所属栏目：交通运输论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:345
副标题#e#【摘要】 介绍沪杭城际铁路横潦泾主桥段连续平行桁架式挂篮的构造、各部位的受力计算及在梁施工中的应用过程中的总结。
【关键词】平行 挂篮 横潦泾连续梁 施工
一、工程简介
沪杭甬客运专线横潦泾特大桥主桥位于直线上，桥梁全长421.5m，纵坡0.5%，结构布置采用75+2×135+75m预应力混凝土变截面连续箱梁形式。
箱梁采用C55预应力混凝土，单箱单室截面，根部梁高10.03m，跨中梁高5.83m，截面变高采用R=505.076m圆曲线过渡，顶板宽12m，厚0.48m，底板宽7m，厚度从1.2m~0.485m，腹板厚从0.95m~0.5m。主墩支座处隔墙厚度3m，交界墩处隔墙厚度1.95m。
节段划分：0#块长29m，悬臂节段共11段（2×4+2×4.5+7×5）。1#块节段重量为281.9t，3#块节段重量为291.1t，5#块节段重量为287.7t。
本连续梁0#节段长29米，采用支架现浇，1#～11#节均采用挂篮悬浇法施工。该挂篮由中铁大桥局股份有限公司施工设计事业部设计，但应用在如此梁高的桥梁施工中是比较罕见的。
二、平行桁架式挂篮的构造
本平形挂篮主要是由主桁、底模平台系统、前上横梁系统、外模吊挂系统、内模系统、走行系统、主桁后锚固系统组成。
1．主桁
挂篮主桁由两根主梁，通过前上横梁、前横联和中横联联结成整体。主梁由上、下弦杆均加强的标准贝雷梁片组成，贝雷片之间采用新制联结系连接成整体，主梁与前上横梁之间设有垫梁。
2．底模平台系统
底模平台系统由前、后下横梁、纵梁、底模以及底平台下吊挂系统组成。
3．前上横梁系统
前上横梁系统由前上横梁、垫梁、底平台上吊挂系统组成。
4．外模及吊挂系统
外模及吊挂系统由外导梁、外模板及支架、吊环、吊带等组成。
5．内模系统
内模系统由木模和钢管支架组成。
6．走行系统
走行系统由前、后支点、走道和压重横梁组成。
7．主桁后锚固系统
主桁后锚固系统的作用是在挂篮施工过程中为挂篮提供必要的抗倾覆力矩平衡挂篮前方浇筑混凝土后的压力，采用锚固梁及锚固精扎螺纹组成。挂篮走行时，在主桁尾端进行压重，由压重横梁和压重组成。
三、挂篮荷载分析
根据铁路桥涵设计与施工规范取得相关荷载系数，荷载系数取值如下：考虑箱梁混凝土浇注时胀膜、动力等因素的超载系数取1.05；浇注混凝土时的动力系数取1.05；挂篮空载行走时冲击系数取1.3；浇筑混凝土和挂篮行走系数时抗倾覆稳定系数取2。
作用于挂篮的荷载：箱梁混凝土荷载：浇注箱梁的最大重量为291.5t；施工机具及人群荷载2.5KPa；挂篮自重: 1178kN。
荷载组合：荷载组合Ⅰ：混凝土重量+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重；荷载组合Ⅱ：混凝土重量+挂篮自重+人群和施工机具重；荷载组合Ⅲ：挂篮自重。
荷载组合I用于挂篮主承重系统强度和稳定性计算；荷载组合Ⅱ用于刚度计算；荷载组合Ⅲ用于挂篮行走验算。
四、挂篮设计验算
（1）挂篮自重计算
挂篮恒载在各部件上的分配荷载如下：
1、底模平台纵梁及底模重量
底模平台纵梁及底模重量：8.6t+3.4t=12t。
底模平台纵梁1共10片，底模平台纵梁2共4片。
纵梁1上弦杆为2[14a，下弦杆为2[12.6，竖杆为2∠75x6，斜杆为2∠63x6，单片重657.6kg，跨度6.23m；纵梁2为[20,单片重414.7kg ，跨度6.23m；纵梁之间的连接系最大重量0.6KN。
则其自重线荷载：底板区q=6.6/6.23=1.1kN/m，腹板区q=6.6/6.23=1.1kN/m
底模总重3.4t， 面荷载：取100kg/m2。
2、底模平台前、后下横梁重量
底模平台前、后下横梁采用2I45a。
前下横梁总长11.5m，总重29.6kN,线荷载2.57kN/m。
后下横梁总长11.5m，总重29.6kN,线荷载2.57kN/m。
安全设施按0.05kN/m计算。
3、前上横梁重
上横梁采用2工56a，长9.6米，单重31.1kN。垫梁采用2[40c，单重7.1kN。
吊挂重：
外导梁吊点，每#p#副标题#e#点2.73kN。
底平台前吊点，每点8.52kN。
4、挂篮主桁重量
挂篮主桁重：453kN
自重线荷载：25.2kN/m
后锚固系统：17.1kN
压重及横梁:300kN
6、外导梁重量
外导梁长12.15m采用焊接箱梁，单根重26.0KN，共两组。其线荷载：2.14kN/m，考虑其他荷载线荷载采用2.8kN/m。
7、内外模重：
外模重：88.1kN；支架：35.7kN。
内模及支架重约100kN，外侧模及支架(两块)123.8kN(其中每侧支架17.9kN，外侧模44kN)，堵头模板约为12kN
（2）箱梁混凝土荷载计算
（3）挂篮底模纵向桁架计算分析
3.1底模纵梁荷载计算
挂篮底模平台纵梁采用全焊接型钢桁架，单个挂篮共10道纵梁1和4道纵梁2，其中腹板区桁架2×3道纵梁1(间距300mm)、底板区4道纵梁1 (间距1400mm)，纵梁2为2×2片(间距750mm)；计算时根据箱梁各区荷载分布表，找出最不利的纵梁进行验算。最不利块件混凝土荷载分布见：“表-2”。 
3.2底模纵梁内力计算
根据“表-2”中的荷载对纵梁荷载进行计算得知，1#、3#、5#节段纵梁荷载最大，所以安全验算取1#、3#、5#节段进行计算，其余桁架只需计算出支点反力就可。
计算时考虑超载系数1.05，浇注混凝土时的动力系数1.05。施工1#块时，底模纵梁内力及变形最大，腹板区荷载为77.1×1.05×1.05=85.0kN，底板区荷载为52.5×1.05×1.05=57.9kN。
经sap2000，计算应力133.8MPa，计算竖向挠度5.5mm。
最大应力σmax=133.8Mpa<170Mpa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=5.5mm,挠跨比5.5/6230=1/1132<1/500，满足要求。
上弦杆为压杆，2[14a截面积A=3645mm2，W=158447mm3，截面回转半径 =55.2mm， =28.7mm，计算长度为1050mm，长细比 =1050/55.2=19.1， =1050/28.7=36.6查表可知稳定系数 =0.973， =0.912。最大轴力N=303.1kN，弯矩为8.1kN-m，则：平面内的稳定性
最大应力σmax=131.3Mpa<170Mpa，满足要求。
3.3纵梁支反力
1#，3#和5#节段纵梁支反力见：“表-3” 
（4）前、后下横梁
前、后下横梁采用型钢梁2I45a，总长11.5米。
4.1混凝土浇注工况
根据实际吊点布置分别对前、后下横梁进行计算。
1、前下横梁计算
5#节段，前下横梁内力及变形计算结果见：
由sap2000计算可知，计算应力54.0MPa，计算竖向挠度1.1mm。
最大应力σmax=54.0MPa<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=1.1mm，挠跨比= = <1/500，满足要求。
2、后下横梁计算
由sap2000可知，计算应力57.4MPa，计算竖向挠度1.2mm。
最大应力σmax=57.4MPa<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=1.2mm,挠跨比= = <1/500，满足要求。
4.2下横梁走行工况
底平台走行时，荷载包括底模平台、底模，由前后下横梁共同承受，计算时考虑挂篮空载行走时冲击系数取1.3。由sap2000计算挂篮走行时，前、后下横梁内力及变形计算结果可知：
计算应力21.9MPa，计算竖向挠度3.0mm。
最大应力σmax=21.9Mpa<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=3.0mm，挠跨比= = <1/500，满足要求。
4.3吊带拉力
在各工况下，前、后吊带的拉力见：“表-4”
吊带1和吊带2均采用2×200×16钢板，外导梁吊带采用160×20钢板，材质均为Q345B，吊带净截面应力及毛截面变形计算结果见：“表-5” 
（5）、外模及其吊挂系统
5.1外模支架
外模及支架倒用0#块外侧模，面板为6mm，加劲肋采用63×6等肢角钢。外模支架采用［10［8和∠75×50焊接成桁片，顺桥向间距为1200mm。按1200mm宽外模进行平面计算，混凝土侧压荷载按50kN/m2考虑，计算考虑超载系数1.05，浇注混凝土时的动力系数1.05，则#p#副标题#e#线荷载为50×1.2×1.05×1.05=66.2kN/m。由sap2000计算可知：
计算应力105.2MPa，计算变形0.91mm。
最大应力σmax=105.2MPa<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=0.91mm，挠跨比= = ，满足要求。
5.2 外导梁
1、混凝土浇筑工况
砼施工5#时外导梁受力最大。外导梁自重2598kg，q=2.14kN/m；计算按每侧翼缘及模板重由外导梁承受考虑，外导梁承受外侧模重量为
q=10×(17.626+7.137)/4=61.9kN，
外导梁承受箱梁翼缘砼重量q2=1.32×26.5=35.0kN/m。
计算考虑超载系数1.05，浇注混凝土时的动力系数1.05，外导梁承受箱梁翼缘砼重量q2=1.32×26.5×1.05×1.05=38.6kN/m。
由sap2000计算可知：
计算应力57.3MPa，计算竖向挠度4.24mm。
最大应力σmax=57.3<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=4.24mm，挠跨比= = < ，满足要求。
支反力R后=150.9kN，R前=142.5kN。
2、挂篮走行工况
挂篮走行时，外导梁承受侧模重量。当挂篮走行5m至下一阶段施工位置，移动侧模至外导梁中点时，受力最不利。
计算应力98.2MPa，计算竖向挠度20.48mm。
最大应力σmax=98.2Mpa<170MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=20.48mm，挠跨比= = <1/500，满足要求。
支反力R后=112.7kN，R前=119.4kN。
（6）前上横梁计算
挂篮前上横梁全长9.6m，采用2I56a，计算如下：
6.1混凝土浇注工况
根据实际吊点布置对前上横梁进行计算。前上横梁所受荷载为前下横梁和外导梁对前侧吊带的拉力。由sap2000计算可知：
计算最大正应力 =128.9Mpa， =45.9Mpa，
计算竖向挠度5.5mm，计算反力Fmax=1026.1kN。
最大应力σmax= =151.4MPa<170×1.1=187MPa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=5.5mm，挠跨比= = ＜ ，满足要求。
6.2走行工况
主桁走行时，外侧模未脱模，前上横梁主要承受外导梁自重及其吊挂重量和底模平台前吊点的重量，2个外导梁前吊点，每个的荷载为：26/2+2.73=15.73kN，4个底模平台前吊点，每个的重量为：8.52kN。计算考虑冲击系数1.3。
sap2000计算可知：
计算应力12.4MPa，计算竖向挠度1.0mm，计算反力Fmax=67.4kN。
最大应力σmax=12.4MPa<170Mpa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=0.82mm，挠跨比= <1/200，满足要求。
（7）垫梁计算
垫梁为2[40a上下各贴10mm厚钢板构成。
计算应力92.0MPa，计算竖向挠度0.70mm，计算反力Fmax= 1026.1kN。
最大应力σmax=92.0Mpa<170Mpa，满足要求。
最大竖向挠度；fmax= 0.70mm，挠跨比= = <1/500，满足要求。
（8）主桁计算
本挂篮设两片主桁，两片片主桁中心距5.56米，每片主桁由8片上、下弦杆均加强的贝雷片构成，分别位于两侧腹板上方，前上横梁支撑在贝雷梁上弦杆接头位置，用于底模平台及外导梁前吊挂；外导梁两根，承受翼缘和外模的重量。内模支架采用碗扣式钢管，模板采用木模散拼，由现场根据实际情况自行设置。本桥最大悬浇节段重量2911kN（其中，1#块长4m，重2819kN；3#块长4.5m，重2911kN，5#块长5m，重2877kN，由此特点，悬浇施工挂篮，挂篮采用外侧模包底模形式；挂篮走行采用两次走行。
8.1整体分析
按《贝雷片手册》对一组主桁作整体分析
前支点反力Fq=2277.6kN。
主梁最大弯曲应力
(1026.1×6+453/2×4.5)×6×1000/（8×7699.1）=116.5Mpa,满足条件。
主梁最大剪力 =156.57×8=1252.6kN<[Q]=245.2×8=1961.6kN,满足条件。
8.2混凝土浇注工况
本工况，主桁主要承受底模平台、内模及导梁系统和外吊挂梁通过前上横梁传递的荷载，单片荷载1026.1/8=128.3kN。由sap2000计算贝雷桁片应力及变形结果可知：
最大组合应力189.5MPa，计算竖向挠度30.8mm。#p#副标题#e#
最大应力σmax=189.5<0.809×273=220.8Mpa，满足要求。
最大竖向挠度fmax=30.8mm，挠跨比= = >1/200，不超过5%。
前支点反力Fq=284.7kN。
后支点反力Fh=20.5kN。
后锚固上拔力Fm=130.1kN。
（9）整体稳定计算
挂篮整体稳定计算时主要考虑挂篮在混凝土浇注工况和挂篮走行工况时由于挂篮自重、施工荷载及风荷载等因素共同作用的最不利状态下，对挂篮后锚固的影响。
9.1混凝土浇注工况挂篮稳定系数计算
主桁在施工5#节段时，单片后锚固反力最大，为1040.8kN，后锚筋最大可提供
6×540×0.8=2592kN，据此可知挂篮在灌注砼时可满足倾覆稳定系数K＞2，满足要求。
9.2挂篮空载走行稳定系数计算
挂篮空载走行时，引起主桁倾覆的荷载包括：前上横梁传递的荷载
2×67.4=134.8kN，其对前支点的倾覆力矩为：
=6×134.8=808.8kN•m
横联对前支点的倾覆不平衡力矩为： =7.5×9=67.5kN•m
压重提供的倾覆力矩：
=300×8.17=2451kN•m
综上，挂篮走行倾覆稳定系数为：K= / =2.8>2，满足要求。
经过计算挂篮各部件受力及变形均满足要求，整体稳定性均满足要求。
五、应用挂篮进行悬浇施工的主要体会
（1）优点
平行挂篮取材较为方面，主要构件组成均能从施工材料直接获得，由此而带来在加工、运输、拼装、移动、拆除等方面的省力，进而达到节省资金的目的。总之，应用该挂篮施工可有较大的经济回报。
平行挂篮克服了以往三角挂篮、菱形挂篮的复杂计算，构件受力十分明确，一次走行均能控制在3小时之内。在本桥施工中的安全系数达到了2.0，各类技术指标参数能及时验算，对工序检查也十分便利。加载后的实际弹性变形与理论计算值相差不大，实际施工过程中变形值控制在15mm之内，完全能保证桥梁的有效线形控制。
（2）缺点及建议修改措施
平行挂篮侧模拉杆设置数量偏多且每次需要重新调整，拉杆孔眼较多，不利于外观质量的控制。
平行挂篮不能为挂篮横向纠偏无有力措施。
参考文献
[1]横潦泾特大桥主梁设计图（供咨询）
[2]《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2－2005）
[3] 江正荣.《简明施工计算手则》 2006版