12、挂篮适用性比较、改装技术总结(周仁)

-1-挂篮适用性比较、改装技术总结周仁（第二架子队技术主管）摘要：改装挂篮是连续梁施工中一项较复杂繁琐的工作，若改装的成功，能为施工单位节约不少成本，故改装挂篮也是非常普遍。这就要求改装的时候做到充分理解挂篮设计意图，非常清楚挂篮的设计尺寸及本桥梁的结构尺寸、预应力孔道布置，理清思路，一条一条的排查比较，要做到胆大心细。下面我就以狼牙沟大桥的挂篮改造为列，进行挂篮改装的技术总结。关键词：挂篮改装设计尺寸总结1工程概况狼牙沟大桥(40+3×64+40)m连续梁横跨狼牙沟，对应的墩台编号为0#～5#。设计线路等级为Ⅰ级，牵引类型为电力牵引，设计速度目标值为200km/h客货共线。线路情况为双线，线间距5m，该联连续梁位于曲线上。(40+3×64+40)m连续梁梁全长273.5m，梁体采用单箱单室变高度直腹板箱形截面，主墩墩顶5m范围内梁高相同，梁高6.05m，跨中及边墩墩顶现浇段梁高3.05m，梁底曲线为1.8次抛物线，箱梁顶宽12.2m，箱梁底宽6.7m，单侧悬臂长2.75m，悬臂端部厚24.8cm，悬臂根部厚65cm。箱梁腹板厚度由箱梁梁体主墩墩顶根部85cm变至跨中及边墩支点附近梁端48cm；底板在箱梁梁体主墩墩顶根部厚120cm变至跨中及边跨直线段厚40cm；顶板厚40cm，其中箱梁梁体墩顶根部加厚80cm。顶板设90×30cm的倒角，底板设60×30cm的倒角，箱梁在中墩及边墩墩顶设置横隔墙，中墩墩顶横隔墙厚200cm。箱梁半跨中半中支点截面如下图所示。图1箱梁截面示意图-2-0#段长8m，中心梁高6.05m，梁底宽6.7m，加厚段处宽8.3m。1#-7#块长为2×3.5m+5×4m，梁高由5.772m渐变到3.05m。中、边跨合拢段长均为2m，梁高3.05m。边跨现浇段长7.75m，梁高3.05m。悬浇段最重块为1#块，重162t。悬臂挂篮施工最长梁段为4m。2适用性比较狼牙沟大桥主墩4个，需4套挂蓝。准备使用湘桂线、哈大线调入的旧挂篮改装。本桥主跨为64米，三角挂篮较适合，挂篮适用性如下表。表1挂篮适用性对比表序号对比项目湘桂线哈大线兰新线不同点的处理1最大梁段重量(T)150.8147.0162.0重新计算，判断挂篮是否适用。2最大浇筑长度(m)44.254满足使用，不需处理。3梁高变化范围(m)6.49～3.896.05～3.056.05～3.05满足使用，不需处理。40#块长度(m)898哈大线挂篮连体后斜拉杆减短一米。5梁体宽度(顶/底)(m)12.2/6.712/6.712.2/6.7本桥是重新定制的外模。6走行方式无平衡重走行，葫芦牵引无平衡重走行，葫芦牵引无平衡重走行，液压千斤顶牵引改装支点，增加液压千斤顶。7吊杆孔道预埋位置见附图见附图见附图应根据全桥预应力位置，结构尺寸重新布置。通过比较，应对挂篮进行改装的应有如下几点：⑴根据本桥最大梁段重量162吨，重新计算，判断挂篮是否适用。⑵1#块连体挂篮施工时，哈大线挂篮后斜拉杆需减短一米。⑶走行方式改变需改装支点，增加液压千斤顶。⑷吊杆孔道预埋位置的确定需根据全桥预应力位置，结构尺寸重新布置。⑸为方便内箱施工，对内模进行改装。-3-2挂篮计算2.1本桥参数表2桥梁参数表节段编号0123456789节段长度83.53.54444427.75方量286.562.355.559.558.452.848.843.921.6110.4备注托架施工挂篮施工合拢段边跨现浇段最重悬浇箱梁段位于A1段：162吨，以A1段荷载进行挂蓝设计和验算。由于0#块长度较短，只有8米，无法同时安置2套挂篮，所有在浇注1#块时将两套挂篮主纵梁拉通，并将斜拉带改成水平拉带(详见设计图)。狼牙沟大桥共有四个主墩，需配4对挂篮，分别设计2种三角挂篮，现对2套挂篮分别进行强度及扰度验算。2.2挂篮主要技术标准及参考资料2.2.1各设计参数取值⑴挂篮质量控制在浇筑梁段砼质量的0.3～0.5倍之间。⑵允许最大变形(包括吊带变形的总和)20mm。⑶施工及行走时抗倾覆安全系数2.0。⑷自锚固系统的安全系数2.0。2.2.2参考资料⑴肆桥参(2009)22611－Ⅷ。⑵《路桥施工计算手册》－人们交通出版社。⑶《简明施工计算手册》－中国建筑工业出版社。⑷《悬臂浇注预应力混凝土梁桥》－人们交通出版社。⑸本挂篮采用的设计规范有:①《铁路桥梁钢结构设计规范》(TB10002.2-2005)。②《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》(TB10002.3-2005)。③《钢结构设计规范》(GB50017-2003)。④《铁路桥涵设计基本规范》(TB10002.1-2005)。-4-2.2.3主要材料的力学指标⑴Q235(A3钢)，屈服应力235Mpa，145Mpa，许用应力{σ}=180Mpa{t}=100Mpa弹性模量52.110EMpa；⑵20CrMnTi，屈服应力850Mpa，{σ}=630Mpa弹性模量52.0610EMpa。2.3结构分析及计算参数2.3.1结构受力分析根据悬灌梁段的实际情况，挂篮分以下三种工况进行受力检算：(1)工况一：整体挂篮悬浇1#梁段强度及变形计算。(2)工况二：挂篮分离后悬浇2#梁段强度及变形计算。(3)工况三：挂篮走行时抗倾覆计算。2.3.2作用于挂篮的主要荷载参考《路桥施工计算手册》箱梁荷载取值如下:(1)浇注箱梁的重量同时考虑动力系数1.2、胀模超载系数1.05。(2)施工人员及机具重量按10t计算。(3)模板及支架重量，按实际情况取值。(4)挂篮走行时考虑冲击荷载，取冲击系数为1.3。(5)抗倾覆稳定系数2.0。2.3.3荷载组合(1)强度验算组合一：混凝土重量＋动力附加荷载＋挂篮自重＋施工人员及机具荷载+风荷载。(2)强度验算组合二：混凝土重量＋动力附加荷载＋挂篮自重＋施工人员及机具荷载+风荷载+偏载。(3)变形组合二：混凝土重量＋挂篮自重+风荷载。-5-2.4三角挂篮验算2.4.1计算模型三角挂篮一挂篮布置图见设计图。按空间结构建立挂篮浇筑砼的模型，全部采用梁单元，根据实际工况对部分单元采用了刚性连接和释放端部约束，并添加实际工况荷载。图2工况一：施工浇注1#块时强度及挠度计算模型-6-图3工况二：施工浇注2#块时强度及挠度计算模型图4工况三：走行时计算模型-7-2.4.2抗倾覆验算根据挂篮及模板结构特点，走行采用整体走行，先讲底篮固定在滑梁上，松脱后横梁后锚，用轨道压紧器更换主梁后锚，将主桁、内模骨架、外模骨架，外模模板整体走行到位，再用主梁后锚更换轨道压紧器。当外模架在滑梁上和主桁先走行到位，走行轮未更换主梁压紧器时，底模、外模和内模重量通过吊杆传到主桁前横梁。此时挂篮为倾覆为最不利最不利状态。考虑轨道锚固受力得不均匀，取后面4排后锚杆作用计算，且每个锚杆作用力以5t计算(考虑施工机具人员荷载2.5kp)倾覆力矩：5.741.842.656.46183.59YMtm（）25.5抗倾覆力矩：4(56.5555.9554.5552.75)396eMtm抗倾覆安全系数3962.162183.59eyMKM图5走行时前吊杆轴力图-8-2.4.3挂篮受力及变形计算(1)工况一：施工浇注1#块时强度及挠度计算①计算结果图图6强度验算轴力图图7强度验算剪力图-9-图8强度验算弯矩图图9组合应力图-10-②挂篮主要杆件计算成果汇总表3挂篮主要杆件计算成果汇总表杆件名称规格型号(cm)荷载组合最大弯距(KN*M)最小弯距(KN*M)轴力(KN)剪力(KN)组合应力(mpa)位移(mm)主桁前横梁2[40a组合一120.18-168.29200.6697.04-15主桁纵梁2[40a组合一2.52-157.52428.16393.81119.6-13主桁立柱2[40a组合一433.4235.52-1斜拉带2[36组合一615.855.1-8后锚杆φ32组合一2.37393.81吊杆φ32组合一269.39343.45-19底模前横梁2[40a组合一92.76-1.37138.9746.03-20底模后横梁2[40a组合一103.23-136.72234.1878.94-7底模纵梁2[32a组合一64.27-0.0643.8197.66-20底模双根纵梁2[32a组合一212.46-2.04148.98163.06-20外模滑梁2I32b走行组合127.24-10.0892.8873.51-11内模滑梁2I28a组合一108.10-57.29103.0928.14-16注：本表中所有位移均为累计竖向位移。③挂篮计算成果分析在本工况作用下，所有Q235构件应力小于175MPA,所有精轧螺纹钢构件应力小于650mpa，且整个挂篮竖向累加位移小于等于20mm，均符合设计及规范要求。(2)工况二:施工浇注2#块时强度及挠度计算因为工况二中底篮、吊杆、横梁结构与工况一，且受力较小，所以在工况二中，只对主桁架进行强度验算。①计算结果图-11-图10强度验算轴力图图11强度验算剪力图-12-图12强度验算弯矩图图13强度验算组合应力图-13-②挂篮主桁计算成果汇总表4挂篮主桁计算成果汇总杆件名称规格型号(cm)荷载组合最大弯距(KN*M)最小弯距(KN*M)轴力(KN)剪力(KN)组合应力(mpa)主桁纵梁2[40a组合一37.32-157.71426.66394.34119.62主桁立柱2[40a组合一859.9470.59斜拉带2[25组合一612.554.9后锚φ32组合一127.12165.7③挂篮计算成果分析在本工况作用下，所有Q235构件应力小于175MPA,所有精轧螺纹钢构件应力小于650mpa，均符合设计及规范要求。(3)工况三：走行时计算①计算结果图图14强度验算组合应力图②根据应力图得出，走行时最不利杆件为外滑梁，最大应力为106.72mpa,符合-14-设计及规范要求。2.4.4连接构件强度验算斜拉带钢销：钢销采用直径为10cm的钢棒，斜拉带最大轴力606.8KN。钢销能承受最大剪力：223.1410011301020606.844bbvvvdNnfkNKN，符合设计及规范要求。2.4.5结论根据建模计算得出以下结果：(1)挂篮强度可靠，符合设计及规范要求。(2)挂篮主桁变形小于20mm，符合要求。(3)为增加安全系数，分别在梁中线处增加前吊杆、后吊杆。2.5三角挂篮二验算2.5.1计算模型三角挂篮二挂篮布置图见设计图。按空间结构建立挂篮浇筑砼的模型，全部采用梁单元，根据实际工况对部分单元采用了刚性连接和释放端部约束，并添加实际工况荷载。图15工况一：施工浇注1#块时强度及挠度计算模型-15-图16工况二：施工浇注2#块时强度及挠度计算模型图17工况三、走行时计算模型-16-2.5.2抗倾覆验算据该挂篮走行特点，先将底篮锚固在外滑梁上，外模架在滑梁上和主桁先走行到位，用主梁压紧器更换走行压轮，待钢筋绑扎和波纹管定位完成，再将内模架和内模板走行到位。当外模架在滑梁上和主桁先走行到位，走行轮未更换主梁压紧器时，底模、外模和内模重量通过吊杆传到主桁前横梁。此时挂篮为倾覆为最不利最不利状态。(考虑施工机具人员荷载10吨)倾覆力矩：1914325.32480.4YMkNm抗倾覆力矩：2170428410005.07282.8eMkNm抗倾覆安全系数7282.82.9422480.4eyMKM倾覆时吊杆拉力(kN)：其中中间两根吊杆42.83Kn两边两根吊杆190.51kN2.5.3挂篮受力及变形计算(1)工况一：施工浇注1#块时强度及挠度计算①计算结果图-17-图18强度验算轴力图图19强度验算剪力图-18-图20强度验算弯矩图图21组合应力图-19-②挂篮主要杆件计算成果汇总表5挂篮主要杆件计算成果汇总表杆件名称规格型号(cm)荷载组合最大弯矩(kN*m)最小弯矩(kN*m)轴力(kN)剪力(kN)组合应力(mp)位移(mm)主桁架前横粱2Ⅰ45