绍
4.1挂篮主桁尺寸的选择
挂篮主桁架尺寸选取原则主要基于以下四点:
①满足悬臂浇筑的要求，能够适合不同长度的浇筑梁段。
②满足施工工作面的要求，使施工人员有作业空间。
③各个杆件受力基本相等，即按等强度设计，这样可以优化结构，节约钢材及制造费用。
④巴阳2号桥施工中挂篮浇筑分段长度为3.5m、4.0m、4.5m，因此每个杆件的水平方向投影长度为6m。
4.2挂篮主桁各个杆件的内力计算
4.2.1荷载的确定
计算中，考虑主桁架的前支点承受荷载，为了安全考虑结构的变形，荷载的取值采用以下原则：
单片主桁架的前吊点在正常工况下承担浇灌段梁重量的1/4，最不利工况（考虑混凝土浇筑时发生偏心）下承担浇灌梁重的1/3。
根据挂篮所浇筑梁段的重量，对荷载进行了分类，见表4－2。
前节点上的荷载取用100t，计算方法采用理论力学中的力平衡法，计算结果如表4－3。
挂篮所浇筑梁段主桁各个杆件承受的荷载表
表4－2
序号
梁段编号
重量（t）
荷载归类
1/4荷载（t）
1/3荷载（t）
1
20
120.62
初载
30.2
40.2
2
14
167.93
中载
42
56
3
6
224.8
重载
56.2
74.9
4
1
233.25
满载
58.3
77.8
5
300
超载
75
100
主桁各杆件内力
表4－3
杆件号
N1
N2
N3
N4
N5
内力大小（t）
142.8
-146.2
-144.3
167.8
-135.3
4.2.2挂篮主桁杆件截面的选取
设计截面时，针对每一根杆件设计不同的截面，在理论上是比较恰当的，但在实际施工过程中，由于截面变化而带来的制造费用要高于采用不同截面节省下的费用，因此在设计时，采用相同的截面。
根据前各个杆件轴力计算结果。
，钢板厚度δ=16～25mm时，屈服强度为f=325N/mm2。
根据同类工程经验，刚度是受力主桁计算的主要控制因素，另外，为了制造方便，采用热轧普通槽钢型钢。
同时在两端用20mm厚的钢板将截面焊合，形成一个封闭性的箱形截面。
主桁杆件材质采用16Mn钢材
5.挂篮的结构形式
5.1挂篮工作示意图
根据具体施工要求，挂篮工作时的截面如图4－5所示。
图4－5挂篮工作示意图
5.2挂篮结构形式
5.2.1挂篮组成
菱形挂篮由菱形桁架、提吊系统、走行系统、模板系统四大部分组成。
5.2.2挂篮各部分构造
A、主体桁架
菱形桁架是根据悬臂灌注钢筋混凝土施工工艺要求，分析国内各种挂篮的施工特点，吸取有关挂篮的优点，经过研究确定的结构型式，主桁架为两片分别竖于箱梁腹板位置，其间用2×18＃槽钢和δ10mm钢板组焊成横向平面联接系。
每片主桁架的上下弦杆、斜杆及竖杆均采用槽钢，再用δ20mm钢板组焊成箱形截面，杆端采用φ96mm的（45#钢）钢销栓与节点箱连接。
桁架前端节点箱处放置一根前横梁，前横梁为三角式桁架梁，由2×22＃槽钢和20mm厚的钢板组焊成上、下弦杆；2×20＃槽钢和厚20mm钢板组焊成斜杆；2×18＃槽钢和厚20mm钢板组焊接成竖杆。
横梁下弦设置8个吊点，吊起3根由2Ⅰ40b工字钢和厚20mm钢板组焊成的传力分配梁，其中中间传力分配梁用4根直径为32mmⅣ级精轧螺纹钢悬吊，上下用螺母连接；2根外分配梁各用2根直径为32mmⅣ级精
升级会员 