连续梁桥悬臂施工挂篮局部受力状态分析

李建安，梁 涛，杨 洋

(陕西高速集团 西潼改扩建项目管理处，陕西 渭南 741000)

1 挂篮构造及特点

连霍高速公路某大桥为预应力混凝土连续梁桥，跨越电气化铁路主干线(陇海线)，为达到桥梁施工与铁路正常运营互不干扰的目标，上部结构采用悬臂浇筑法菱形挂篮施工。菱形挂篮由主桁承重系、底篮、悬吊系统、锚固系统、行走系统、平台系统、模板系统及防护系统等部分组成，见图1。

图1 菱形挂篮典型构造示意

2 挂篮局部构造要点

与一般钢结构的设计相似，挂篮结构除了整体受力应满足强度、刚度及稳定性的要求外，构件的局部受力也应满足相关要求。在挂篮设计中，往往比较注意挂篮整体受力检算，其安全储备一般都满足要求;而局部受力的安全储备问题往往会忽略。挂篮结构的局部受力往往决定挂篮实际的安全性能。

对于本桥菱形挂篮来说，其局部构造特点如下:①挂篮主桁杆件采用销接，杆端开孔通过销轴与节点板等构件相连，杆端和节点板的局部构造应加强，销轴应具有足够的强度;②主桁前支点通过滑船与轨道滑梁接触，滑船局部构造应保证支点荷载均匀地传递至滑梁顶面，避免局部应力集中;③挂篮后锚点通过后锚梁采用精轧螺纹粗钢筋与箱梁顶面竖向预应力筋连接锚固，后锚梁及主桁局部节点应具有足够的强度和稳定性;④挂篮走行状态通过反压滚轮扣在工字形滑梁上翼缘底面，是保证挂篮走行阶段抗倾覆稳定性的关键构造，滑梁翼缘强度及局部稳定性应满足要求。

根据本桥挂篮的受力特点，文中采用实体有限元法分析了挂篮节点板和行走滑梁的局部受力状态。

3 挂篮局部受力分析

3.1 主桁节点板局部受力

建立实体有限元模型对主桁后锚点节点板的受力进行分析。挂篮最大满载状态，节点板处主桁斜杆拉力为1 354.6 kN，水平杆压力为1 058.9 kN。结构计算模型如图2所示，根据结构对称性，取半结构进行分析。

为了消除边界约束条件的影响，在此仅考察节点立板和加强板的受力，图3和图4分别给出了其第一和第三主应力分布。可以看到，挂篮最大满载状态，节点板最大主拉应力266.2 MPa，出现在立板与斜杆销轴接触边缘，大于Q235钢材屈服强度。

节点板孔壁最大主压应力184.4 MPa，小于Q235钢材节点销子的孔壁容许承压应力273 MPa，满足要求。节点立板最大主压应力196.4 MPa，小于Q235钢材屈服强度。

图2 主桁节点板实体模型

图3 节点立板和加强板第一主应力

图4 节点立板和加强板第三主应力

3.2 行走滑梁局部受力

建立实体有限元模型对行走滑梁受力进行分析。挂篮行走状态(见图5)，行走滑梁承受的最大后锚反力为101.9 kN。滑梁上翼缘施加2倍最大后锚反力，以考察保证走行稳定系数不小于2.0的情况下，滑梁翼缘根部的应力状态。结构计算模型如图6所示，根据结构对称性，取半结构进行分析。

图5 行走小车及滑梁构造示意

图6 行走滑梁实体模型

图7 行走滑梁第一主应力分布

图7给出了行走滑梁在最大后锚反力作用下的第一主应力分布图。可以看到，滑梁最不利受力位置出现在行走小车作用的翼缘根部，其最大主拉应力为245.2 MPa，大于Q235钢材的屈服强度。设计行走滑梁采用20 mm钢板焊接，翼缘根部角焊缝高度hf=10 mm，焊缝受力不能满足要求。

3.3 构件的局部补强

根据构件局部分析的结果，对于局部应力超过材料屈服强度的应予补强，常用的补强方式有:加焊钢板，增加钢板有效厚度;增设加劲肋，避免薄壁构件发生面外屈曲;对应力集中效应明显处改善局部构造;当结构局部应力较大时，可改变构件截面形式或更换较大规格的杆件。

对于上述节点板，孔壁局部拉应力超限，可通过在节点立板另一侧增设加强板或增大加强板厚度的方式改善其受力;对于行走滑梁，其翼缘根部拉应力超限，可通过加强焊缝施工质量，增大焊脚尺寸的方式改善焊缝受力状态，但效果很可能是有限的，可进一步考虑将焊接工字梁改为相近规格的型钢工字梁，其翼缘根部受力将更易得到保证。

4 结语

由于挂篮为施工阶段临时构件，对于部分次要构件，当按弹性理论进行的局部分析应力超过规范限值不多，且分布范围较小时，可考虑有限地利用钢材屈服后的塑性性能，而不对其进行补强，以期达到经济合理的要求。但是，对于挂篮主要受力构件及可能影响施工安全的局部构造，应具有足够安全储备，不应考虑其材料的塑性发展。

［1］王武勤.PC桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展［J］.桥梁建设，1997(4):55-57.

［2］钟铭，袁长卿.宽体式轻型挂篮设计［J］.华东公路，2002(6):24-26.

［3］梁志华.乍嘉苏主线桥悬臂浇筑施工技术［J］.铁道建筑，2008(6):10-12.