连续梁桥挂篮走行状态计算分析
2017-11-22李赛斐
李赛斐
中铁二十四局集团有限公司路桥分公司
连续梁桥挂篮走行状态计算分析
李赛斐
中铁二十四局集团有限公司路桥分公司
镇江京杭大运河特大桥1～15号节段采用挂篮悬臂法施工。文中着重于4.5m长梁段挂篮走行状态的计算研究，首先将箱梁荷载作用于底模横向分配梁上，然后按照力学传递顺序对挂篮系统进行了计算分析。在此基础上，重点对挂篮走行状态时的强度、刚度及抗倾覆稳定性进行了计算。通过计算，挂篮各承重杆件均满足承载力要求，抗倾覆计算均满足要求。最后总结了挂篮走行状态控制要点指导实际施工，可为相似工程提供参考。
镇江京杭大运河特大桥；挂篮；走行状态；计算分析
1 工程概况
镇江京杭大运河特大桥位于镇江市京口区谏壁镇马家村和蔡家村，新建铁路连云港至镇江线淮安至镇江段京杭运河大桥，主桥为有砟轨道预应力混凝土连续梁拱组合桥，桥跨布置为76m+136m+76m。主桥主梁采用变高度单箱双室、直腹板截面，主梁沿线路左线中心线全长为289.5m，中支点处梁高8.0m，跨中及边跨直线段梁高为4.5m，梁高按圆曲线变化，边支座中心线至梁端0.75m。
挂篮采用三角形挂篮形式，挂篮主要由主桁系统、底篮、锚固、吊挂系统、走行系统及模板系统等组成[1]。
1.1 主桁系统
主桁系统是挂篮主要的受力体系，其主桁架主要由主桁架和横向连接系统组成[2]。桁架的节点是利用销轴连接的，且桁架的主要杆件均是格构式结构形式，且通过槽钢焊接而成。
1.2 底模
承受梁段混凝土重量的是挂篮上的底模平台，其主要提供其场地为钢筋绑扎、混凝土浇筑时的立模。底模板主要采用大块的钢模板[3]。其主要由前后下横梁、纵梁和模板组成。
1.3 吊挂
吊挂系统主要是由内外模导梁前后吊杆、上横梁、平台的吊杆等组成。
1.4 锚固系统
挂篮的锚固系统主要架设在主桁架的的节点上，每个锚固系统均由锚杆、精轧螺纹钢筋、后锚上扁担梁等组成。
1.5 走行系统
走行系统包括垫梁、轨道、前支座、后支座、内外走行梁、滚轮架、牵引设备。挂篮走行时前支座在轨道顶面滑行，联结于主构架后节点的后支座反扣在轨道翼缘下并沿翼缘行走[4]。
1.6 防护系统
防护系统主要是施工人员在作业时起防护作用的平台及通道。
图1 挂篮结构布置图
2 计算参数
计算中对传力作了如下的假定：
(1)箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外滑梁分别传至前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁承担。
(2)箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。
(3)箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。
材料特性:
钢材密度：γ=78.5KN/m3；弹性模量：E=206 GPa；砼容重：26.5KN/m3。
荷载参数:
①钢筋混凝土荷载q1：26.5KN/m2
②模板及支架自重标准值：模板q2:底模1.0KN/m2,内侧模1.2KN/m2,外侧模1.6KN/m2；
③施工人员及设备荷载标准值q3：2.5KN/m2
④振动荷载q4：4.0KN/m2
⑤砼超载系数:1.05
⑥抗倾覆稳定系数：2.0
3 挂篮各承重构件计算分析
挂篮各个承重构件应具有足够的强度、刚度和稳定性，首先将箱梁混凝土荷载和施工荷载首先作用于底模横向分配梁上，然后按照底模板横向分配梁→底模纵梁→前、后下横梁→内、外导梁→吊杆→前、后上横梁→主梁的力学传递顺序，逐个验算各个承重构件的承载力以及主梁的抗倾覆稳定性[5,6]，根据荷载分布1～12区域混凝土由底模纵梁承担、13～14区域混凝土由内模导梁承担、15区域混凝土由外模导梁承担。取1#、3’#、13’#节段进行计算。
挂篮走行最不利受力为走行到位时整体模型如图2所示。
图2 整体模型图
图3 挂篮主桁支反力图（kN）
该仅验算后下横梁，外模导梁的受力，后锚固系统的计算等[7,8]。
(1)后下横梁
图4 组合应力图（MPa）
图5 剪力应力图（MPa）
图6 竖向位移图（mm）
最大组合应力：σ=54MPa＜fd=205 MPa
最大剪应力：τ=7.5MPa＜fvd=120MPa
竖向位移：Δf=37mm＜[Δf]=16000/400=40mm
后下横梁的强度和刚度满足要求。
(2)外模导梁
图7 组合应力图（MPa）
图8 剪力应力图（MPa）
图9 剪力应力图（MPa）
最大组合应力：σ=105MPa＜fd=205 MPa
最大剪应力：τ=11 MPa＜fvd=120MPa
竖向位移：Δf=21.2mm＜[Δf]=9750/400=24.4mm
外滑梁的强度和刚度满足要求。
(3)吊杆
图10 轴力图（单位kN）
由计算可得底篮吊杆的最大拉力为94KN。
底篮后端吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢，A=804.2mm2,σ=N/A=94000/804.2=116.9MPa＜fq/2=392.5MPa，满足2倍安全系数。
4 抗倾覆稳定计算
主桁仅受底平台及内外模自重荷载作用，单片主桁受到的前上横梁荷载为172kN。
图11 主桁前端受到的压力图（单位kN）
单片主桁前上横梁的力对前支点产生的倾覆力矩为Mf=172*5.25=903kNm，需满足的要求。则：Mk≥1806kNm，即走行时单片主桁行走需要的后锚固力R≥1806/4=452kN。
图12 反扣轮组结构图
反扣轮组联接螺栓计算：
共10根M24螺栓，每组M24螺栓的有效截面积为3.525cm2，额定抗拉力为[F]=170×3.525=59.9KN，每组螺栓抗拉力R=59.9*10=599KN＞452kN，满足要求。
5 结论
通过以上计算分析，在挂篮施工过程中应加强
以下几方面的控制。
(1)主梁是主要的承重结构，应经常检查桁架之间的联结件，重点检查挂篮走行时前上横梁与主梁之间的联结及底模纵横梁之间的联接螺栓是否牢固。
(2)挂篮系统上所有的节点、链接部位、销子等关键部位易松动，需要管理人员进行严格的检查，保障挂篮在运行时正常。
(3)做好监测记录，保证两主梁轨道面的高程在允许偏差的范围内。
(4)挂篮走行时悬臂端处必须设置两道平联，提高挂篮抗倾覆能力，保证结构整体稳定性。
[1]栗勇.红枫湖大桥挂篮施工方法研究[D].大连理工大学,2003.
[2]蒯行成,王雅妮,刘伟纲,刘德坤.三角形挂篮结构设计计算[J].公路工程,2011(1):41～44+69.
[3]杜晓波.珠江大桥施工挂篮技术研究[D].哈尔滨工程大学,2007.
[4]胡健.钢结构高空作业用挂篮计算方法[J].科技传播,2012(1):110+104.
[5]尹成虎,黄羚.挂篮施工力学计算模型分析与实现[J].公路与汽运,2012(5):190～193.
[6]张艳芝.三种桁架式挂篮受力性能研究[D].重庆交通大学,2009.
[7]王中南.连续梁桥平行弦桁架挂篮计算分析[J].铁道勘测与设计,2012(5):28～31.
[8]周黎,颜长平.某大桥施工挂篮设计与计算[J].中国水运(下半月),2014(12):227～228.
Continuous girder bridge hanging basket go line state calculation and analysis
Li Saifei
Zhenjiang the beijing-hangzhou grand canal bridge 1～15 segmental construction hanging basket cantilever method.This paper focuses on the 4.5 m long beam computing research on the hanging basket go line status,box girder load acting on the bottom of the module and transverse distribution on the beam,and then in accordance with the mechanical transmission order of the hanging basket system has carried on the calculation and analysis.On this basis,the focus from hanging basket of unbalanced force,rail surface elevation deviation combined load condition for the study of torsional calculation.Through calculation,the hanging basket the bearing bar can satisfy the requirements of bearing capacity,rigidity calculation are meet the requirements.Finally summarizes the construction technique of line status control points to guide actual,can provide a reference for similar engineering.
Zhenjiang the beijing-hangzhou grand canal bridge;Hanging basket;Walk line state;Calculation and analysis
