三角輕型掛籃的總體設(shè)計(jì)

1、三角輕型掛籃的總體設(shè)計(jì)周孝余 范朝雄 何富勇四川省路橋建設(shè)集團(tuán)橋梁分公司四川成都摘要：介紹綿陽(yáng)涪江四橋斜拉橋連續(xù)箱梁施工用三角輕型掛籃的設(shè)計(jì) 構(gòu)思、構(gòu)造設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)。關(guān)鍵詞 ：三角輕型、掛籃、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、有限元法、無(wú)平衡重。一、工程概況綿陽(yáng)涪江四橋主橋?yàn)?X 140m的獨(dú)塔斜拉橋，為四川省內(nèi)同類型橋梁 中第一座。主橋主梁為三角箱形斷面，體系為塔、梁、墩固結(jié)體系。預(yù)應(yīng) 力鋼筋砼箱梁箱高3.0m,箱全寬31m,兩側(cè)懸臂長(zhǎng)5.0m，箱底寬4.0m。主 梁砼為C50砼，預(yù)應(yīng)力筋為三向預(yù)應(yīng)力，主梁結(jié)構(gòu)復(fù)雜，節(jié)段長(zhǎng)達(dá) 6.0m, 自重大，每一節(jié)段重約300T。主梁除0#、1#、2#及 23#塊件采用滿堂支

2、架 施工外， 322#共 20 對(duì)塊件采用掛籃對(duì)稱懸臂澆筑施工。二、設(shè)計(jì)構(gòu)思由于本橋箱梁寬 31m 且為三角箱梁形斷面，因此掛籃設(shè)計(jì)的好壞會(huì)直 接影響到施工進(jìn)度、施工質(zhì)量。目前，掛籃已向輕型方向開(kāi)展，掛籃設(shè)計(jì)的主要控制指標(biāo)為：掛籃的 總重與塊件重量之比值 K，主承重結(jié)構(gòu)與塊件重量之比 K K值越低， 表示整個(gè)掛籃設(shè)計(jì)越合理，K/值越低，表示掛籃承重構(gòu)件越合理，使用材 料越節(jié)省。另外，減輕掛籃自重采用的手段除優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式外，最重要的 措施是不設(shè)平衡重，并改善滑移系統(tǒng)，同時(shí)改良力的傳遞系統(tǒng)。根據(jù)涪江 四橋連續(xù)箱梁的設(shè)計(jì)要求， 及其箱梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)， 具體設(shè)計(jì)構(gòu)思如下圖 1。1 、主承重結(jié)構(gòu)采用三角拉

3、桿式承重架，全部采用型鋼加工。受力部位 全部在節(jié)點(diǎn)位置，使受力明確，同時(shí)也可降低對(duì)剛度的要求。承重架間橫 向用型鋼連接以增加其穩(wěn)定性，通過(guò)自錨的形式，去除平衡重。2、改變傳統(tǒng)的底橫梁加外模形式，而采用與箱梁斷面相似的桁片結(jié)構(gòu) 作為底模、內(nèi)模、外模的承重結(jié)構(gòu)，這樣可以大大減輕掛籃的自重，增加 底模剛度，也使底模受力明確。3、米用底模與主承重架分開(kāi)行走。分兩次行走到位的方法，這樣可不 設(shè)平衡重，同時(shí)克服橋面寬，行走困難的技術(shù)難點(diǎn)，從而大大減輕掛籃自 重。4、吊錨系統(tǒng)采用高強(qiáng)度的 42CrMo S s=930Mpa S b=1080Mpa S =12% 材料，這樣可保證強(qiáng)度剛度上的要求，又可克服W級(jí)

4、精軌螺紋鋼筋的缺乏 之處，同時(shí)采用卸落架，使其錨固、撤除方便，調(diào)整簡(jiǎn)單。5、模板設(shè)計(jì)注重砼的外觀質(zhì)量，以剛度控制設(shè)計(jì)。_承重架押俺正溝圈扛底側(cè)而圖6、內(nèi)模大部份采用木板制作而成，減少用鋼量，減輕掛籃自重。7、承重架行走時(shí)，中間桿件可撤除，防止和斜拉索相互干擾。 &內(nèi)模采用鋼管腳手架。三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、主要設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求1.1、懸澆梁段長(zhǎng)6m，高3m，寬31m。1.2、掛籃承重架的最大撓度按15mm設(shè)計(jì)。1.3、掛籃底籃整體最大撓度按15mm設(shè)計(jì)。1.4、 掛籃承重架、底籃以及吊桿總變形之和最大按35mm設(shè)計(jì)1.5、吊、錨桿平安系數(shù)取4.0設(shè)計(jì)。1.6、掛籃前移采用分步行走工藝。圖22、設(shè)計(jì)荷載懸

5、臂澆筑砼結(jié)構(gòu)重量為300T,每個(gè)掛籃的結(jié)構(gòu)驗(yàn)算荷載為400T3、掛籃主要材料用量見(jiàn)表1承重架底籃主梁錨桿滑移輪系一滑移軌道表1掛籃材料用量表部位型鋼鋼板42CrMo木材鋼管合計(jì)承重架36.8T12.5T鋼材：119T木材：7.4m3底籃27.6T24.3T內(nèi)模7.4m33T滑道3.6T2T吊錨3.2T2T4T圖 2底籃行走示意圖四、掛籃結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及技術(shù)要求掛籃的根本組成局部為：掛籃承重系統(tǒng)、吊錨桿系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、底模系統(tǒng)及工作平臺(tái)系統(tǒng)和內(nèi)模系統(tǒng)組成。其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及要求如下：1、承重系統(tǒng)掛籃承重系統(tǒng)為拉桿式承重架，每個(gè)掛籃橫橋方向由4片承重架組成, 相互之間用型鋼聯(lián)結(jié)在一起，形成整體。設(shè)計(jì)時(shí)，盡

6、量讓荷載作用于節(jié)點(diǎn)處，從而減小主縱梁的彎曲，到達(dá)減小梁的截面面積，減輕掛籃的自重。 對(duì)主承重架利用平面桿系的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有限元法計(jì)算程序在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行計(jì) 算其內(nèi)力及變形結(jié)果如表 2，桿件的計(jì)算分析采用容許應(yīng)力法，桿件變 形及承重架整體變形控制在15mm以內(nèi)，其總體變形見(jiàn)表3。在承重架前移 時(shí)，可撤除部份桿件，以免擋住斜拉索。本掛籃主承重架設(shè)計(jì)輕巧，掛籃 主承重架與塊件重量之比為0.084。表2主承重架主要桿件應(yīng)力值桿件號(hào)應(yīng)力值Mpa143.32105.6371.74112.6561.1698.6758表3掛籃總體變形表單位：mm承重架底籃吊桿伸長(zhǎng)外側(cè)內(nèi)側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)外側(cè)內(nèi)側(cè)12.614.59.23.5

7、4.25.5總變形外側(cè)：26mm內(nèi)側(cè)：23.5mm2、吊錨桿系統(tǒng)掛籃吊錨桿均采用高強(qiáng)度的 42CrMo棒材設(shè)計(jì)加工而成。后吊桿及后 錨桿安裝時(shí)，必須用千斤頂對(duì)其施加一預(yù)緊力，以保證梁段接縫的平順。 施工過(guò)程中，要求所有吊錨桿均不能遇火，受撞擊，以免其發(fā)生脆斷。承 重架前吊點(diǎn)處，因節(jié)點(diǎn)受力產(chǎn)生轉(zhuǎn)角巾=0.2924 ,會(huì)引起吊桿的彎折,為減 小吊桿、掛籃系統(tǒng)存在的平安隱患，在每組吊桿處增加變形協(xié)調(diào)裝置，從 而保證了吊桿在最大荷載狀態(tài)下的豎直，經(jīng)實(shí)踐使用證明，到達(dá)了設(shè)計(jì)要求。3、行走系統(tǒng)由于橋面較寬31m,本掛籃的行走分兩局部進(jìn)行，即承重架的滑移 和底籃的滑移。其操作程序?yàn)椋簩⒌谆@下放，并錨固于已澆

8、梁段上，撤除 承重架的錨固系統(tǒng)及中間的局部連接桿件，用卷?yè)P(yáng)機(jī)同步前移承重架。承 重架前移時(shí)，其抗傾覆穩(wěn)定系數(shù) K3，不需要配重。待承重架滑移到位后， 錨固承重架，利用預(yù)埋的孔道安裝滑塊、下行走軌道鋼梁及滑移輪系，拆 除底籃的錨固系統(tǒng)，利用已就位的承重架及滑移輪系前移底籃，直到所需 位置，將其錨固于承重架上，撤除滑移輪系及軌道鋼梁，調(diào)整底籃位置和 標(biāo)高，從而完成整個(gè)掛籃的滑移。4、底籃系統(tǒng) 底籃主要由兩片橫向主桁片，六片縱向聯(lián)結(jié)桁片以及底縱梁構(gòu)成整個(gè)受力框架。橫向主桁片的外形模擬三角箱形結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣可大大減輕底 籃的重量。計(jì)算時(shí)，利用平面桿系有限元法計(jì)算程序進(jìn)行內(nèi)力及變形的計(jì) 算。并根據(jù)實(shí)際使

9、用過(guò)程中，各種不利的工作狀態(tài)，進(jìn)行桁片桿件的應(yīng)力 控制，使底籃桁片在施工過(guò)程中的任何狀態(tài)下，均能平安的運(yùn)形。經(jīng)計(jì)算， 其桿件的最大應(yīng)力為lOOMpa,桁片的整體變形，最大為兩懸臂端 11mm。 為消除此變形，在主桁片懸臂端和承重架間加一斜拉桿。底模板采用鋼板， 鋼板下用帶鋼支撐形成網(wǎng)格狀，以保證砼澆筑的外觀質(zhì)量。由于主梁箱內(nèi)結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，空間較小。內(nèi)模采用鋼管支架上鋪S12竹膠板。并在底籃前端挑出幾根角鋼鋪設(shè)木板作為施工工作平臺(tái)。5、掛籃重量本掛籃主要構(gòu)件除吊錨桿采用 42CrMo 鋼材外，其余大局部均為 Q235 鋼材。本掛籃結(jié)構(gòu)輕巧，一個(gè)掛籃承重架約為49.7T，底籃約51.9T，內(nèi)模約5T，吊錨桿9.2T，行走系統(tǒng)約6T，總重為121.8T。最大懸臂澆筑重量 為318T，兩者之比即掛籃工作利用系數(shù) 0.383,這是此掛籃的重要特點(diǎn)。五、結(jié)束語(yǔ)該掛籃平安使用了 20次，根據(jù)施工過(guò)程中各項(xiàng)數(shù)據(jù)的觀測(cè)， 均屬正常，