武汉绕城公路某大桥挂篮设计施工技术方案-

1.概述武汉绕城公路某合同段某大桥主桥为三跨刚构——连续梁组合体系，桥跨布置为45+80+45米。箱梁设计为两幅分离的单箱单室结构,单幅箱梁(挂篮施工段）顶宽为13.5米，底宽为7米，翼板长度为3。25米，顶板厚度为25厘米，底板厚度为27～40。9厘米,腹板厚度为35厘米，梁高（以二次抛物线变化）为2。3～4。13米。箱梁底板和顶板均设置2％的向外侧的横坡。挂篮设计与制作根据设计要求，挂篮自重及全部施工荷载重量之和应控制在60t以下，在确保承载力、刚度的情况下尽可能将挂篮轻型化.椐此挂篮设计总长为10.25米，高为3.44米，悬臂长为4。85米，锚固于已浇好的箱梁上。挂篮主要由主桁架、行走及锚固系统、吊带系统、底模平台系统、模板系统五大部分组成。挂篮型式及构造见附图，挂篮重量见挂篮材料汇总表,设计验算见计算书.2.1。挂篮主桁架系统挂篮主桁架为棱形桁架，每片桁架的上、下弦分别由N2（2[32a）、N4（2I56a）组成，前、后斜杆及立柱分别由N3（2[32a）、N1（2I36b）、N5（2I36b)组成。并由加强板、节点板、平联及前挂梁等组成空间桁架。具体见结构图1、图2.2。2.挂篮行走及锚固系统每个挂篮行走及锚固系统由δ=20mm的钢板加工的滑船、1台3t卷扬机、手拉葫芦（4个5t、4个3t、6个1t）、2个32t的螺旋千斤顶、底座、夹具、632后锚主锚杆和连接器等组成.主桁底梁前端与滑船连成一体形成前支点，将力集中传递给已浇箱梁,底梁后端通过32精轧螺纹钢筋锚固于已浇箱梁上.在挂篮行走时,先将底篮通过手拉葫芦和钢丝绳悬挂于主桁前、后挂梁上，然后解除底模与主桁之间及底模与砼之间的精轧螺纹钢筋之约束，并将翼板底模和外侧模下放于底篮平台,通过手拉葫芦下调底模，使底模与箱梁脱开，最后在挂篮主桁两前支点分别加1台32t螺旋千斤顶将主桁顶起，同时逐步松卸主桁后锚，当主桁底梁(4#杆件）与滑梁脱开后将滑梁前移到指定位置并锚固,再施加主桁与滑梁之后锚约束,千斤顶卸荷使主桁下放于滑梁上，上述工作完成后，通过操作2台5t手拉葫芦来完成挂篮行走。2.3.挂篮吊带系统挂篮吊带系统由前2［32a的挂梁、32精扎螺纹钢筋、夹具和连接器等组成。挂篮前吊带12根，均与底模之横梁（2I25a）锁接。2。4。挂篮底篮系统挂篮底篮系统由前、后下横梁（2I25a)、纵向支撑梁（I36b）、底模板（由δ=6mm钢板、[8及[14a组成大模板]和前、后操作平台等组成。底篮前端悬挂于主桁架前挂梁上,后端锚固于已浇箱梁上.见图1—2、图10-11。底篮移动采用悬挂的方式,即通过钢丝绳及手拉葫芦将底篮悬挂于主桁前、后挂梁上，使底篮与主桁同时移动.2.5。挂篮模板系统挂篮模板由箱梁底板底模、翼板底模、内顶模、对拉螺杆、箱梁腹板内、外侧模和端头模等组成。见图11—15。3.挂篮制作及安装3。1.挂篮施工工艺流程见流程图，挂篮制作完成后应及时进行进行试拼，并检测。挂篮主桁、底篮系统和侧模加工内模系统安装主桁架安装及锚固主桁前、后梁及平联梁安装底篮系统安装工作平台安装外模系统安装调试挂篮主桁、底篮系统和侧模加工内模系统安装主桁架安装及锚固主桁前、后梁及平联梁安装底篮系统安装工作平台安装外模系统安装调试3。2。挂篮制作3.2.1。制作要求a。主受力杆件均采用现场材料。b。焊缝高度hf≥8mm，焊缝质量满足规范要求。3。3.挂篮安装首先在1#块顶板上的腹板位置放出挂篮主桁架的中心线，凿出预留孔，然后吊装主桁架菱形架，将其直接置于已浇箱梁上并锚固（当挂篮施工完第一节段后，在挂篮移动前,加滑梁于主桁架4＃杆件下),安装平联梁、前挂梁、后挂梁,待挂篮主桁架安装完毕后，安装底篮系统、模板、吊带等.吊装采用15t浮吊从上、下游侧安装。底篮系统及模板安装在支架上进行，待底模和侧模拼装完成后，用5t手拉葫芦和卷扬机将其提升到位，并进行锚固，底模系统前端通过精轧螺纹钢筋悬挂于主桁前挂梁上,后端通过精轧螺纹钢筋锚固于已浇箱梁。3.4。挂篮荷载试验经过计算，挂篮桁架和模板系统在3。5m施工段和4。0m施工段的荷载出入不大,并且挂篮的竖向变形仅为9mm，各个杆件的应力相应较小，因此，挂篮的荷载试验采用在现场“堆载试验"的方法；试验荷载分三级,在加每级荷载的同时，进行测量；经过分析4。0米梁段为最不利工况，则对该梁段试验.3.4。1试验荷载的三次加载第一级荷载为：底板砼重26t；第二级荷载为：底板、腹板砼重48t；第三级荷载为：整个梁段砼重107t。3。4.2.试验监控测量监控：测量监控采用全站仪进行观测，并详细记录数据，根据数据分析挂篮的变形。3.4。3。荷载试验观测内容、成果：荷载试验仅观测挂篮主桁架整体受力情况，即整体变形量、挠度和水平方向的稳定情况；试验完毕后，提供试验成果给项目部，以便指导后续梁段的施工.3。5。挂篮施工规程节段箱梁施工完毕后，挂篮移动步骤如下：a。将底篮系统、外侧模系统和内顶模通过手拉葫芦悬挂于主桁架前、后挂梁上。b.解除前挂梁与底模、外侧模之间的精轧螺纹钢筋连接。c.解除底篮与主桁之间及底篮与砼之间的精轧螺纹钢筋之约束，并将翼板底模放置于底篮平台上。d.通过操作手拉葫芦使底篮与箱梁脱开,并保证有一定的间距.e。使用千斤顶将主桁顶起，前移滑轨并锚固。f。千斤顶卸落，使主桁下落于滑轨上并锚固.g.操作主桁前方手拉葫芦拉动主桁，使挂篮前移.h。挂篮前移到位后,进行定位、锚固。i。采用手拉葫芦提升模板，模板提升到位后，进行定位、锚固。4。挂篮设计计算书图（一）（单位：米）4.1。主桁主桁受力简图见图（一）。4。1.1。荷载4。1。1。1.待浇砼、挂篮底蓝、模板和其它施工荷载重：3.5米梁段：钢筋砼重858.71kN、施工荷载47。25kN、模板系统重232。24kN4。0米梁段:钢筋砼重796.73kN、施工荷载54.0kN、模板系统重217.47kN4.1。1.2.荷载总重：3。5米段：1138.2kN4。0米段:1068。2kN4.1.1。3。前点板荷载计算:对3.5米梁段:G=1138.2×1/2×2.15/4。65=263.1kN对4.0米梁段：G=1068.2×1/2×2.40/4。65=275。7kN经上面计算得知：4。0米梁段工况为最不利.4.1。2。菱形桁架各杆件的几何、断面特性及受力情况后锚点与前支点的间距为：4.25米前支点与前节点（前挂点)的间距为：4。45米立柱高为：3.0杆件采用的型钢：N1、N5为：2I36bN2、N3为：2［32aN4为：2I56a杆件的截面积:A1=A5=16700mm2A2=A3=9700mmA4=27050mm2各杆件受力：N1=（288.722+4092）1/2=500。6kN（拉）N2=4。45/3×275.7=409kN（拉）N3=5。367/3×275。7=493.2kN（压）N4=4。25/5。202×500。6=409kN（压）N5=3/4.25×409=288。7kN（压）RA=3/5.202×500.6=288。7kN（拉）RB=8。7/4。25×275。7=564.4kN（压）4.1。2。1。受拉杆件强度验算4。1。2.1。1.对N1进行验算：σ1=N1/A1=500。6×103/16700=30.0MPa＜［σ］=210MPa由σ1＜［σ］知杆件强度满足要求。4.1。2。1。2.对N2进行验算：σ2=N2/A2=409×103/9700=42。2MPa＜［σ]=210MPa由σ1＜［σ］知杆件强度满足要求。4。1.2.2.受压杆件稳定性验算4。1。2。2。1.对N3进行验算：由λ=Ln/iy=536.7/7。03=76。34查表得φ=0.712有σ3=N3/φA3=493×1000/(9700×0。712）=71.4MPa＜[σ］=210MPa则N3压杆稳定性满足要求。4。1。2.2.2。对N5进行验算：由λ=Ln/iy=56.56查表得φ=0。825有σ5=N5/φA5=288。7×1000/（16700×0.825)=20。95MPa＜[σ]=210MPa则N5压杆稳定性满足要求.4。1.2.3。焊缝抗剪强度验算按主桁实际受力及主桁的构造,该结构只验算N2与N3、N1与N2和N1与N4焊接处焊缝强度即可。以：=N/（0。7×Hf×Lf)焊缝抗剪强度[]=160MPaa.N1与N2焊缝强度验算=500.6×1000/(0.7×6×3670）=33.05MPa由＜［］知焊缝强度满足要求。b。N2与N3焊缝强度验算=493.2×1000/(0。7×6×2650)=44.31MPa由＜［］知焊缝强度满足要求。4.1.3。挂篮竖向变形计算挂篮竖向变形f包括主桁架和底模吊带变形的总和。4。1.3。1.挂篮竖向变形挂篮最不利工况为4.0米段箱梁砼浇筑,假定对主桁施加单位荷载G=1，则桁架的单位内力系数如下：1#杆件N1=1.7342#杆件N2=1.4833#杆件N3=1。7894#杆件N4=1。4175#杆件N5=1。05桁架杆件单位内力系数与桁架杆件内力相乘，计算桁架的竖向位移f1：f1=n×Ni×Li/EAi=［（1。734×500。6×5.202+1.05×288。7×3。0)/16700+（1。483×409.0×4。45+1。789×493。2×5。367）/13410+1。417×409.0×4。25/27050］×106/[2。1×105]=4。6吊带竖向变形f2计算.取吊带长度L为8米，吊带材料为精扎螺纹钢筋，近似取E为2.1×105MPaf2=275。7×2×8×106/（804。3×6×2.1×105）=4.4mm挂篮竖向变形f=f1+f2=9。0mm4。2。底模平台4。2.1。箱梁底板平台结构验算平台组成：底模支撑梁I36b共7根，前后下横梁2I25a。按最不利假定工况：假定I36b的4.65m跨段满跨为均布荷载，4.2.1.1。对腹板底部2I36b进行强度和刚度验算由2I36b承受的荷载有：钢筋砼产生的荷载：43.12kN/m振捣砼产生的荷载:2.2kN/m模板自重：4.86kN/m2I36b自重：1。312kN/m则2I36b承担的线荷载为:51.49kN/m（49.29kN/m)受力简图见图（二）（单位：m）。图（二）查表得2I36b：Wx=1838cm3，Ix=33060cm4由M=ql2/8=51。49×4.652/8=139。17kN。mσ=M/W=139。17×103/1838=75.72MPa＜[σ]=210MPaf=5ql4/（384EI）=5×49。29×4.654×1012/（384×2。1×10533060×104）=4。3mm＜[f]=L/1000=4。65mm知2I36b强度和刚度满足要求。4。2。1.2。对底模板中部I36b进行强度和刚度验算荷载组成：钢筋砼:10。82kN/m模板自重：1.8kN/mI36b：0。658kN/m施工荷载：2.25kN/m则I36b承受的线荷载为:15。526kN/m（13.276kN/m）查表得I36b：Wx=919cm3Ix=16530cm4由M=ql2/8=15.526×4。652/8=41.25kN/mσ=M/W=41。25×103/919=44.89MPa＜［σ]=210MPaf=5ql4/（384EI）=5×13.276×4.654×103/（384×2.1×105)=2。3mm＜［f］=L/1000=4。65mm知I36b强度和刚度满足要求.4.2。1。3前后下横梁强度和刚度验算4.2。1.3。1对前下横梁验算（4m梁段为最不利工况）计算简图见图（三）。为计算简便，假定前下横梁从A、B、C、D、E、F点断开，即各段简化为简支梁计算，此简化为最不利情况。对CD段:M=FL/4=32。05×1。96/4=15.35kN/mσ=M/W=15.35×103/803。76=19.10MPa＜[σ］=210MPaf=Fl3/48EI=32.05×1.9163×1012/(48×2.1×105×10047。08×104）=0.2mm＜［L/1000］=1。9mm因BC段与CD段跨度相同，且工况比CD段有利，故可以不进行验算。对AB段：M=Pa（2c+b）/l=60。7×0.45×（2×0.125+0.325)/0。9=17。45kN。mσ=M/W=17。45×103/803.76=21.71MPa＜［σ］=210MPaf=60.7×0.45×103[（2×0。45+0。125)×0。92—4×0.452×0。9+2×0。453—0.452×0。325—0。1253］/（6×2.1×10047.08×0。9）=0.05mm＜［L/1000]=0.9mm4。2.1.3。2.对后下横梁验算工况分析:对3。5m梁段：G1=1138。2×2。0/4.65=489.55kN对4。0m梁段:G2=1068.2×2。25/4。65=516。87kN则4.0梁段工况最不利，且在4。0m梁段对前下横梁有:G=1068。2×2.4/4。65=551。33kN由G＞G2，且后下横梁结构比前下横梁结构相应大而力的作用点又相同，故在此不需对后下横梁进行受力验算。4。3.前挂梁和吊带受力验算4.3。1。前挂梁强度验算计算简图见图(四)、(五）。查表得2［32a：Wx=949。758cm3Ix=15196。12cm4MA=MB=30.69×2。788+30.69×0.813+38。78×0.613=134。29kN。mσ=M/W=134.29×103/949。758=141。4MPa＜[σ]=210MPa跨中Mmax=69。1kN。mσ=M/W=69。61×103/949。758=73。3MPa＜[σ］=210MPa4.3.2。吊带验算吊带采用精轧螺纹钢筋32,其[σ]=750MPa根据前面计算可知吊带的最大受力F=82.62kN由σ=F/A=82。62×1000/804.3=102。7MPa＜[σ］知吊带受力满足要求.4。4.挂篮移动工况下的稳定性验算4.4。1。底篮系统之后下横梁受力验算后下横梁组成：2I36b计算长度为14m。荷载组成：模板、模板支撑系统及后下横梁自重.荷载布置见计算简图（六）后下横梁弯矩图见图（七)查表得：W=1838cm3，I=33060cm4强度验算：外荷载弯矩M1=58。28kN.m，自重荷载弯矩M2=32。15kN。mσ=M/W=90.43×1000/1838=49.2MPa＜[σ]=210MPa挠度验算:分析弯矩图图形,且按荷载布置及结构情况，可将后下横梁挠度验算简化为简支梁受均布荷载模式进行验算。有：q=7。17kN/m、f=5ql4/384EI=5×7.17×144×103/（384×2。1×33060)=52mm4.4.2.滑梁受力验算滑梁组成:2［32a加上、下加劲板.计算简图及荷载布置情况见图（八）假定A点为转动点，求主桁及模板系统重心距A点距离L.又知一套挂篮一半自重为164。91kN，各杆件及模板系统对A点产生的弯矩：M1=58.37×10.6+6×10。6+2。04×8。375+53。97×6.15+9.18×6.15+5.36×8。375+4。71×8。375+3。36×6。15+6.28×4。025+15.64×3.075=1266.15kN.m则有：主桁及模板系统重心距A点距离L=1266.15/164.91=7。68m假定B点为转动点，求挂篮移动时后锚点拉力N。N=164.91×2。08/5。6=61.25kN滑梁受力状况见计算简图(九）MA=33.08×4。6=152.17kN。m查表得结构截面特性:I=35226.4cm4，W=1910。93cm3δ=M/W=152.17×103/1910.93=79。63MPa＜［δ]=210MPaf=Pa2b2/(3EIL）=61.25×4.62×5.42×1015/(3×2.1×105×35226。4×104×10×103)=17mm滑梁翼板局部剪力：因2[32a顶部两翼板同时受力，按结构的实际情况,即2［32a顶板和底板未锚固，故翼板受力验算不考虑加劲板.槽钢截面几何特性,取截面中心线尺寸:h=32—1.4=30。6cmb=8.8-0。8/2=8。4cmyc=2.242—0.8/2=1。842cmay=3b2t/(6bt+hδ）=3×8。42×1.4/(6×8.8×1。4+30。6×0.8）=3。01cmIK=（∑biδi3)/3=(8。4×1.43×2+30.6×0.83）/3=20。59cm4Iw=(b3h2t/12)×(2hδ+3bt）/(6bt+hδ）=(8。43×30。62×1.4/1