牵索式挂篮结构设计

1、牵索式挂篮结构设计一、工程概况某大桥是位于国道主干线丹拉（丹东 - 拉萨）支线高速公路上、 横跨某的一座双塔双索面预应力混凝土特大型斜拉桥，主桥全长 668 米，跨径布置为： 152m+364m+152。m主梁为预应力混凝土双肋板式结 构，通过桥面板及横隔梁连接形成整体，梁高 2 米，翼板厚 32 厘米， 横隔板厚 35cm，横隔梁标准间距 6.8 米，厚 35 厘米。标准断面如下 图所示：二、主要荷载分析：1 、主梁节段重量：主梁施工节段形式为： 0#块，长 20m；1#、1#块长 6.8m，采 用支架现浇；主跨 2#24#块、边跨 2#19 #块为标准节段，长 6.8m，采用牵索式挂篮悬臂

2、浇筑；主跨 25#块，长 7.8m，为加长悬 臂浇筑段；边跨 20#25#块，共计 10.6m 长，为支架现浇段。 6.8m 标准节段砼体积为 135m3，重 338t ；7.8m 加长段砼体积为 150m3，重 375t2、施工荷载重量 主要包括模板系统重量、施工机械设备重量、操作人员重量等。3、挂篮自重 根据挂篮结构所采用的材料、 结构形式计算出挂篮的自重。 同时 考虑到满足挂篮所吊挂的持力主梁的受力要求， 挂篮结构重量拟控制 在施工节段重量的 0.42 倍以内。4、风荷载 在大风天气进行施工时， 必须保持挂篮结构和位置的稳定性， 考 虑最大风力情况下挂篮的固结措施， 从结构设计上满足挂篮

3、抵抗风荷 载的要求。挂篮结构设计必须满足支持标准节段和加长节段施工的受力要 求和技术要求， 同时考虑到挂篮空载行走、 浇筑前挂索张拉等特殊工 况的受力特点，拟定出科学、安全、经济、便利施工的方案。三、挂篮主体结构设计：1 、主体构造：A、承重系统：包括前、中、后横梁及牵索纵梁。B、模板系统：由底模、外侧模、内侧模及横隔板模板组成，本方案 采用顶模垂直下落、侧模翻转折叠式模板系统。C、牵索系统：由弧形梁、牵引杆、垫块及千斤顶组成。D、锚固系统：包括后锚杆、吊带、水平止推支座等。E、升降系统：中横梁吊带，后横梁顶推装置，挂钩辅助升降千斤顶。F、行走系统：由 C形挂钩、行走滚轮、走道梁、牵拉精轧螺纹

4、钢筋 及穿心式千斤顶组成。2、主要材料：主要承重部位材料均采用 16Mn钢，由于挂篮属于临时施工设备， 此钢材容许应力可达到： =230 Mpa =130 Mpa销轴采用 40Cr 合金结构钢，轴承采用粉沫冶金轴承，以保证关 键部位在组合应力作用状态下的结构可靠性。容许应力可达到： =530 Mpa =306 Mpa3、关键部位：（1）弧形梁为受力复杂区域，本方案严格按照牵索的空间方位 确定弧形梁的空间造型，加工时应严格保证弧形梁空间尺寸的精确 性。并采用有效的构造措施保证弧形梁与牵索纵梁合理传力。（2）前横梁采用箱形变截面结构形式，主箱体上立钢桁架结合 钢板。加工时要使两箱体有效结合传力，实

5、现前横梁的设计构思。（3）预应力拉杆为控制前横梁挠度变形的调节设施，加工时必 须保证传力钢臂与前横梁端头的有效结合。（4）行走挂钩兼做为施工承重吊挂系统， 施工中既要承受静载， 又需承受动载作用。 加工时必须从构造上保证挂钩的稳定性。 挂钩与 牵索纵梁、中横梁之间应作为空间刚性节点处理。（5）中横梁、后横梁与牵索纵梁的结合部位要设置截面过渡肋 板，保证梁体间的有效结合四、挂篮结构部位分析：1 、前横梁(1) 结构形式：前横梁计算尺寸图截面数据表前横梁采用箱形加 上立加强钢板截面形式， 并以型钢桁架作为加强 形成整体。箱内设置六道 纵向加强肋板。 上立钢板 同时作为横隔板前外侧 模板，外侧用 8

6、#角钢截材质16Mn组成2 12800；6 12100；2 12 1576182000面积882.24cm2(未计桁架)惯性矩I x=8628123cm4I y=590284 cm4面积矩Sx=35735 cm3面桁架兼作为加强肋板。为控制跨中挠度， 在横梁下方设置 4 道精轧螺纹钢筋， 施加预应力产生反向挠度值以抵消竖向变形 (此措施作为 备用方案)。计算不考虑上立钢桁架的影响，变形数值应以加载试验 观测值为准。(2) 荷载分析：A：悬浇标准节段，前横梁荷载如下： 主梁横隔板前腹板重量： 309KN 主梁横隔板后腹板分配重量： 648.4KN 主梁横隔板重量： 594KN 前横梁自重： 18

7、3.3KN 施工荷载重量： 200KN 按均布荷载考虑，可得：q=309+648.4+594+183.3+200 29.9=64.7kN/mq=64.7kN/m强度、变形计算：Mmax=7230.3N.mf=Qmax=967.3 kNQS max=Id967.3 35735 103967.3 35735 102 =50.08 Mpa =130 Mpa 8628123 0.8 102M max=Iy=7230.3 1038628123231=193.58Mpa=230 MpaI 8628123f= 5ql =45.55mm384EI由以上计算可知， 在加长段施工时，必须对前横梁进行加强，本 方案

8、采用横梁下拉预应力的方法来控制前横梁的应力和变形。 必须计 算出预应力施加值的范围， 以变形控制计算预应力 P的施加值， 设预 应力所产生的反向挠度值为 f =f =45.55mm ，计算图示如下：29.9预应力施加值计算图求得： P1.689m=3516.86kN.m即： P=2082kN由此拟定设置 5 道 32 精轧螺纹钢筋，可满足悬浇 25#节段应3M 5909.1 103 max=y=I 8628123QS 1354.47 35735 103 max= 2Id 8628123 1.2 102=46.75 Mpa =130 Mpa和变形控制的需要。 预应力值应随节段的不同、 施工程序的

9、进展而进行调节。预应力平衡后强度校核：231=158.2Mpa=230 Mpa2、中横梁及吊带(1) 结构形式：截面数据表材质16Mn组成2 10 7002 10 1380面积2531.2cm2惯性矩I x=1308951cm4I y=410379cm4面积矩Sx=11718cm3(2) 结构计算： 悬浇 25#块时的结构计算荷载分布：a、主梁横隔板后腹板分配重量： 558.7KNb、普通纵梁的分配重量： 62KNc、牵索纵梁传递的施工荷载重量： 323.68kN/ 端d、中横梁自重： 122.33KN计算图示如下：求得： M1=420.78kN.mQ 1=323.68kNR2.3 1 12.

10、65R212.652.3F=323.68kNF=323.68kNq=30kN/m123中横梁计算荷载图(悬浇25# 时)M2=331.74kN.m M 3=351.7kN.mR1=440 kN2=293.1 kN验算强度：M max max=Iy=18.7Mpa =230 MpaQmax S max=Id=11.33 Mpa =130 Mpa验算挠度：f 梁端 =0.04cmf 3=0.15cm 挂篮提升、下降时的结构计算 : 挂篮提升、下降时，主要以边吊带为持力结构，中吊带作为稳定 保险系统。荷载分布：a、牵索纵梁传递的挂篮重量（包括模板、支撑） ： 690.12KN/ 端b、中横梁自重：

11、122.33KNc、普通纵梁及模板、支撑分配重量： 162 KN 计算图示如下：F=690.12kN q=10.4kN/m F=690.12kN1.327.31.3中横梁计算荷载图（挂篮提升、下降时）求得： Mmax=897.15kN.mQ max=690.12kNR=832.1 kN强度、变形验算：max=M max y=39.87Mpa =230 Mpa ImaxQmaxId=24.15Mpa =130 Mpaf 梁端 =0.14cm f 中 =0.23cm 吊带结构计算：计算面积： A=79.2cm2Tmax=832.1kNmax=Tmax =105.1 Mpa =230 MpaA3、后

12、横梁及后锚杆(1) 结构形式：后横梁计算尺寸图截面数据表材质16Mn组成2 108002 121780面积2463.2cm2惯性矩I x= 882741cm4I y= 349905cm4面积矩3Sx=8882cm3(2) 结构计算 悬浇 25#块时的结构计算荷载分布：a、牵索纵梁传递的重量： 228.13 / 端b、后横梁自重： 133.22KN计算图示如下F=241.73kNq=4.6kN/mF=241.73kNR12.624.72.629.9后横梁计算荷载图(悬浇25# 时)求得： Mmax=628.5kN.mQmax=253.7kNR1=310.5kN强度、变形验算：3max= M ma

13、x y= 628.5 10 90=23.5Mpa=230 Mpa I 24096033Idmax=QmaxS=2245039.760316626.54 11002 =7.31Mpa=130 Mpa变形无需验算。 挂篮提升、下降时的结构计算荷载分布：a、牵索纵梁传递的重量： 181.8kN/ 端b、后横梁自重： 133.22KN计算图示如下：求得： Mmax=514.1kN.mQmax=68.77kNR1=115.1kN 强度、变形无需验算。 后锚杆验算： Tmax=310.5kN每侧可使用 2 根精轧螺纹钢筋作为锚杆4、牵索纵梁(1) 结构形式：.816.16.87.71.517牵索纵梁计算尺

14、寸图材质16Mn组成2 121000；2 1217768 10120面积2762.24 cm 2惯性矩4I x=3323392 cm4I y=1144066 cm4面积矩Sx=22386cm3截面数据表(2) 结构计算：悬浇 25#块时的结构计荷载分布：a、主梁边肋施工荷载重量： 811.2KN/ 侧b、前横梁传递的施工 荷载重量： 1390.5KN/ 侧c、C25索的索力：控制 T=3 T终4T=3605.5kN (T v=1802.75kN； TH=3122.46 kN)d、行走挂钩的重量： 50.75kN/ 侧e、牵索纵梁自重： 115KN/ 侧计算图示如下：R1 6.8 0.8Tv=1

15、802.75kNP1=1390.5kNP2=50.75kN25# 块）q2=104kN/mq1=6.8kN/m牵索纵梁荷载图悬浇求得： Mmax=2678.1kN.mQ max=1510.5kNR1=323.68kNR2=241.73kN强度、变形验算：M max max=Iy=32678.1 103332339290=72.5Mpa =230 MpaQmaxS 1510.5 22386 103 max= 2Id 3323392 2.4 102=42.4 Mpa =130 Mpaf max=1.825cm （ 梁前端头位置 ）挂篮提升、下降时结构计算 荷载分布：a、主梁边肋模板重量： 34kN

16、/ 侧 b、前横梁传递的挂篮及模板、支撑重量： 217.6kN/ 侧 c 、后横梁传递的挂篮重量： 66.6 kN / 侧d、行走挂钩的重量： 50.75kN/ 侧e、牵索张拉系统： 23kN/ 侧f 、牵索纵梁自重： 115kN/ 侧 计算图示如下：P3=66.6kNP2 =50.75kNP1=240.6kNq2=4.4kN/mq1=6.8kN/mR1R26.8R10.86.9 0.9 0.6176牵索纵梁荷载图（提升、下降时）求得： Mmax=1895.9kN.mQ max=337.9kNR1=690.12kNR2=-181.8kN强度、变形验算：M max 1895.9 103 max=

17、y=I 332339290=51.3Mpa =230 MpamaxQmaxId=337.9 22386 10323323392 2.4 102=9.5Mpa =130 Mpaf max=1.19cm （ 梁前端头位置 ）5、普通纵梁采用工字形截面，共设置 9 道，间距 341cm。（ 1）结构形式：截面数据表材质16Mn组成1 205682 16 300面积2156 cm2惯性矩4I x=54452 cm44I y=24692 cm4面积矩3Sx=1310cm3(2) 结构计算：前、中横梁之间部分：荷载分布：a、横隔板后腹板重量： 1207kNb、普通纵梁自重： 8.5kN/ 根 计算图示如下

18、：q=238.3kN/m5.18普通纵梁荷载图求得：M max=800kN.m Q max=617.2kN强度、变形验算：3=Mmax y= 800 103 max=y=I 54452 1125=33.4Mpa =230 Mpamax3QmaxS = 617.2 1310 103Id 54452 2 102=74.24Mpa =130 Mpaf max=0.2cm悬臂段普通纵梁荷载分布：a、横隔板前腹板重量： 700.5kNb、普通纵梁自重： 4.64kN/ 根 求得：M max=1333.4kN.m Q max=952.41kN 强度、变形验算：max=M max y=39.5Mpa =230 Mpa IQS max= QmaxS =93.5Mpa=130 Mpafmax=0.13cm6、行走挂钩(1) 结构形式：(2) 结构计算：Mmax=832.1kN0.95m=790.5kN.mQmax=832.1kN强度验算：3= M max y= 790.5 103 max=y=I材质16Mn组成2 16 14002 16618面积2565.76 cm 2惯性矩4I x=768816 cm44I y=612589 cm4面积矩3Sx=8628c