三角挂篮验算在某大桥工程中的应用

方臻明 张建强

(1.平湖市公路管理段，浙江嘉兴 314000; 2.安吉县公路管理局，浙江安吉 313300)

1 桥梁概述

安吉县省道某大桥上部结构主桥为变截面现浇预应力混凝土连续箱梁，连续箱梁采用悬臂三角挂篮施工，三角挂篮分主桁、前、后横梁、底篮纵梁、前托梁、后托梁、悬吊及模板，材料均采用Q235组合型钢，悬吊和锚固等吊杆采用φ32精轧螺纹粗钢筋，销轴采用45号钢。

2 计算参数

2.1 计算原则

按照JTJ 025-86公路桥涵钢结构及木结构设计规范容许应力法计算，取临时结构设计参数。

2.2 荷载取值

1)主梁混凝土容重:26 kN/m3;2)混凝土超载(胀模)系数:1.05;3)人群及机具荷载:2.5 kPa;4)倾倒和振捣混凝土产生的荷载:2.5 kPa;5)模板荷载:120 kN;6)风荷载:0.5 kPa;7)温度荷载:系统初始温度20℃，最终升温至40℃，降温至10℃。

2.3 材料参数

规格:Q235;弹性模量:206 000 MPa;钢材容许轴向应力:140 MPa;钢材容许弯曲应力:145 MPa;钢材容许剪应力:85 MPa;热膨胀系数:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。规格:精轧螺纹钢;弹性模量:200 000 MPa;轴向应力设计值:770 MPa;热膨胀系数:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。规格:45 号钢;弹性模量:206 000 MPa;钢材容许轴向应力:210 MPa;钢材容许弯曲应力:220 MPa;钢材容许剪应力:125 MPa;热膨胀系数:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。规格:40Cr;弹性模量:206 000 MPa;屈服强度:540 MPa，容许应力:540/1.7=318 MPa;容许剪应力:318/1.7=187 MPa;热膨胀系数:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。

注:1)JTJ 025-86材料容许应力按规范取值;根据第1.2.10条，临时结构容许应力应乘以提高系数κ=1.3。2)40Cr材料参数按《机械设计手册》中的要求取值，容许弯曲应力=屈服应力/1.7，容许剪应力=容许弯曲应力/1.7，临时结构容许应力应乘以提高系数 κ=1.3。

3 1号节段浇筑混凝土时挂篮的计算模型

选取挂篮施工最不利工况1号节段施工工况。

挂篮采用MIDAS Civil有限元软件进行空间建模分析，计算模型如图1所示，共133个节点，151个梁单元，16个桁架单元，29个板单元。

图1 空间建模分析计算模型

4 1号节段浇筑混凝土时挂篮的计算分析

4.1 底篮结构参数及应力计算结果分析

底篮前托梁采用双拼工字钢45号，底篮后托梁采用双拼工字钢45号，底篮普通纵梁采用工字钢24根25a，加强横梁采用槽钢10号，上铺设5 mm厚6 m宽钢板，所有构件均采用Q235钢。

梁单元组合应力最大拉应力为35.6 MPa、最大压应力为35.6 MPa，均小于抗拉和抗压强度设计值 145 ×1.3=188.5 MPa，满足规范要求。在单元局部坐标系y轴方向，基本不产生剪力Qy。在单元局部坐标系z轴方向，剪力Qz产生的最大剪应力为9.4 MPa，小于剪应力设计值85 ×1.3=110.5 MPa，满足规范要求。

4.2 挂篮主支撑体系构件参数及应力计算结果

主桁架采用2根40b槽钢拼焊而成，横向联接桁架均采用槽钢16，所有构件均采用Q235钢。

梁单元组合应力最大拉应力为138.6 MPa、最大压应力为140.6 MPa，均小于抗拉和抗压强度设计值 145 ×1.3=188.5 MPa，在单元局部坐标系 x轴方向，产生的最大轴向拉应力为43.3 MPa，最大轴向压应力为53.6 MPa，小于轴向应力设计值140×1.3=182 MPa，在单元局部坐标系z轴方向，剪力Qz产生的最大剪应力为 37.4 MPa，小于剪应力设计值 85×1.3=110.5 MPa，均满足规范要求。

4.3 精轧螺纹钢应力和位移计算结果

精轧螺纹钢直径为32，最大轴向拉应力为177.3 MPa，小于抗拉强度设计值770 MPa，满足规范要求。

精轧螺纹钢直径竖向最大位移为22.3 mm，而由于节段混凝土自重、模板、支架等引起的竖向位移为19.9 mm，数值偏大，建议进行加强，避免因为精轧螺纹钢刚度不足引起位移控制偏差。

5 浇筑混凝土时挂篮销轴校核计算

5.1 后斜拉带与主梁的连接销轴

后斜拉带与主梁的连接销采用φ100，销子材质为40Cr。销子承受的最大剪力:

最大剪应力:

销子承受的最大弯应力:

5.2 前斜拉带与主梁的连接销子

前斜拉带与主梁的连接销采用φ100，销子材质为40Cr。

销子承受的最大剪力:

最大剪应力:

销子承受的最大弯应力:

5.3 斜拉带与立柱的连接销子

斜拉带与立柱连接销采用φ100，销子材质为40Cr，销子主要承受剪力，前、后斜拉带对其造成的弯曲应力极小，最大剪力与后斜拉带与主梁的连接销子φ100相同，所以销子强度是安全的，此处无需校核。

5.4 主梁后锚

主梁后锚取最不利的荷载491.3 kN，采用φ32的精轧螺纹钢。

最大轴向应力:

6 挂篮空载前移时最不利情况下计算分析

挂篮空载前移动时，最不利情况为内滑梁处于最大的简支状态，主梁靠前支撑点和行走小车与主梁的连接销两个支点支撑。

行走小车自身各构件、行走滑轨、锚定行走滑轨的轨道锚梁以及精轧螺纹钢。本处选择极为重要和较为薄弱的后锚部件进行计算。

1)应力计算结果(不包括精轧螺纹钢)。

梁单元组合应力的最大拉应力为23.9 MPa，最大压应力为39.2 MPa，小于抗拉和抗压强度设计值145 ×1.3=188.5 MPa，满足规范要求。在单元局部坐标系z轴方向，剪力Qz产生的最大剪应力为 64.4 MPa，小于剪应力设计值 85 ×1.3=110.5 MPa，满足规范要求。

2)精轧螺纹钢应力计算结果。

精轧螺纹钢直径为32，最大轴向拉应力为23.3 MPa，小于抗拉强度设计值770 MPa，满足规范要求。

7 结论与建议

经计算复核，三角挂篮的计算结果满足规范要求。伴随着国家公路迅速发展，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大，挂篮设计需要考虑安全可靠，受力合理，结构轻巧，便于加工等。安吉某大桥正是其中典型，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。