菱形掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)研究

韋化

摘要：文章以合蕪高速聯(lián)絡(luò)線工程項(xiàng)目跨裕溪河大橋掛籃懸臂施工工程為例，從菱形掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工實(shí)踐角度，簡(jiǎn)述掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工技術(shù)。

關(guān)鍵詞：菱形掛籃；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；施工

1 工程概況

合蕪高速聯(lián)絡(luò)線工程跨裕溪河大橋連續(xù)梁主跨為55+93+83+55m，主梁采用雙幅單箱三室波形鋼腹板箱梁，箱梁頂寬21.25m，翼緣板寬3.25m，根部梁高4.9m，懸澆段腹板為波形鋼腹板，底板厚度為25cm～70cm，懸澆段頂板厚度28cm。

箱梁0#塊在托（支）架上施工，梁段總長(zhǎng)12.2m，邊跨、中跨合攏段長(zhǎng)為3.2m；掛籃懸臂澆筑箱梁1#～5#塊段長(zhǎng)3.2m，6#～10#塊段長(zhǎng)4.8m，箱梁懸臂澆注采用菱形掛籃進(jìn)行施工，懸臂澆筑的箱梁中最重塊段為7#塊、最長(zhǎng)的也為7#塊，重量為217.1t。

2 掛籃設(shè)計(jì)參數(shù)

掛籃采用菱形掛籃形 式，掛籃由主桁系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、吊掛系統(tǒng)、平臺(tái)及防護(hù)系統(tǒng)、模板系統(tǒng)等部分組成。

（1）主桁系統(tǒng)

①桿件A1、A2、A3、A4、A5由2[32a槽鋼組焊而成。

②橫聯(lián)由2[14a及[10組成。

③后錨平聯(lián)采用2[14a及[20a。

（2）底籃系統(tǒng)

①前下橫梁采用2HN400×200組合加工而成，后下橫梁采用2HN600×200組合加工而成，上橫梁采用2HN600×200組合加工而成。

②縱梁采用單根HN300×150型鋼。

（3）懸吊系統(tǒng)

①前吊帶及后邊吊帶均采用120×40mm（Q345）鋼板。

②滑梁吊桿采用？32mm高強(qiáng)精軋螺紋鋼筋。

（4）錨固系統(tǒng)

錨固系統(tǒng)設(shè)在2榀主桁架的后節(jié)點(diǎn)上，共4組，每組錨固系統(tǒng)包括2根后錨上扁擔(dān)梁、4根后錨桿。

（5）行走系統(tǒng)

走行系統(tǒng)包括墊梁、軌道、前支座、后支座、內(nèi)外走行梁、滾輪架、牽引設(shè)備。掛籃走行由4臺(tái)YCL60型千斤頂牽引主桁架并帶動(dòng)底模平臺(tái)和外側(cè)模一同前移就位。

（6）防護(hù)系統(tǒng)

防護(hù)系統(tǒng)用于施工時(shí)人員操作上下通道，包括前上橫梁操作平臺(tái)、底籃通道平臺(tái)、上下通道等。

3 掛籃檢算簡(jiǎn)述

（1）查閱規(guī)范收集可變荷載標(biāo)準(zhǔn)值參數(shù)，計(jì)算梁段重量、掛籃及模板重量。

將箱梁斷面進(jìn)行分割，按上述圖表為例計(jì)算節(jié)段前后位置各斷面區(qū)域線荷載，此處僅為示例。

（2）查閱結(jié)構(gòu)材料鋼材、精軋螺紋鋼等承載能力設(shè)計(jì)值，查閱《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》掛籃允許變形值不超過20mm，掛籃與懸燒梁段混凝土的重量比不寬大于 0.5，拴籃在澆筑混凝土狀態(tài)和行走時(shí)的抗傾覆安全系數(shù)、自錨部系統(tǒng)的安全系數(shù)、斜投水平限位系統(tǒng)的安全系數(shù)及上水平限位的安全系數(shù)均不應(yīng)小于 2。

（3）考慮荷載效應(yīng)組合

①承載能力極限狀態(tài)

強(qiáng)度計(jì)算：1.2×（砼重+掛籃系統(tǒng)自重）+1.4×0.75（人群機(jī)具荷載+振動(dòng)荷載）

錨固安全、抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算：R/S ≥ 2

R﹣結(jié)構(gòu)抗力組合

S﹣荷載效應(yīng)組合

②正常使用極限狀態(tài)

剛度計(jì)算：1.0×砼重+1.0×掛籃系統(tǒng)自重

（3）采用有限元分析程序MIDAS civil進(jìn)行建模計(jì)算。

（4）選擇驗(yàn)算的工況

①掛籃澆筑工況，先對(duì)最重澆筑節(jié)段進(jìn)行驗(yàn)算，同時(shí)注意由于內(nèi)外滑梁承受的彎矩不僅僅由重量控制，同時(shí)梁的錨固點(diǎn)之間的跨度影響彎矩，要同時(shí)驗(yàn)算最大彎矩時(shí)梁的強(qiáng)度和剛度。

②掛籃行走工況。

（5）驗(yàn)算主要內(nèi)容：

①掛籃主桁的強(qiáng)度，以及主桁中受壓桿件的壓桿穩(wěn)定性。

掛籃主桁的強(qiáng)度MIDAS軟件可以直接算出，查閱最不利工況最大荷載驗(yàn)算即可。壓桿穩(wěn)定性按照桿件計(jì)算長(zhǎng)度l、回轉(zhuǎn)半斤ix算得長(zhǎng)細(xì)比λx=l/ix，則根據(jù)長(zhǎng)細(xì)比λ■=■=，查鋼結(jié)構(gòu)規(guī)范表得穩(wěn)定系數(shù)φ=，驗(yàn)算σ=是否小于材料許用應(yīng)力。

②下橫梁的強(qiáng)度和剛度。

借助MIDAS軟件可以直接算出應(yīng)力、剪力及撓度，驗(yàn)算即可，例如梁內(nèi)應(yīng)力圖如下：

③前上橫梁的強(qiáng)度和剛度（后續(xù)類似計(jì)算不再贅述）。

④底模以下縱梁的強(qiáng)度和剛度（注意最重節(jié)段未必是最大彎矩工況，跟節(jié)段長(zhǎng)度也相關(guān)，應(yīng)復(fù)核后計(jì)算最大彎矩工況）。

⑤內(nèi)、外滑道梁強(qiáng)度和剛度（選取最大彎矩工況進(jìn)行驗(yàn)算）。

⑥懸吊系統(tǒng)強(qiáng)度驗(yàn)算。

⑦后錨壓梁強(qiáng)度和剛度驗(yàn)算。

⑧掛籃最大整體變形、掛籃重量驗(yàn)算。

⑨其他：軌道梁強(qiáng)度驗(yàn)算；軌道梁錨固安全系數(shù)驗(yàn)算；掛籃結(jié)構(gòu)用銷軸抗剪計(jì)算；節(jié)點(diǎn)連接用高強(qiáng)螺栓驗(yàn)算；反扣輪軸彎矩、軸孔壁局部承壓、焊縫強(qiáng)度驗(yàn)算。

4 注意事項(xiàng)

（1）掛籃檢算時(shí)澆筑工況的選擇

澆筑工況首先應(yīng)選擇澆筑重量最大節(jié)段進(jìn)行驗(yàn)算；其次內(nèi)外滑梁和底縱梁應(yīng)選擇梁內(nèi)彎矩最大工況要進(jìn)行驗(yàn)算，因彎矩不僅跟荷載大小有關(guān)還跟梁的跨度有關(guān)，應(yīng)將跨度和重量較大的節(jié)段一起進(jìn)行計(jì)算比較。

（2）掛籃反扣輪系統(tǒng)驗(yàn)算

此處容易被忽略，由于掛籃行走過程中，整個(gè)掛籃傾覆荷載全部由反扣輪承受，且為動(dòng)荷載，另外行走過程中各細(xì)部結(jié)構(gòu)接觸面的摩擦力難以模擬計(jì)算，掛籃行走時(shí)多榀主桁的非100%同步性也會(huì)使掛籃產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)有的反扣輪設(shè)計(jì)薄弱，施工中反扣輪向兩側(cè)張開，掛籃行走時(shí)有脫軌的潛在風(fēng)險(xiǎn)。所以從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)角度來說掛籃反扣輪系統(tǒng)尤為關(guān)鍵，適當(dāng)加大安全儲(chǔ)備，加強(qiáng)反扣輪系統(tǒng)鋼材結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

（3）掛籃行走軌道翼緣板撓曲變形

掛籃行走過程中，反扣輪扣在行走軌道翼緣板上，通常我們忽略了掛籃行走時(shí)反扣輪向上的動(dòng)荷載作用在軌道槽鋼的翼緣板，產(chǎn)生向上的撓度變形，而過大的撓度變形會(huì)導(dǎo)致的傾覆風(fēng)險(xiǎn)，此處需要驗(yàn)算確保安全。

（4）掛籃防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

掛籃在安裝、施工、拆除過程中，工作人員必須從主桁、中門架、前上橫梁、下橫梁等部位行走，以確保過程中的檢查和加固，所以掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到這些結(jié)構(gòu)既要滿足結(jié)構(gòu)安全，同時(shí)要能夠供工作人員提供工作面，結(jié)構(gòu)本身要能夠焊接或安裝安全防護(hù)欄桿等措施，避免掛籃設(shè)計(jì)時(shí)的閉門造車，致使現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí)操作困難，安全性差。

5 總結(jié)

掛籃懸臂澆筑施工工藝雖然已較成熟，但仍是風(fēng)險(xiǎn)較高、較為復(fù)雜的工藝，本文不求全面，僅從實(shí)踐角度出發(fā)，將工程施工過程中發(fā)現(xiàn)的問題反饋至掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的工況選擇、反扣輪重要性、軌道梁翼緣板撓曲變形問題、掛籃安全防護(hù)等幾方面闡述，供同類工程掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參考。

參考文獻(xiàn)：

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（作者單位：中鐵四局市政工程有限公司）