挂蓝施工有限元模型验算分析

霍智宇　张建伟

【摘 要】挂篮施工技术主要应用在铁路桥梁悬臂施工，是将梁段每2m至5m划分为一个节段，以挂篮为施工机具进行悬臂对称施工，该方法的优势在于施工机具构造简单，施工效率高。本文对国内某铁路桥梁施工挂蓝进行设计并对主要构造部位的受力特性进行有限元模拟分析。

【关键词】挂篮施工；铁路桥梁；有限元

0 前言

挂篮施工又称为迪威达克施工方法，是以挂蓝为施工机具进行桥梁悬臂对称施工，挂蓝主要结构有主桁架、悬吊系统、锚固系统、行走系统、张拉系统及模板系统等组成[1]。具体操作方法为将挂篮锚固在已经施工完成的前段结构上，并在挂蓝上进行下一个节段的模板、钢筋、预应力管道的铺设、灌浆、预应力张拉等等，循环往复，直至悬臂结构施工完成[2]。

我国挂篮的设计及制作已全部适应悬臂施工向高强、轻型、大跨发展的需要，从预应力混凝土连续梁或钢结构构的悬臂施工，挂篮最初是平行桁架式，后来，逐渐发展为多样化，结构越来越轻型，受力越来越合理，施工越来越方便，应用也越来越广泛[3]。但是，我国的挂篮制作并没有标准化，挂篮往往是针对某一座桥梁而设计的，桥梁建成以后，挂篮即废弃，造成材料的浪费，因此，挂篮制作的标准化将是我国挂篮的发展方向[4]。

1 挂篮机具有限元计算

本文以国内某铁路桥梁挂篮施工为例，选择桥梁最重节段进行分析，长度为3m，其中，中支点梁高6.4m。箱梁顶宽为13.4m，底宽为6.9m。顶板厚除梁端附近外均为34cm，顶板厚度为50cm。底板厚由跨中的50cm按半径为327002mm的圆曲线变化至根部100cm，腹板厚为：50～100cm按折线变化，全梁设置5道横隔板[5]。横隔板厚度为：边支座处1.40m，中支座处2.5m，中跨跨中1.0m。连续箱梁节段划分为：0#块9.0m，1#～7#块3.0m，8#块～16#块均为4.0m，合拢段2.0m，形状如图1所示。

图1 桥梁节段模型示意

1.1 翼缘板及腹板模板支撑计算

支撑翼缘板与腹板的主要受力构件为侧桁架，采用[8槽钢，侧桁架间隔为2m。将2m节段内翼缘板与腹板的重量等效为荷载加在侧桁架主要受力点上进行计算，有限元验算结果如图2所示。

图2 侧桁架有限元验算

1.1.1 刚度验算

最大挠度为：

2.067mm<=3.85mm

式中，2.067—侧桁架最大挠度（mm）；

l—侧桁架导梁距最大挠度处距离（mm）。

1.1.2 强度验算

最大应力：41MPa<182MPa；

满足要求。

1.2 底板中部模板支撑计算

支撑底板的主要受力构件为底部桁架，底桁架支撑在底部横梁上，采用[8槽钢，有限元验算结果如图3所示。

图3 底板桁架有限元验算

1.2.1 刚度计算

底桁架刚度验算如图所示：

最大挠度在中部：

6mm<=11.25mm

式中，6—底桁架中部挠度（mm）；

4500—底桁架支撑间距；

满足要求。

1.2.2 最大应力：62Mpa<182Mpa

满足要求。

1.3 菱形桁架支撑计算

菱形桁架作为挂篮机具中主要受力部分，采用2×[32c槽钢，将这一节段所有荷载包括机具及桥梁荷载，有限元验算结果如图4所示。

图4 菱形桁架有限元验算

1.3.1 最大挠度在主桁架前端为

8.890mm<20mm

式中，8.890——主桁架前端挠度（mm）；

20—为根据施工经验采用的主桁架前吊点允许挠度（mm）；

满足要求。

1.3.2 强度验算

最大应力：69.4Mpa<140Mpa

满足要求。

2 结语

挂篮施工技术广泛应用在大跨度桥梁悬臂施工过程中，有着比较丰富的理论基础及实际应用经验，将有限元软件计算结果与实际施工过程相结合，桥梁工程师可以对施工过程中结构的受力特性有宏观的把握。通过对挂篮机具主要的受力构件进行分析，可以得出目前的挂篮设计还是偏于保守，各杆件在设计试用期内都远远低于材料的容许应力值，而且由于各桥梁截面特性可能存在差异的原因，某些挂篮某一阶段工作完成之后并不能用于别的工程，会造成不必要的浪费。

【参考文献】

[1]孔祥雷.论挂篮施工在土建工程中的高效应用[J].江西建材，2016，03：160+166.

[2]梁文军.连续箱梁挂篮施工监理要点初探[J].山西建筑，2010，07：214-215.

[3]王胜文.挂篮施工技术在桥梁工程中的应用探讨[J].江西建材，2014，06：154.

[4]苏成，陈太聪，韩大建，邓江.崖门大桥主梁牵索挂篮施工模拟计算[J].桥梁建设，2003，01：12-15.

[5]王哲一.铁路桥梁连续梁挂篮施工技术[J].门窗，2015，01：80+85.

[6]李建鹏.桥梁挂篮施工中常见问题及预防措施[J].交通世界（运输车辆），2015，30：62-63.

[责任编辑：王楠]