浅谈三角形挂篮设想验算与应用

2010年度优秀科技论文（技术总结）浅谈三角形挂篮设计验算与应用第浅谈三角形挂篮设计验算与应用——暨xxx铁路专用线32+48+32m连续梁挂篮设计及应用（xxxx局集团有限公司第x工程公司xxx）内容提要：根据xxx铁路专用线xxx特大桥32+48+32m连续梁三角形挂篮的设计与加工实例，阐述了三角形挂篮在设计过程中的要点及验算方法，并通过Midas/Civil程序对结构进行空间建模分析，用以校核验算结果。最后根据现场量测数据检验计算的准确性，从而为今后的挂篮设计提供理论依据。关键词：悬灌梁挂篮设计验算1工程概况新建万利矿区xxx铁路专用线工程,是由xxx站至xxx煤炭集装站正线的新建工程和xxx站的扩建工程两部分构成的，其中xxx特大桥（51-32m+（32+48+32）m+1-32m）需上跨既有包神铁路，因此在该处设置一联32+48+32m连续梁，里程为TD2K13+174.3～TD2K13+287.7，全长112m。该连续梁采用三角形挂篮进行悬臂浇筑施工，全桥共分31个梁段，内设5道横隔墙，其中最大节段为2#梁段，重55t。梁体采用单箱单室箱形截面，箱梁顶宽4.9m，底宽4m，中支点梁高3.5m，跨中梁高2.5m，梁底曲线采用二次抛物线。顶板厚39.5cm，底板厚30~60cm，腹板厚40~60cm。梁体纵向预应力筋采用1*7-15.2-1860-GB/T5224-2003预应力钢绞线，腹板每孔为7束，顶板每孔为10束，底板每孔为12束。该桥主要难度特点是主跨跨越既有电气化铁路——包神线，因此对挂篮的安全性能及应力储备要求较高，在设计及验算时应予以充分考虑。本挂篮采用三角形挂篮，因其具有结构简单、重心低、使用方便等优点，因此广泛应用于近年来的悬灌梁施工。图1.1三角形挂篮装配示意图图1.2连续梁构造图2.挂篮设计的发展概述挂篮悬臂浇筑施工又称迪维达克施工方法。自从20世纪60年代由前西德首先使用以来，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁的一种极为有效地施工手段。日本预应力混凝土工业协会《关于预应力混凝土长大桥梁的调查研究报告》指出，1972年后建造的跨境大于100m以上的桥梁近200座，其中悬灌法施工占80%左右，挂篮作为悬灌法施工的主要设备已发展为众多种类，如平行桁架式挂篮、三角形组合梁式挂篮、弓弦式挂篮、斜拉式挂篮及三角形桁架式挂篮等。我国自80年代引进该工艺以来，也已取得了巨大的成就，其中以三角形及菱形等型钢桁架式挂篮因其结构简单、受力合理及一次移动到位等优势受到广泛欢迎。近年来在总结及优化设计方案的过程中，对降低材料成本、简化加工和操作工艺等方面提出越来越高的要求，国内对挂篮所用材料数量常用挂篮利用系数来衡量利用效率，即：挂篮利用系数=浇筑最大梁段混凝土重量/挂篮总重挂篮利用系数愈高，表示挂篮设计愈合理。早期用制式杆件组拼的桁架式挂篮因其自重大且需配压重，利用系数较小（通常小于1.0）。而近十年来使用型钢制作的桁架式挂篮由于取消了平衡重，大大减轻了自重，使其利用系数成倍上升，达到了2.5～3.0，甚至个别桥梁超过了3.0。挂篮通常包括五大体系：承重结构、悬吊系统、锚固系统、走行系统及工作平台。挂篮施工发展到今天在各大体系方面均获得了明显的改进，如：1）、主桁节点的连接方式：早期的连接方式主要是靠高强螺栓通过节点板将杆件连在一起，该方法需要大量的螺栓及连接板，浪费材料又增加了安装费用，且不能在现场加工主桁。而销轴连接在各节点仅需一根销轴且不需连接板，节约了大量材料，并使工地加工变得简单方便，同时还有效缩短了安装时间。2）锚固方式：传统的锚固方式是借助压重来实现的，不但加大了自重，同时也给操作带来较大的影响。经改良后的锚固完全通过腹板的竖向预应力钢筋将滑道固定在梁体上，灌注时将挂篮尾部利用吊杆及锚具固定于梁体预埋筋，而空载移动挂篮时则由尾部的锚轮钩板扣在轨道上提供反力，这种方式不但经济方便，而且取消配重后使挂篮的利用系数得到了有效的提高。3）吊带材料：早期的吊带一般使用16Mn钢板加工而成，由于钢板较厚，又不允许气焊切割，再加上连接用的钻孔加工均需在工厂加工，费用极高。考虑到吊带在施工过程中均处于受拉状态，且精轧螺纹钢的受拉性能极佳，又有配套的锚具及连接套筒，因此用做吊杆后取得了良好的效果。4）走行系统：由于早期挂篮自重较大，因此走行时多使用轮轴，随着挂篮自重的减轻，已更多的使用四氟乙烯滑板对钢滑道的方法进行改进，且加工操作简便，是一种较为实用的方案。3.挂篮计算及理论分析器3.1凡设计原性理亭贩3.1镰.1录悬臂梁崇段的长辈度及重夺量秩设计挂腊篮的首赴要任务骑是确定毁悬臂浇株筑的梁掩段长度吼及最大道重量重宜量，从研而确定斥挂篮的石有效工兴作长度算及主桁贝结构尺淘寸。通腿常我国陶悬灌梁反的分段多长度一慰般幅为琴3匙～条5窄m作，本桥柴悬臂梁皆段长度毒分别遭为损2顺m葵、制3贡m吨及脑3.2愈5瓦m华三种规边格（详宰见系表跪3.俭1兰）；由抹表可见帽本桥最掉重梁段悟为竞2衣#喘梁段。店因此确安定设计悟条件为千：亮1哑）、满移足怕3.2撒5旦m旋梁段的懂施工捆；宋2助）、满愧足始2昼#现梁段荷把载承重篮要求。心表巡3.1走抗鸽箱梁节贿段主要阻参数表匀节段名研称舍8巧7研6弃5竿4土3肝2垃1书0条1音’延2消’证3刃’怒4螺’次5峰’奥6插’威7阁’蹲节段长住度关（砖c村m意）图760巷200源300哭325钳325垒325屡325驶300罗800司300顿325歇325教325链325增300最200拔节段体胜积备（猛m渣³淋）帽45.贸7菜9.5摊14.杠5罢16勿17.蚕9切20巾21.傍2梳20.若8侧74.术3险20.欠8挪21.树2怒20重17.农9株16页14.粮5怨12.袋3督节段重荡量胸（卸t包）骨119公25句37.漂6货41.嘉5步46.辆4酬52奉55业54惹193碰54旺55讯52详46.跟4冷41.菠5凳37.肠6扬31.醋1蓄3.1狱.旬2劫挂篮横城断面理挂篮的纽横断面糠布置取柜决于桥毙梁的宽允度和箱描梁截面来形式。患通过确签定箱梁申的断面蔬尺寸及砍类型，须可以确给定挂篮恐模板的屡高度及捎宽度，肯并根据懂混凝土功断面的谷规格计昼算模板纠单位面硬积上所锣承受的宅压力荷杆载，从愉而为侧罗模及底虾模的强蒙度、刚挨度计算如提供数含据。通扬常全断罩面上使丰用一个采挂篮施低工即可伶，但当吊桥面宽牧度大萍于身15接m贺以上或蔬箱梁截愿面为双隔箱或多婆箱时，零为了保羡证挂篮洁施工的展灵活性增，在一挂个横断输面上可昌使用两磨组挂篮拆分别施蜜工。因胀本桥为旧单箱单耻室箱梁奋，且截座面尺寸王较小，标因此采骂用常规屈的单组逐挂篮进城行施工衣。（具俘体尺寸率见攻图辫3.螺2早）乞图念3.1兔潜箱梁横醉断面及尝模板图尘3.1同.满3娘挂篮设绪计的总基体构思氧设计挂添篮前，辣首先应乌根据现殖有资料渐及实际睡施工条栽件对挂咸篮进行决选型，斧然后对子各部件致进行验速算。所辰以选型芒的正确茶与否是弟挂篮合机理设计昼的关键晒。根据消国内外逐挂篮设落计开发颂的现有鹿水平，绸轻型挂耗篮的开陆发是主多导方向稀，总体撇构思往宏往体现目如下方包面：棍1帆）、减胁轻自重延的途径夹a泡馆、选用景受力合宇理、安拉全可靠盗、刚度模较大的惜轻型结控构作为伤主桁；脏b炼、选材饭立足于咬现有国狱内常见福的高强马轻质钢拼材，并周便于加狼工；延c猜、浇筑受砼时，访尾部充菌分利用蓄箱梁的剧竖向预钥应力筋挎作为后完锚来平信衡倾覆磨力矩用伤以取消项配重，仅从而达编到减轻强自重的挽目的，趣如习图菜3.廊2梨；蔽图唉3.2育奴挂篮后痒锚倍2皮）确保难浇筑混犯凝土质惰量莲挂篮设乔计注重像混凝土消外观质邀量，以额刚度验职算来控撞制挠度矿变形量情，从而雄有效保慈证混凝尺土外观飘平整、拼线形顺先畅。本3握）充分练考虑各钢种不利谣荷载对妻结构的昂影响。乏因挂篮绵施工多撕位于高夕空施工馒，所受薪风雪荷祖载及施殿工机具蝶荷载均都应合理鞠考虑，邮避免因枝储备应桐力不足躬而造成寒失稳发宜生。字3.1什.奏4骗主桁计嫩算险挂篮的打主桁作藏为承重仔结构，纹是重要室的验算启部位，鲜其计算弄内容主淋要包括歉：各杆泼件及锚散杆的内里力计算翼和截面鸟设计、欣挂篮的歪变形及障倾覆稳汪定计算烂。计算方应按最兵大重量肃梁段和林空载走某行两种狡工况分树别进行敢。炭荷载系资数阀依据相中关设计挣及施工妈规范，贪荷载系缩数取值税如下：森①苹考虑浇永筑混凝斧土时胀挎模等因厉素的超亭载系数唱：探1.0翅5致；额②似浇筑混馋凝土的壁冲力系诊数促：封1.后2馋；亭③用挂篮空喝载走行微时的冲俘击系数论：春1.吴3达；市④坊浇筑混怖凝土和顺挂篮走计行时的垄抗倾覆筋稳定系针数远：袄1.煤5警。兼在浇筑纽砼和空今载走行星时挂篮领主桁主忘要承受涂以下几澡种荷载膀：复①丢最大节尚段重量肿：作为未设计挂冷篮时的侨控制荷郑载；旱②网挂篮自躬重：主誓要包括借主桁架辰、悬吊驻系统、台模板系赖统、及态张拉操免作平台爱的重量远；棕③没施工机绘具及人农群荷载歪：根据碎施工中早的附着彻振捣器闻、张拉原千斤顶雹及油泵棒的数量谎和施工怕人员计搅算，该碧项荷载棒可伯按弄2.5雷kN骡/怖㎡计算贱。桑④厘动力附倦加荷载苗：考虑瑞浇筑混诸凝土时概的动力给因素和店挂篮施师工安全加的重要攀性，该爱附加荷收载主要堵考虑两稻项价：父a眨、振动薄系统产撇生的振差捣力瓣；耕b哀、梁段扯本身在贯振动中校的动力使影响，斥参照混次凝土浇异筑时的析动力系箱数暮为河1.件2居，则动绞力影讯响父=0.坟2感×未梁段混谜凝土重蔬。救⑤手冲击附由加荷载雨：主要林考虑挂做篮空载领行走时妇的冲击佣影响，亮依据挂准篮空载右走行时纲的冲击刺系数古为许1.驻3捎，则冲填击附加器荷街载乖=0.探3撤×膜挂篮自绘重。骄⑥计风荷载奔：眼在毕6辉级及以昂上大风养条件下仍，很难非保证施疏工质量浇，因此嫩一般在灯大风情帖况下需喜停止挂偏篮施工程。左荷载组裳合镇根据以竟上各施肃工阶段节的验算茄内容和区荷载情辈况，荷吧载组合方如下：奶荷载组车合靠Ⅰ复：混凝浓土重员量困+远动力附田加荷载针＋挂篮川自展重烛+酬施工机根具和人芽群重；兽荷载组膀合结Ⅱ畜：混凝膛土重价量棒+床挂篮自版重王+队施工机点具和人伐群重；西荷载组扣合略Ⅲ悔：混凝标土重圾量鼠+最挂篮自亲重发+友风载；岸荷载组晌合负Ⅳ蔑：混凝续土重宏量垒+洽挂篮自剧重纺+隔施工机佣具和人草群重；画荷载组拘合甚Ⅴ不：混凝掀土重匙量链+撞冲击附核加荷载笼；百结构计交算色因三角迟桁架式旦挂篮的优结构受急力相对搬简单，馋因此通兆常假定妥主桁架另两榀桁线架承担缸的荷载点相同，组于是可出将空间振结构简鼻化为平转面结构带进行计荡算。（都如滋图钻3.兽3象）排图丛3.3扎瞎结构体递系简化江结构简南化后，槽根据不辉同工况凳下的荷齐载组合祥对结构裳进行计亚算：盘杆件受砖力计算针因浇筑降混凝土修时挂篮赚后锚已家锚固在努梁体上宰，故此捕可按最倡大荷载势直接对饶挂篮进竹行平面产结构计察算。计财算荷载扯按荷载板组奖合映Ⅰ团～驼Ⅲ财考虑。安挂篮变赴形及挠旷度计算凶由于节寇点采用判销轴连睁接，故兴各杆件露只受轴识力作用艘，因此你可利用暑虚功原畜理法计权算桁架侧结构的绑整体矿变形，泪用以确颠定挂篮鬼在最大年荷载作搜用下前断端的挠奉度变化悦值，为馋悬臂施膏工时挂悉篮前端作预留的厌下沉量岭提供依激据。计筑算时可匠按荷载病组祖合忧Ⅳ琴考虑。透抗倾覆谁计算宫挂篮在芳空载走洲行过程伯中由于游中支点放仅受向偷上的支习反力，矩整体结胖构全部肌依靠尾馅部的锚详轮钩板椅抵抗倾临覆弯矩淋，因此饥需验算流锚轮钩屠板上锚牺轮的抗亏剪力是品否满足猎安全系谢数。使咐用荷载许组岁合旬Ⅴ知进行验锁算。讨计算完贷毕后，青可利用苗结构分皇析软求件指Mid漠as凉/Ci形vi涝l敞进行建伪模分析放，对成洁果进行奸检算。则此外，私还可利蛙用挂篮页加载试妻验等方伟法对计右算数据希进行校障核。昆3惕．荡2斩实例验责算令图漫3.4皇劲挂篮正鸟立面图友本挂篮营主桁由杂两俩片纹36c公m窗槽钢组养焊而成火，槽钢析的截面功由分析竹计算确妥定。横冷向连系集梁采用蜻上下两尼道池双呈[3量0易槽钢作听为内横裙梁将两顷榀主桁搂稳固连艇接。考泡虑本桥节挂篮重慨量较轻右，在设呢计走行优系统方描面为降夜低成本股未设计壳液压装巾置，而曾是采归用靠10姿t永倒链作解为牵引舱装置，顿走行轨鼠道为两棉根项22c肯m配工字钢暴组焊而呈成，通门过预埋肃在梁体营内的房∅榴2交5拨精轧螺鱼纹钢锚千固于梁岩体，模恋板提升趟装置采稼用操作案方便的币螺旋式方机械千偶斤顶，兆吊杆系狠统均采巧用始∅乱2赤5乌精轧螺袍纹钢，颈操作极迷为方便市。挂篮坏外侧模房及底模驶采哄用马5m抵m释钢板配盘以型钢某背肋加礼固，加忽固方式疯由常规慈模板强盆度计算坝确定，族不再赘价述。内结模由组贫合钢模老拼装并辫落于内耀模滑梁搞上，待椅挂篮前幻移就位器后由内泰箱抽出游就位，吐而外模尖及底模养则通过驱吊杆跟戚随主桁报架一次煤移动就志位。浇务筑混凝喷土前主逃桁每个妻后锚点惠由两根牙∅欠2换5橡精轧螺逝纹钢通片过连接攀套筒紧白固于轨岸道下方那预埋的军螺纹钢扔，而内却模、外招模及底记模的后唐吊点则浇通过箱邻梁顶板送及翼缘谈板预留铅的孔洞密由精轧促螺纹钢推锚固于码梁体。序3惧．锤2罩．鼓1粒主桁强译度计算困1皮）、杆躺件内力车计算腹图袋3.欲5寇挂篮受旁力解析棋图蹈本连续嗽梁最重婆梁段纤为缘2荷#咳梁段，竟长钓3.2草5舱m,愉混凝像土君20.蒸79失m俘³付（屯计辽55.穿045铅t竖），考免虑浇筑哪混凝土释时动力勤因素和零挂篮安誓全方面选的重要桃性，控苦制设计恳最大荷菊载届ω狼=1.厉2×5愤5.0故45冤t六=66奏t想；施工搬机具及维人群荷坝载创：颗2.5没kN生/联㎡该×4m取×3.对25m煮=32泳.5k姨N街；挂篮仆自附重听20洲t杂，按严第努Ⅰ股类荷载为组合计队算前吊坟点最大帆荷载为色：言118脉.5呢t苍，由两青榀桁架叉承重，艺故此每白榀桁架叛承亚重训59.浅25兄t售。刊图诞3.争6灶三角形渡挂篮主露桁强度指计算示且意图板a贩、计算脊杆件强赛度的前触吊点荷针载贫(怎计算单馅位为斩t)扫Σ揪MB=戴0财比被yD砌＝健59.说25×养2冷008薪÷状4贫3争00扬＝百27.眯67港(t黑)谣b奶、计算巧杆件刚而度的前训吊点荷举载更(赴计算单誓位为贡t)贱Σ熊MB=穿0摩带的yD惠＝日98.露5÷2优×20虚08÷评4租3迎00想＝刚23绵(t碰)丙c寺、计算出强度的圆杆件轴条力始(狼右图溉)斗宇隐NAB底=骑27.怖6贱7茅强度遍(茂-2.亡278扒)=起-6鸽3.0身3微(t其)岔宝品NAC芦=会27.涨67×仿1.某345泪=境37.心21陡(商t)调虫桨NAD盒=傻27.凡67×醒1.6番67=萝46.深13侦(枪t)嗽优玉NBD绕=雷27.均67×连(鄙-1.挎333约)=-手36.腥88茶(农t)庆棕都N本C袖B=辽27.耀67×捉(蔑-1.浊333惰)=-炒36功.88主(t城)嘉2榴）、材广料许用行应力：璃浊Q23滥5洒钢推：策点丹色钳[殖σ箭]倒＝狂1.7耀t走/cm里²页供[敬τ药]倡＝宿0.9积18喇t/拍cm惩²拴啄[暮σ则]jy旅＝搬2.3文5书t/c四m感²菜垄谷45#帐钢（销陪轴）恰：激译首[施σ粘]舞＝氏2.4城t甚/cm阔²秩嚷加疫蝇痛[足τ香]室＝较1.3矩t君/cm扛²鼻∅册2亡5据精轧螺梁纹钢：罩[佳σ申]丘＝设4债t/c洒m爷²辽弦搏阁伙[野τ暑]渴＝军2.4毙t周/cm骂²观3柜）、构粱件参数射杆件用坐组合截合面，材渔料为汗[3申6论b绣槽钢各料两根，荐销孔用宏30m担m掠钢板加凑强，杆材件截面摊积夕1秧21.顺8界cm牺²供。销轴程∅赠90m江m自，截面骂积嗽63.带617芝cm摔²养,拿受力形浅式为双扬面受剪租。助4刚）、灌虎筑猛4铁＃段挂谈篮杆件患应力计陶算滴(贤计算单义位为捆t肿、忘cm)遭σ悟AB晒＝锹63.们03÷披1惭21.窃8锄＝挠0.膨52育(t猎/cm搁²骂)砌＜村[鸡σ偶]=1饱.7所t/奋cm势²沉—称—撑安全赚σ舟AC菜＝纲37.熊21÷后1睡21.昼8画＝且0.统3劳(t鼠/cm腊²建)塑＜殃[旷σ经]=1复.7犯t/绘cm崖²已—夫—垒安全株σ丸AD琴＝疫46.浸13÷避1马21.叮8腐＝峡0.杰38霞(t图/cm剧²柴)匙＜委[舒σ限]=1袜.7黄t/勒cm搞²蔑—卷—锐安全依σ柳BD痛＝简36.关88÷谁1咱21.蓬8蓝＝击0.府3祸(t寿/cm散²胁)疮＜瓜[沉σ准]=1冠.7势t/圈cm笔²寇—惠—氏安全宵σ夏AB根＝佛36.歇88÷传1印21.储8酱＝北0.冈3文(t爬/cm悔²寿)娱＜罪[凉σ穴]=1谣.7刚t/锦cm肉²赛—同—特安全锹销轴滥(概A模节点、炮剪塞)锦τ鹿＝抛63.帖03÷川63.镰617礼÷皱2=0参.品5妇(t蓝/cm假²照)珠＜展[语τ垂]=0坛.91列8t检/cm剂²甜—柜—传安全散销孔宅(武A邮节点、坑挤压给)尚：饼σ膨jy对＝掌63.模03÷嫁5屠1.忘4包＝刷1.2咸3减(t酬/cm胁²纳)罚＜陡[茧σ捷]jy漏＝丧2.3流5t扇/cm拥²风—悼—凝安全克结论：扛经验算糟符合安捡全要求雨。筋3路．短2薪．粮2确挠度计哗算倾计算三赔角主桁诉的挠度恋变形不朽需考虑谊混凝土除浇筑过成程中的腊动力附提加荷载逝，因此己可按识第劳Ⅳ深类荷载鼓组合分夫析，即孩最大荷命载激=固混凝土桌重栗量辫+拦挂篮自铁重株+蜘施工机痰具及人种群荷姿载寸=53拖.77苹t菊。按虚岭功原理躁方法对迈主桁前控吊点进寿行位移秃计算，湿计算式左是乡：障Δ走k脾=颈Σ阔Np钥L/E香A陕廊稀计算结盈果见计纵算杀表证握3.2坝图壮3.7福轿霸三角形群挂篮主猛桁刚度矩计算示报意图卵表冒3.2星练主桁变歌形计算躲表谜谈计算结惯果：挂姓篮前吊妙点在对冈大荷载厘下的挠借度变化尖为幼1c页m猾。磨3棉．萄2菌．虽3摔抗倾覆佳计算窗图但3.8天料浙锚轮钩牲板示意存图政挂篮空淡载前移乞时主要望利用主洒桁后锚上轮勾住束轨道翼淘缘，实波现无平肚衡重行该走（如须图展3.便8拆），轨摄道利用菌预埋精细轧螺纹貌钢筋紧奋固在梁暂面上。鸡挂篮前详移时的菊抗倾覆种能力取斩决于竖努向筋的凳抗拉力脾和滚轮紧轴的抗恒剪力，争因此对骨二者进去行计算他（注：仔竖向筋拍为怪∅揪2齐5题精轧螺注纹钢，期轮轴为锯∅印4钥0负钢棒）植。根据卧第便Ⅴ拳类荷载却组合分收析，挂鹿篮的倾住覆力主活要来源愉于挂篮取自重及朱附加冲忌击荷载灯，因此字倾覆迁力江=先挂篮自奖重翻+屡附加冲床击荷案载斩=20枪t×1烫.3=共26甲t方。昨1剂）计算屑竖向筋公抗拉力探与锚轮夫轴抗剪串力那蹲材料参猴数：坐45谎#燃：底致博[战σ盘]丧吩＝氧240倒0鸦k砖g/c炒m²乐致[碑τ陷]掀谎＝牌130尾0跃k旧g/c江m²论逮精轧螺航纹钢芒；凳锋也σ狮b粥丰＝舞930次0旅k渠g/c辟m²基轿[蒙τ诞]坐坐＝喊240属0篮k恼g/c己m²栏竖向筋族抗拉省力费(捡两谣根沉)旦N=较930码0×2急×1.天25²晌×3.雁14=悠91.来256乞(争t)灵