超宽桥面桥梁三角挂篮设计计算.docxVIP

钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊超宽桥面桥梁三角挂篮设计计算俞文龙刘永健王震(长安大学公路学院，西安710064)提要；文章以东莞梨川大桥中堂水道桥为工程背景，计算验证三角挂篮在超宽桥面桥梁施工中的安全性 及可行性，同时为同类桥梁结构的挂篮设计计算提供一定的参考。中堂水道桥主桥箱粱为单箱三室结构，桥宽31．2m，设计采用三角挂篮，挂篮由四榀三角桁架通过横联连接。通过MidasCivil建立挂篮整体有限元模型，计算分析得，挂篮整体受力合理，有较大的应力储备量；变形满足要求，挂篮整体受力安全，满足施工的要求。对挂篮进行破坏分析，挂篮的受力敏感构件为前托梁，挂篮安全荷载取567．5t。 关键词：超宽桥面；挂篮；应力；变形1．概述桥梁悬臂法施工中，挂篮是关键的施工设备。由于每座桥梁的跨度和宽度一般各不相 同，因此需针对每座桥的挂篮进行专门设计，以满足施工期间的受力和变形要求。挂篮的设计往往成为整个桥梁施工重要的影响因素Ill。在整个施工过程中，结构要经历多次的混凝土浇筑，预应力和斜拉索的张拉，结构在多次张拉中经历不同工况，受力相当复杂，因此对其进行空间应力分析十分必要。挂篮由承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走移动系统、模板系统组成。按其承重系 统的结构形式可分为平行桁架式挂篮、平弦无平衡重挂篮、三角形挂篮、菱形挂篮、弓弦式挂篮、斜拉式挂篮等。与其他形式相比，三角形挂篮主要有以下优点：①三角形挂篮与菱形挂篮相比，降低了前横梁高度，即挂篮重心位置大大降低，从而提高了挂篮走行时的 稳定性。②结构简单，拆装方便，重量较轻。设计中三角形挂篮主桁架和主要结构体系采 用钢板和型钢焊制的箱形结构，单件重量较轻，主桁架杆件间采用法兰结构用高强螺栓连 接，易于搬运和拆装。③三角形挂篮平衡重系统利用已成形梁段竖向预应力钢筋作为后锚 点，取消了平衡重的压重结构【2叫。如果桥面较宽，三角形挂篮的承重系统将由多片三角形桁架组成，桁架之间由横向杆 件连接pJ。挂篮设计计算包括承重系统、吊挂系统、锚固系统、行走移动系统、模板系统 各构件的强度、刚度和稳定性以及整体抗倾覆校核，其中承重系统的计算最为关键。挂篮 结构计算可以采用整体模型，取承重系统、吊挂系统、锚固系统和模板系统为整体研究对 象，建立三维有限元模型进行分析。这种方法无需考虑各系统之问内力的传递关系，模型 本身就包括了结构的空间效用，计算模型更符合结构实际情况。本文采用有限元软件MidasCivil对其进行整体分析，同时根据实测的应力应变、整体钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊变形值验证有限元模型的准确性，提出有限元计算时应注意的关键问题，分析结构的安全 性及实用性。2．工程背景东莞市东江梨川大桥为东莞市重点工程，跨越东江连接东莞市莞城区和高士步镇，梨川 大桥工程包括两座桥梁工程，分别为中堂水道桥和东莞水道桥。其中中堂水道桥为矮塔斜拉桥，主桥箱梁采用三跨变高度连续箱梁，跨度布置为95+168+95m。主桥上部结构采用单箱三室斜腹板断面，箱梁顶宽31．2m，底宽由17．77m变至19．57m，箱梁根部断面梁高5．2m，跨中梁高2．5m，梁底板下缘按二次抛物线变化。各悬浇箱梁除0号块外分为20对 梁段，箱梁纵向分段长度为4×3．5m+16×4m。主桥箱梁施工除0号块、1号块、边跨现浇 段在支架上浇筑完成外，其余从2号块至20号块均采用挂篮悬臂浇筑法施工。挂篮悬浇梁段的最大重量为378．3t，为5号块，混凝土总量为145．5mj。本桥采用三角挂篮，由于桥面较宽，同时箱粱结构为单箱三室结构，三角形挂篮的承 重系统设计由4片三角形桁架组成，桁架之间由横向杆件连接。三角挂篮设计为桁架式整体移动挂篮，主要由主桁承重系统、悬吊系统、锚固系统、行走系统、模板系统等部分组成(如下图1所示)。三角挂篮主承重系由主梁、格构式立柱、斜拉带组成三角架，四榀三角架由横联与前、 中横梁连接形成组合结构。主梁断面采用型钢与钢板组焊成箱形截面；格构式立柱由角钢与槽钢组焊而成；斜拉带由槽钢与钢板组焊而成；横联设计为平面桁架结构，由角钢组焊 而成；前横梁采用由钢板与型钢组焊而成的箱形截面；中横梁断面采用由槽钢组焊成箱形 截面。斜拉带与主梁和立柱采用由42CrMo制作的销子联接。挂篮主桁、前后横梁、底篮纵梁、前托梁、后托梁、悬吊纵横梁及模板等均采用Q235 组合型钢，悬吊吊带采用Q345钢，其他锚固等吊杆采用Q32精轧螺纹粗钢筋，销轴采用42CrMo、40Cr及45#钢。II—II一II1．_，0一。j：：-i一?_Llr r～’一!j．1，．图1挂篮结构图钢结构工程研究⑩《钢结构》2014增刊(2)荷载取值 挂篮结构验算考虑的主要荷载有：a)主梁混凝土容重：26kN／m3，悬臂浇筑混凝土最大重量378．3t(s抖节段)； bl挂篮