菱形掛籃的設(shè)計、制作、應(yīng)用

1、 2008年度總公司科技進(jìn)步獎 菱形掛籃的設(shè)計、制作、應(yīng)用菱形掛籃的設(shè)計、制作、應(yīng)用1工程概況1.1 橋型布置巴陽2號特大橋起訖里程為K182+600K183+177，全長577m，采用雙向分離式，左右線橋凈距0.518.0m。左線橋平面部分位于直線、部分位于R=3000m的圓曲線上，橋面縱坡部分為R=9700m的凸曲線、部分為+0.5%和-2.45%雙向坡，橋面橫坡為單向2%；右線橋平面部分位于直線、部分位于R=4200m的圓曲線上，橋面縱坡部分為R=10000m的凸曲線、部分為+0.5%和-2.35%雙向坡，橋面橫坡為單向2%。本橋主跨為100+180+100m的預(yù)應(yīng)力混凝土混凝土連續(xù)剛構(gòu)

2、，左右線引橋均為4×30(云陽岸)，2×30m(萬州岸)預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁。1.2箱梁結(jié)構(gòu)巴陽2號特大橋主橋采用單箱單室變高度截面，為三向預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。箱梁頂板高12.1m，底板寬7m，外翼板懸臂長2.55m。箱梁0號段長15m(包括墩兩側(cè)各外伸2.25m)，每個“T”構(gòu)縱橋向分為20個對稱梁段，梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為5×3.5m8×4m7×4.5m，累計懸臂總長81.0m。1號20號梁段采用掛籃懸臂澆注施工，懸臂澆注梁段最大控制重量2332.5KN(未考慮施工荷載)，掛籃設(shè)計自重1000KN。全橋共有6個合攏段(兩幅橋)，分別是4

3、個邊跨合攏段和2個中跨合攏段，合攏段長度均為3m，邊跨現(xiàn)澆段長8.36m。箱梁根部斷面梁高10.5m，跨中及邊跨支架現(xiàn)澆段梁高3m(箱梁高均以腹板外側(cè)為準(zhǔn))，從中跨跨中至箱梁根部，箱高以半立方拋物線變化。從1號梁段至6號梁段腹板厚70cm，從6號梁段至13號梁段腹板厚60cm，從13號梁段至21號梁段腹板厚50cm，邊跨21梁段號至23號梁段腹板厚60cm，腹板變厚處設(shè)50cm漸變段過渡。每號梁段的腹板上設(shè)有抗剪齒口。箱梁底板厚除0號梁段為150cm外，其余梁段底板從箱梁根部截面的120cm厚漸變至跨中及邊跨合攏段截面的36cm厚。1.3預(yù)應(yīng)力束布置每個T構(gòu)懸臂澆筑段設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼束80束，其中肋

4、板束40束，頂板束40束，此外還有預(yù)備束4束。箱梁懸澆完成后，未利用的頂板預(yù)備束孔應(yīng)灌漿填塞。中跨連續(xù)底板束36束，頂板束2束；每邊跨連續(xù)底板束16束，頂板束4束。鋼束均采用OVM15系列錨具或其它合格產(chǎn)品，用配套系列千斤頂對稱張拉。箱梁腹板上設(shè)有豎向預(yù)應(yīng)力筋，采用精扎螺紋粗鋼筋，箱梁頂板上設(shè)有橫向預(yù)應(yīng)力束。2 掛籃的現(xiàn)狀分析與選型研究2.1 掛籃分類掛籃是大跨徑箱梁懸臂澆筑法施工的主要設(shè)備,在施工中受深水、高墩、峽谷及氣候等影響小，可以充分利用有限的空間，多次重復(fù)使用，容易掌握施工工藝和保證施工質(zhì)量，在施工中對節(jié)段的施工誤差可以不斷地進(jìn)行調(diào)整，從而保證懸澆施工的精度。掛籃按構(gòu)造形式可分為桁架

5、式(包括平弦無平衡重式,菱形,弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和預(yù)應(yīng)力斜拉式)、型鋼式及混合式四種；掛籃按抗傾覆方式可分為壓重式、錨固式和半壓重半錨固式三種；掛籃按走行方法可分為一次走行到位和兩次走行到位兩種；而按其移動方式可分為滾動式、滑動式和組合式三種。幾種流行的掛籃結(jié)構(gòu)的主要特點2.1.1平行桁架式掛籃平行桁架式掛籃的上部結(jié)構(gòu)一般為一等高桁梁，其受力特點是：底模平臺及側(cè)模支架所承荷重均由前后吊桿垂直傳至桁架節(jié)點和箱梁底板上，故又稱吊籃式結(jié)構(gòu)，桁架在梁頂用壓重或錨固或二者兼之來解決傾覆穩(wěn)定問題,桁架本身為受彎結(jié)構(gòu)。見圖41。圖41平行桁架式掛籃 圖42平弦無平衡重掛籃2.1.2平弦無平衡

6、重掛籃平弦無平衡重掛籃是在平行桁架式掛籃的基礎(chǔ)上，取消壓重，在主桁架上部增設(shè)前后上橫桁，根據(jù)需要沿主桁縱向滑移，并在主桁橫移時吊底模平臺及側(cè)模架。由于掛籃上部荷載作用在主桁架上的力臂減小，大大減小了傾覆力矩，故不需要平衡壓重，其主桁后端則通過梁體豎向預(yù)應(yīng)力筋錨固于主梁頂板上。見圖42。2.1.3菱形掛籃 菱形掛籃可認(rèn)為是在平行桁架式掛籃的基礎(chǔ)上簡化而來的，其上部結(jié)構(gòu)為菱形，前部伸出兩伸臂小梁，作為掛籃底模平臺和側(cè)模前移的滑道，其菱形結(jié)構(gòu)后端錨固于箱梁頂板上，無平衡壓重，而且結(jié)構(gòu)簡單，故大大減輕自身靜荷載。見圖43。圖43菱形掛籃2.1.4滑動斜拉式掛籃滑動斜拉式掛籃在力學(xué)體系方面有較大突破，其

7、上部采用斜拉體系代替梁式或桁架式結(jié)構(gòu)的受力，而由此引起的水平分力，通過上下限位裝置(或稱水平制動裝置)固定，主梁的縱向傾覆穩(wěn)定由后端錨固壓力維持。其底模平臺后端仍吊掛錨固于箱梁底板之上，見圖44。圖44滑動斜拉式掛籃2.2掛籃的選擇對現(xiàn)有掛籃的施工特點、操作工藝、用料情況等進(jìn)行了分析和研究，結(jié)合巴陽1號、2號橋的具體情況進(jìn)行了比選，參考了國內(nèi)近年來使用的掛籃，最后決定采用菱形桁架式掛籃，菱形掛籃主要有以下優(yōu)點：菱形掛籃主桁架桿減少，傳力簡潔，受力明確，錨桿及吊桿采用精軋螺紋鋼制作，成本低，加工簡單，安裝方便，易于操作。菱形掛籃主桁具有一定的通用性，能夠適合于本橋澆筑段長度有變化的特點。菱形掛籃

8、支腿高，通行方便，施工作業(yè)空間大。主桁斜拉桿截面有增大的空間，能提高掛籃的整體剛度。主桁梁加載試驗用千斤頂即可進(jìn)行，方法簡單，省時省工，又能降低試驗費用。3掛籃的設(shè)計3.1設(shè)計原則滿足鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形要求；具有可操作性，材料節(jié)?。缓奢d考慮要偏大，構(gòu)件設(shè)計尺寸要足夠，從而確保整個掛籃系統(tǒng)偏于安全。3.2設(shè)計依據(jù)3.2.1最重梁段及其基本參數(shù)根據(jù)設(shè)計圖紙?zhí)峁┑膮?shù)，最重梁段及其基本參數(shù)見表41。巴陽2號特大橋最重梁段及其基本參數(shù)表梁號重量(T)梁長度（m）高度（m）腹板厚 （cm）體積（m3）底板厚（cm）1#233.253.510.209.757089.71117.8114.36#224.84.

9、08.047.587086.46100.496.514#167.934.54.824.466064.5968.764.220#126.624.53.143.025046.5541.937.5 表41 3.2.2規(guī)范規(guī)定3.2.2.1設(shè)計方法巴陽2號特大橋掛籃的設(shè)計按照“正常使用極限狀態(tài)法”即正常使用的某項規(guī)定限值，本設(shè)計取結(jié)構(gòu)撓度20為規(guī)定限值。按正常使用極限狀態(tài)只考慮荷載短期效應(yīng)組合。3.2.2.2鋼材強(qiáng)度A3鋼：取允許應(yīng)力f=190N/mm2=190MPa E=2.06×105mMPa P=7850kg/m3 精扎螺紋鋼32 抗拉強(qiáng)度b=1000MPa, E=2.06E5MPa

10、伸長率s73.2.2.3結(jié)構(gòu)變形的規(guī)定按“有重軌的工作平臺架”，允許變形為 L/600，由于為懸臂結(jié)構(gòu)。取2L/600=L/3006000mm/30020mm， L懸臂長度；3.2.2.4受彎構(gòu)件的計算內(nèi)容強(qiáng)度M/r.W=M/1.05Wf r截面塑性發(fā)展系數(shù)1.05局部穩(wěn)定配置加勁肋解決；整體穩(wěn)定（不考慮）；3.2.2.5拉彎和壓彎構(gòu)件計算內(nèi)容強(qiáng)度： -N/An±M/Rw=-N/An±M/1.05Wf穩(wěn)定性： N/A+mxM/PW(1-0.8N/Nex)= N/A+1.0M/1.05W(1-0.8N/Nex) Nex歐拉臨界力 Nex=2EA/23.2.3設(shè)計指標(biāo)最大變形最

11、大變形量20mm掛籃重量和最重梁段比值掛籃總重量與最重梁段重量的比值n0.45構(gòu)件、節(jié)點材料強(qiáng)度符合規(guī)范要求。結(jié)構(gòu)形式和基本尺寸根據(jù)最重梁段結(jié)構(gòu)尺寸和施工需要，確定掛籃基本結(jié)構(gòu)尺寸。3.3掛籃設(shè)計中所采用的系數(shù)灌注混凝土?xí)r，梁段混凝土動力系數(shù)1.2；空載移動時掛籃動力系數(shù)1.3。灌注混凝土?xí)r的穩(wěn)定系數(shù)均大于1.5。掛籃行走時抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)大于2。容許應(yīng)力的提高系數(shù)1.31.5。結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定系數(shù)1.5。掛籃構(gòu)件具用通用性,可全部或部分周轉(zhuǎn)性使用于其他橋梁，以降低攤銷費用。4掛籃設(shè)計計算與結(jié)構(gòu)介紹4.1掛籃主桁尺寸的選擇掛籃主桁架尺寸選取原則主要基于以下四點:滿足懸臂澆筑的要求，能夠適合不同長度的澆

12、筑梁段。滿足施工工作面的要求，使施工人員有作業(yè)空間。各個桿件受力基本相等，即按等強(qiáng)度設(shè)計，這樣可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)，節(jié)約鋼材及制造費用。巴陽2號橋施工中掛籃澆筑分段長度為3.5m、4.0m、 4.5m，因此每個桿件的水平方向投影長度為6m。4.2掛籃主桁各個桿件的內(nèi)力計算4.2.1荷載的確定計算中，考慮主桁架的前支點承受荷載，為了安全考慮結(jié)構(gòu)的變形，荷載的取值采用以下原則：單片主桁架的前吊點在正常工況下承擔(dān)澆灌段梁重量的1/4，最不利工況（考慮混凝土澆筑時發(fā)生偏心）下承擔(dān)澆灌梁重的1/3。根據(jù)掛籃所澆筑梁段的重量，對荷載進(jìn)行了分類，見表42。前節(jié)點上的荷載取用100t，計算方法采用理論力學(xué)中的力平衡法

13、，計算結(jié)果如表43。掛籃所澆筑梁段主桁各個桿件承受的荷載表 表42序號梁段編號重量（t）荷載歸類1/4荷載（t）1/3荷載（t）120120.62初載30.240.2214167.93中載425636224.8重載56.274.941233.25滿載58.377.85300超載75100主桁各桿件內(nèi)力 表43桿件號N1N2N3N4N5內(nèi)力大?。╰）142.8-146.2-144.3167.8-135.34.2.2掛籃主桁桿件截面的選取設(shè)計截面時，針對每一根桿件設(shè)計不同的截面，在理論上是比較恰當(dāng)?shù)?，但在實際施工過程中，由于截面變化而帶來的制造費用要高于采用不同截面節(jié)省下的費用，因此在設(shè)計時，采用

14、相同的截面。根據(jù)前各個桿件軸力計算結(jié)果。，鋼板厚度=1625 mm時，屈服強(qiáng)度為f=325N/mm2。根據(jù)同類工程經(jīng)驗，剛度是受力主桁計算的主要控制因素，另外，為了制造方便，采用熱軋普通槽鋼型鋼。同時在兩端用20mm厚的鋼板將截面焊合，形成一個封閉性的箱形截面。主桁桿件材質(zhì)采用16Mn鋼材5.掛籃的結(jié)構(gòu)形式5.1掛籃工作示意圖根據(jù)具體施工要求，掛籃工作時的截面如圖45所示。圖45掛籃工作示意圖5.2掛籃結(jié)構(gòu)形式5.2.1掛籃組成菱形掛籃由菱形桁架、提吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)四大部分組成。5.2.2掛籃各部分構(gòu)造A、主體桁架菱形桁架是根據(jù)懸臂灌注鋼筋混凝土施工工藝要求，分析國內(nèi)各種掛籃的施工特

15、點，吸取有關(guān)掛籃的優(yōu)點，經(jīng)過研究確定的結(jié)構(gòu)型式，主桁架為兩片分別豎于箱梁腹板位置，其間用2×18槽鋼和10mm鋼板組焊成橫向平面聯(lián)接系。每片主桁架的上下弦桿、斜桿及豎桿均采用槽鋼，再用20mm鋼板組焊成箱形截面，桿端采用96mm的（45#鋼）鋼銷栓與節(jié)點箱連接。桁架前端節(jié)點箱處放置一根前橫梁，前橫梁為三角式桁架梁，由2×22槽鋼和20mm厚的鋼板組焊成上、下弦桿；2×20槽鋼和厚20mm鋼板組焊成斜桿；2×18槽鋼和厚20mm鋼板組焊接成豎桿。橫梁下弦設(shè)置8個吊點，吊起3根由240b工字鋼和厚20mm鋼板組焊成的傳力分配梁，其中中間傳力分配梁用4根直徑為

16、32mm級精軋螺紋鋼懸吊，上下用螺母連接；2根外分配梁各用2根直徑為32mm級精軋螺紋鋼懸吊。前橫梁上弦與上節(jié)點箱用鋼銷栓聯(lián)接成直角三角形，形成穩(wěn)定的聯(lián)接體系。后橫梁的上弦座在上節(jié)點箱上，下弦固定在菱形桁架豎桿上，用鋼銷栓連接，結(jié)構(gòu)截面與前橫梁相同。后橫梁下弦外側(cè)各設(shè)二個吊點（共4個吊點），4根吊桿，二個傳力分配梁，截面形式同上。傳力分配梁上設(shè)置穿心液壓自銷千斤頂14個，其中8個千斤頂用8根吊桿（直徑32mm級精軋螺紋鋼）吊起底模架；用4個穿心自錨液壓千斤頂通過4根吊桿（直徑32mm級精軋螺紋鋼）吊起外模滑移梁，用2個穿心自錨液壓千斤頂通過 2 根吊桿（ 直徑32mm級精軋螺紋鋼）吊起內(nèi)模滑移

17、梁。前后橫梁和橫向水平聯(lián)接梁起到將兩片菱形桁架連成穩(wěn)定的整體結(jié)構(gòu)的作用。B、前吊桿前吊桿的作用是將懸臂灌注的混凝土重量和模板及施工人員、機(jī)具重量傳至桁架上。前吊帶桿由直徑32mm級精軋螺紋鋼組成，調(diào)節(jié)螺母即可適應(yīng)梁段的高度變化。C、后吊桿后吊桿的作用是將掛籃承受荷載的一部分傳至箱梁底板。4根直徑32mm級精軋螺紋鋼和后傳力分配梁連接在后橫梁下弦。2個傳力分配梁和4根吊桿(直徑32mm級精軋螺紋鋼)及2個穿心自錨式液壓千斤頂承受箱梁后段荷載。D、模板箱梁前側(cè)模板采用大塊鋼模板，用10#工字鋼和10#槽鋼及6鋼板制作而成，縱向長度4500mm，在梁高范圍內(nèi)分為3塊，以便梁高變化時進(jìn)行調(diào)整。外側(cè)模支

18、撐在外模走行梁上，走行梁前端通過吊桿懸吊在桁架橫梁上，后端通過吊桿懸吊在已完成的箱梁頂板上（在澆筑頂板時設(shè)置預(yù)留孔），后吊桿與走行梁間設(shè)有后吊架，后吊架上裝有滾動軸承，掛籃行走時，外側(cè)模走行梁與外模一起沿后吊架滑行。內(nèi)模由內(nèi)模架、模板、橫豎帶及調(diào)整絲杠等組成。內(nèi)模架吊在2根內(nèi)模走行梁上，走行梁前端吊在桁架橫梁和傳力分配梁上，后端吊在已完成梁段頂板上（設(shè)置頂板預(yù)留孔），內(nèi)模架可沿走行梁滑行，模板除上下梗肋處用特制模板外，其余均采用組合鋼模板。底模由底模架和底模板組成。底模架用30#槽鋼和厚20mm鋼板作縱梁，2根30#工字鋼作前后橫梁，分別用前吊桿及后吊桿吊至桁架橫梁及箱梁底板上。為保證足夠的剛

19、度，底模采用厚8mm鋼板和20#、30#槽鋼形成整體。底模長4.5m，可滿足4 m梁段的需要，寬度比箱梁底寬少8mm，兩外邊緣固定56mm橡膠板，在澆筑砼時，外側(cè)模與底模夾緊，以防漏漿。E、走行系統(tǒng)走行系統(tǒng)分為菱形桁架走行系統(tǒng)、底模、外模走行系統(tǒng)及內(nèi)模走行系統(tǒng)四部分。菱形桁架走行系統(tǒng)，在兩片桁架下的箱梁頂面各鋪設(shè)兩根40a工字形軌道（軌道用鋼板組焊），軌道頂面放置前后支座，支座用螺栓與桁架節(jié)點箱連接。前支座沿軌道滑行，支座底部焊接不銹鋼板，走行軌道頂鋪設(shè)四氟滑板，走行時在滑板頂涂抹潤滑油，以減小摩擦系數(shù)。后支座以反扣輪的形式沿軌道頂板下緣滾動，不需加設(shè)平衡重，用兩個自錨液壓腿推進(jìn)，菱形桁架即可

20、向前移動。軌道長度按梁段劃分長度制作，分3m和4m兩種，每種3節(jié)，其中一節(jié)倒用。利用梁部豎向預(yù)應(yīng)力筋將軌道底板錨固，掛籃懸臂灌注施工時，再用6根直徑32mm精軋螺紋鋼筋將軌道下鋼枕與掛籃后節(jié)點箱錨固，使后支座反扣輪不受力。底模、外模走行系統(tǒng)：底模、外模同步走行。脫模前用導(dǎo)鏈將底模架吊在外模走行梁上，解除后吊帶，脫模后，隨桁架一起向前走行。不需另配牽引動力。內(nèi)模走行系統(tǒng)：內(nèi)模脫模后，內(nèi)模架落在內(nèi)模走行梁上，用人工推動既可將內(nèi)模架移至下一個梁段。5.3掛籃受力主桁架的受力和變形分析5.3.1掛籃受力主桁架的平面分析根據(jù)本掛籃的受力特點，在計算分析中將其簡化為平面結(jié)構(gòu)，采用平面桿件的有限元模式進(jìn)行分

21、析。桁架同澆筑模板連接的地方，采用鉸接的方式。5.3.2掛籃主桁架平面計算簡圖節(jié)點取為鉸接點基于以下考慮：實際結(jié)構(gòu)是非常復(fù)雜的，完全按照結(jié)構(gòu)的實際情況進(jìn)行力學(xué)分析是不可能的，也是不必要的，因此在計算過程中必須對實際結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，略去不太重要的細(xì)節(jié)，顯示其基本特點，對于結(jié)構(gòu)的連接，通常情況下有兩種理想情況：鉸接點和剛結(jié)點。本工程中，節(jié)點實際狀態(tài)處于剛結(jié)點與鉸接點之間，鉸接程度稍大一些。但是桿件的位移是本次掛籃施工的控制性要素，位移大小，關(guān)系到懸臂施工過程控制的成敗，同時也關(guān)系到掛籃工作的安全與否，所以計算過程中，偏于安全考慮，節(jié)點形式取為鉸接節(jié)點。圖46掛籃主桁架平面計算簡圖5.3.3掛籃受力主

22、桁架的荷載取值計算中，考慮主桁架的前支點承受荷載，為了安全考慮結(jié)構(gòu)的變形，荷載的取值采用以下原則：單片主桁架的前吊點在正常工況下承擔(dān)澆灌段梁重量的1/4，最不利工況（考慮混凝土澆筑時發(fā)生偏心）下承擔(dān)澆灌梁重的1/3。根據(jù)掛籃所澆筑梁段的重量，滿載的時候為270.7t, 超載時候為300t。5.3.4計算中的參數(shù)由于主桁架的各個桿件通過節(jié)點板，用銷釘連接起來。所以在計算中采用了桿件單元。彈性模量：；泊松比：；線膨脹系數(shù)： 5.4掛籃分析的三維有限元模型5.4.1計算假定掛籃施工時整個結(jié)構(gòu)由掛籃、待澆筑的混凝土和已澆筑的混凝土組成，整個結(jié)構(gòu)的行為具有明顯的空間性。目前看來，現(xiàn)有的分析，集中在對受力

23、主桁架的平面桁架分析上，對掛籃各個構(gòu)件的分析都是將其分離，然后對荷載進(jìn)行估計，進(jìn)而得出掛籃各個部分的受力與變形，用來指導(dǎo)設(shè)計和檢驗。掛籃的受力和變形，不僅對于掛籃自身的剛度和強(qiáng)度比較重要，而且，在剛構(gòu)橋的施工控制中，對于預(yù)拱度的設(shè)置也起非常重要的作用。所以對掛籃施工時候的結(jié)構(gòu)，進(jìn)行三維的整體性分析，非常必要和重要。對結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元分析的關(guān)鍵是對結(jié)構(gòu)作出符合實際的模型簡化。以往的掛籃分析中，往往是將混凝土截面分塊，分別施加在掛籃上。同時對施工人群荷載簡單地作用在節(jié)點上，沒有完全符合實際施工中的情況，對于具有明顯空間和整體效應(yīng)的掛籃施工時的結(jié)構(gòu)就難以體現(xiàn)實際情況了。另外，結(jié)構(gòu)的各個部分的有限單

24、元的類型、性質(zhì)及相互之間的連接等的簡化對分析結(jié)果也將產(chǎn)生很大影響。根據(jù)對掛籃設(shè)計和施工藍(lán)圖的認(rèn)真研究，其三維有限元分析模型建立如下：澆筑梁段為后張拉三向預(yù)應(yīng)力混凝土，所受內(nèi)力以壓為主，質(zhì)量占整個結(jié)構(gòu)的絕大部分。分析中采用8節(jié)點的三維塊體單元。模板在結(jié)構(gòu)中起著將混凝土的重量傳遞給掛籃的作用，質(zhì)量較小，厚度不大，分析中采用板殼單元。掛籃的前端下橫梁，后端下橫梁以及前端上橫梁，設(shè)計中采用型鋼組合截面，主要為平面變形和受力，分析中，采用二維梁單元。掛籃的后端主桁架和承重吊帶，截面變化不大，主要承擔(dān)軸向荷載，兩端采用銷結(jié)的固定方式，計算中采用三維桿件單元模擬。考慮到結(jié)構(gòu)和荷載自身具有對稱性，可僅建立結(jié)構(gòu)

25、的一半模型分析，但為了整體分析掛籃結(jié)構(gòu)的受力和變形，仍采用全模型進(jìn)行計算。有限元模型共有9449個節(jié)點，18049個單元。5.4.2荷載及荷載工況結(jié)構(gòu)上的荷載考慮有混凝土的自重（取重量最大的1號段進(jìn)行分析） 、施工的掛籃荷載以及施工中的人群荷載?？刂坪奢d工況有：荷載組合一：混凝土重量掛籃自重人群和施工機(jī)具重；荷載組合二：混凝土重量掛籃自重混凝土偏載人群和施工機(jī)具重；荷載組合三：混凝土重量動力附加荷載掛籃自重人群和施工機(jī)具重量；澆筑的混凝土梁段位于掛籃前端和后端、梁段后端進(jìn)行固結(jié)約束。5.4.3分析內(nèi)容和方法分析中對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了靜力分析，采用ANSYS有限元軟件進(jìn)行分析。分析用的力學(xué)模型及網(wǎng)格劃分

26、見掛籃有限元分析三維模型及網(wǎng)格劃分。圖47掛籃有限元分析三維模型及網(wǎng)格劃分根據(jù)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中的吊梁的允許撓度，取桁架撓度允許值為1/600，即前吊點處的下?lián)隙戎挡淮笥?6.7mm。在控制荷載工況下掛籃受力主桁架撓度計算值 表44載荷分類N1（t）N2（t）N3（t）N4（t）N5（t）掛籃下?lián)狭浚╩m）豎桿前移量（mm）1/4荷載（t）6897.8-100.2-100.4115.10-6.6-1.575.108.28-110.8-111.0127.40-7.3-1.61/3荷載（t）88129.34-132.5-132.0-152.30-8.8-210.144.-147.2-146.8169

27、.50-9.7-2.2根據(jù)以上計算結(jié)果，可以得出掛籃受力主桁架撓度符合規(guī)范要求。根據(jù)各個桿件的受力，對各個桿件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，拉桿的強(qiáng)度、壓桿的穩(wěn)定性檢核通過。5.4.4掛籃三維有限元計算結(jié)果分析5.4.4.1掛籃主桁架下?lián)戏治鰹榱嗽谟邢拊治鲋?，比較客觀地模擬混凝土澆筑時的力學(xué)狀態(tài)，在分析中對混凝土的彈性模量分別采取了：110-6E, 110-5E, 110-4E, 510-4E, 110-3E, 110-2E, 110-1E，E。掛籃主桁架下?lián)隙戎悼梢妶D掛籃主桁架前吊點下?lián)现蹬c彈性模量的關(guān)系圖。彈性模量只有原來的110-6 E時，可以認(rèn)為所計算的混凝土段處在的澆筑過程中，此時掛籃主桁架下?lián)?/p>

28、為5.1mm=16.7mm。在彈性模量在取0.1E時，計算出的變形值（3.04mm）同取E時的變形值（3.00mm）接近了。圖48掛籃主桁架前吊點下?lián)现蹬c彈性模量的關(guān)系圖混凝土梁段位于掛籃前端和后端時的前吊點下?lián)嫌嬎惴謩e為5.7mm和5.9mm，滿足剛度要求，考慮人群荷載全部集中在模板的前端以及掛籃的大部分重量集中在前吊點上時的最不利情況，下?lián)现禐?.028mm=16.7mm。5.4.4.2掛籃各個桿件的強(qiáng)度分析根據(jù)各個桿件的受力狀況，對各個桿件進(jìn)行了強(qiáng)度校核，拉桿的強(qiáng)度、壓桿的穩(wěn)定檢算以及節(jié)點板的驗算，均通過。混凝土段端部約束對計算結(jié)果的影響有限元分析中，由于對主梁的端部采用的是3個方向上鉸

29、接，與實際的約束情況沒有完全相符，因此分析了鉸接，固接以及從0號段延長真實約束。對比前吊點的位移值發(fā)現(xiàn)，結(jié)果相差不大（結(jié)果見表44）。計算中采用鉸接約束是可行的。前吊點在不同約束情況下的位移值 表45約束形式鉸接固接真實約束位移值（mm）3.13.03.05.4.4.3結(jié)論通過對掛籃的平面和三維分析，可以得出以下結(jié)論：a.菱形掛籃的主桁架設(shè)計合理，各個桿件之間受力比較均勻，有利于節(jié)約材料。b.平面和三維分析的各項結(jié)果表明，掛籃結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)均滿足相關(guān)要求。c.掛籃主桁架的前吊點的下?lián)鲜钦麄€掛籃結(jié)構(gòu)剛度的控制因素，是主梁懸臂澆筑的線性控制中重要的參數(shù)。d.平面計算模型的計算結(jié)果精度上是可靠的，相

30、對三維的分析結(jié)果，相應(yīng)數(shù)值較大，結(jié)果相對保守。在掛籃的平面計算中，必須正確估計主梁重量對掛籃主桁架的貢獻(xiàn)。e.三維有限元分析較為真實地反應(yīng)了掛籃施工時的受力和變形狀況。克服了平面桁架分析的不足，在重要工程的掛籃分析中，有必要對掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維有限元分析。6掛籃的現(xiàn)場試驗驗證為確保懸臂灌注施工安全，檢驗掛籃受力狀況，必須測定掛籃彈性及非彈性變形。在掛籃使用之前進(jìn)行荷載試驗，掛籃荷載試驗分為檢驗菱形架受力狀況的菱形架預(yù)拉試驗和檢驗掛籃整體受力狀況的等載試驗兩部分。6.1掛籃菱形架預(yù)拉試驗6.1.1試驗?zāi)康臋z驗單片菱形架最大工作荷載下的變形和整體穩(wěn)定性,并測試掛籃的主要技術(shù)參數(shù)和使用性能。 圖49掛

31、籃菱形架預(yù)拉試驗裝置圖6.1.2試驗原理利用千斤頂施加預(yù)應(yīng)力將兩片菱形架對拉，測量對拉點的變形，并與設(shè)計計算值相對比。本試驗拉力定為菱形架工作時的最大拉力120t。6.1.3試驗方案將兩片菱形架平放在平臺上，兩片菱形架根部利用6根直徑32mm精軋螺紋鋼共預(yù)拉120t，菱形架的前吊點處采用8根鋼絞線一端固定，一端張拉。6.1.4試驗步驟按荷載分級校頂。將組裝好的兩片菱形架平放在平臺上，安裝試驗裝置。將錨固端的精軋螺紋鋼每根預(yù)拉20t，然后錨固。分級張拉并測量前吊點的位移。張拉到120t時持荷60分鐘，觀察菱形架的變形和焊縫情況。分級放張，測量放張后的位移量。 試驗結(jié)果可見表46。巴陽2號大橋掛籃

32、菱形架對拉實驗數(shù)據(jù)表 表4- 6序號加載（t）油表讀數(shù)（Mpa）掛籃下?lián)狭浚╩m）備注理論計算實 測112.110.3252.602.33103.207.54204.4010.85305.6012.36406.8113.3743.37.304.2514.3856.78.765.5515.5958.18.945.69161064.79.786.3316.31167.710.166.5916.5127511.097.32171377.511.387.5617.5148211.927.9917.81586.312.438.4118.31690.212.898.7818.51710014.109.72

33、19.51812016.5611.6621.3菱 形 架 塑 性 變 形8.9 從試驗數(shù)據(jù)上可以看出菱形架的塑性變形為8.9mm，在120t荷載的情況下菱形架的總體變形為21.3mm，減去塑性變形，菱形架的彈性變形為12.4mm，與理論計算11.66mm相差不大。在荷載為120t時菱形架穩(wěn)定，焊縫無開裂現(xiàn)象。6.2掛籃整體等載預(yù)拉試驗6.2.1試驗?zāi)康?檢驗掛籃在等效荷載情況下的承載力和整體穩(wěn)定性。 測量掛籃在等效荷載的情況下的彈性變形和塑性變形。3 在測試中使掛籃的主要技術(shù)參數(shù)和使用性能初步得到驗證。6.2.2試驗原理利用預(yù)埋在墩身上的三角形支架作為反力承重結(jié)構(gòu)，在掛籃底模上布置預(yù)應(yīng)力鋼束，

34、利用千斤頂進(jìn)行預(yù)拉，預(yù)拉總拉力為掛籃的最大承重加上施工荷載，最大梁段重量為233t，施工荷載考慮30t，加上沖擊荷載及偶然荷載，所以本試驗拉力定為300t。6.2.3試驗方案反力架布置及埋設(shè)在墩身上設(shè)計拉力為600t，在300t的荷載變形為2mm，在澆筑墩身混凝土之前埋設(shè)預(yù)埋件，墩身澆筑完成后焊接支架，要保證焊縫質(zhì)量。圖4-10 掛籃整體等載預(yù)拉試驗裝置圖鋼束布置 按最大節(jié)段的受力狀態(tài)在每側(cè)掛籃底模布置2排共12束鋼束，每束2根，每根的設(shè)計拉力為12.5t，共計300t。在每側(cè)掛籃的底模上最大節(jié)段端部位置等距布置6個標(biāo)高觀測點。圖4-11底模張拉鋼束布置示意圖6.2.4試驗步驟安裝試驗設(shè)備。測

35、量張拉前標(biāo)高。對稱張拉25%N，測量并記錄標(biāo)高。對稱張拉50%N，測量并記錄標(biāo)高。對稱張拉75%N，測量并記錄標(biāo)高。張拉100%N，補(bǔ)齊應(yīng)力損失，持荷30分鐘，觀察桿件和焊縫的受力狀態(tài)，測量并記錄標(biāo)高。分級兩側(cè)對稱放張，放張順序為100%N75%N50%N25%N0，放張完成后測量并記錄標(biāo)高。根據(jù)實測數(shù)據(jù)，在加載300t時掛籃的彈性變形量為14mm，與理論計算12mm相差不大。塑性變形量為9mm，總變形量為23mm，從試驗數(shù)據(jù)上可以看出在加載初期的塑性變形較大，加載到一定程度變形呈線性增長，即為彈性變形，表示塑性變形消除。在試驗過程中桿件和焊縫無變形和開裂現(xiàn)象。6.3安全保證措施有參加試驗人員均應(yīng)佩帶安全帶，安全帶末端應(yīng)系在梁端的預(yù)埋鋼筋上，決不可系在掛籃和模板上。在試驗過程中，掛籃后錨、底部受力托架處均派專人看守，發(fā)現(xiàn)異常情況及時報告，底部受力托架看守人員應(yīng)特別注意安全，安全帶應(yīng)系在可靠的地方，并佩帶對講機(jī)，及時的與梁頂試驗人員進(jìn)行聯(lián)系。張拉人員及設(shè)備均在已澆筑完的0#段底板上進(jìn)行操作，不允許站在掛籃的底板上。6.4掛籃等載預(yù)拉試驗意義掛籃在使用前的預(yù)壓試驗是必不可