武漢繞城公路某大橋掛籃設(shè)計施工技術(shù)方案-

1.概述武漢繞城公路某合同段某大橋主橋為三跨剛構(gòu)——連續(xù)梁組合體系，橋跨布置為45+80+45米。箱梁設(shè)計為兩幅分離的單箱單室結(jié)構(gòu),單幅箱梁(掛籃施工段）頂寬為13.5米，底寬為7米，翼板長度為3。25米，頂板厚度為25厘米，底板厚度為27～40。9厘米,腹板厚度為35厘米，梁高（以二次拋物線變化）為2。3～4。13米。箱梁底板和頂板均設(shè)置2％的向外側(cè)的橫坡。掛籃設(shè)計與制作根據(jù)設(shè)計要求，掛籃自重及全部施工荷載重量之和應(yīng)控制在60t以下，在確保承載力、剛度的情況下盡可能將掛籃輕型化.椐此掛籃設(shè)計總長為10.25米，高為3.44米，懸臂長為4。85米，錨固于已澆好的箱梁上。掛籃主要由主桁架、行走及錨固系統(tǒng)、吊帶系統(tǒng)、底模平臺系統(tǒng)、模板系統(tǒng)五大部分組成。掛籃型式及構(gòu)造見附圖，掛籃重量見掛籃材料匯總表,設(shè)計驗算見計算書.2.1。掛籃主桁架系統(tǒng)掛籃主桁架為棱形桁架，每片桁架的上、下弦分別由N2（2[32a）、N4（2I56a）組成，前、后斜桿及立柱分別由N3（2[32a）、N1（2I36b）、N5（2I36b)組成。并由加強板、節(jié)點板、平聯(lián)及前掛梁等組成空間桁架。具體見結(jié)構(gòu)圖1、圖2.2。2.掛籃行走及錨固系統(tǒng)每個掛籃行走及錨固系統(tǒng)由δ=20mm的鋼板加工的滑船、1臺3t卷揚機、手拉葫蘆（4個5t、4個3t、6個1t）、2個32t的螺旋千斤頂、底座、夾具、632后錨主錨桿和連接器等組成.主桁底梁前端與滑船連成一體形成前支點，將力集中傳遞給已澆箱梁,底梁后端通過32精軋螺紋鋼筋錨固于已澆箱梁上.在掛籃行走時,先將底籃通過手拉葫蘆和鋼絲繩懸掛于主桁前、后掛梁上，然后解除底模與主桁之間及底模與砼之間的精軋螺紋鋼筋之約束，并將翼板底模和外側(cè)模下放于底籃平臺,通過手拉葫蘆下調(diào)底模，使底模與箱梁脫開，最后在掛籃主桁兩前支點分別加1臺32t螺旋千斤頂將主桁頂起，同時逐步松卸主桁后錨，當(dāng)主桁底梁(4#桿件）與滑梁脫開后將滑梁前移到指定位置并錨固,再施加主桁與滑梁之后錨約束,千斤頂卸荷使主桁下放于滑梁上，上述工作完成后，通過操作2臺5t手拉葫蘆來完成掛籃行走。2.3.掛籃吊帶系統(tǒng)掛籃吊帶系統(tǒng)由前2［32a的掛梁、32精扎螺紋鋼筋、夾具和連接器等組成。掛籃前吊帶12根，均與底模之橫梁（2I25a）鎖接。2。4。掛籃底籃系統(tǒng)掛籃底籃系統(tǒng)由前、后下橫梁（2I25a)、縱向支撐梁（I36b）、底模板（由δ=6mm鋼板、[8及[14a組成大模板]和前、后操作平臺等組成。底籃前端懸掛于主桁架前掛梁上,后端錨固于已澆箱梁上.見圖1—2、圖10-11。底籃移動采用懸掛的方式,即通過鋼絲繩及手拉葫蘆將底籃懸掛于主桁前、后掛梁上，使底籃與主桁同時移動.2.5。掛籃模板系統(tǒng)掛籃模板由箱梁底板底模、翼板底模、內(nèi)頂模、對拉螺桿、箱梁腹板內(nèi)、外側(cè)模和端頭模等組成。見圖11—15。3.掛籃制作及安裝3。1.掛籃施工工藝流程見流程圖，掛籃制作完成后應(yīng)及時進(jìn)行進(jìn)行試拼，并檢測。掛籃主桁、底籃系統(tǒng)和側(cè)模加工內(nèi)模系統(tǒng)安裝主桁架安裝及錨固主桁前、后梁及平聯(lián)梁安裝底籃系統(tǒng)安裝工作平臺安裝外模系統(tǒng)安裝調(diào)試掛籃主桁、底籃系統(tǒng)和側(cè)模加工內(nèi)模系統(tǒng)安裝主桁架安裝及錨固主桁前、后梁及平聯(lián)梁安裝底籃系統(tǒng)安裝工作平臺安裝外模系統(tǒng)安裝調(diào)試3。2。掛籃制作3.2.1。制作要求a。主受力桿件均采用現(xiàn)場材料。b。焊縫高度hf≥8mm，焊縫質(zhì)量滿足規(guī)范要求。3。3.掛籃安裝首先在1#塊頂板上的腹板位置放出掛籃主桁架的中心線，鑿出預(yù)留孔，然后吊裝主桁架菱形架，將其直接置于已澆箱梁上并錨固（當(dāng)掛籃施工完第一節(jié)段后，在掛籃移動前,加滑梁于主桁架4＃桿件下),安裝平聯(lián)梁、前掛梁、后掛梁,待掛籃主桁架安裝完畢后，安裝底籃系統(tǒng)、模板、吊帶等.吊裝采用15t浮吊從上、下游側(cè)安裝。底籃系統(tǒng)及模板安裝在支架上進(jìn)行，待底模和側(cè)模拼裝完成后，用5t手拉葫蘆和卷揚機將其提升到位，并進(jìn)行錨固，底模系統(tǒng)前端通過精軋螺紋鋼筋懸掛于主桁前掛梁上,后端通過精軋螺紋鋼筋錨固于已澆箱梁。3.4。掛籃荷載試驗經(jīng)過計算，掛籃桁架和模板系統(tǒng)在3。5m施工段和4。0m施工段的荷載出入不大,并且掛籃的豎向變形僅為9mm，各個桿件的應(yīng)力相應(yīng)較小，因此，掛籃的荷載試驗采用在現(xiàn)場“堆載試驗"的方法；試驗荷載分三級,在加每級荷載的同時，進(jìn)行測量；經(jīng)過分析4。0米梁段為最不利工況，則對該梁段試驗.3.4。1試驗荷載的三次加載第一級荷載為：底板砼重26t；第二級荷載為：底板、腹板砼重48t；第三級荷載為：整個梁段砼重107t。3。4.2.試驗監(jiān)控測量監(jiān)控：測量監(jiān)控采用全站儀進(jìn)行觀測，并詳細(xì)記錄數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)分析掛籃的變形。3.4。3。荷載試驗觀測內(nèi)容、成果：荷載試驗僅觀測掛籃主桁架整體受力情況，即整體變形量、撓度和水平方向的穩(wěn)定情況；試驗完畢后，提供試驗成果給項目部，以便指導(dǎo)后續(xù)梁段的施工.3。5。掛籃施工規(guī)程節(jié)段箱梁施工完畢后，掛籃移動步驟如下：a。將底籃系統(tǒng)、外側(cè)模系統(tǒng)和內(nèi)頂模通過手拉葫蘆懸掛于主桁架前、后掛梁上。b.解除前掛梁與底模、外側(cè)模之間的精軋螺紋鋼筋連接。c.解除底籃與主桁之間及底籃與砼之間的精軋螺紋鋼筋之約束，并將翼板底模放置于底籃平臺上。d.通過操作手拉葫蘆使底籃與箱梁脫開,并保證有一定的間距.e。使用千斤頂將主桁頂起，前移滑軌并錨固。f。千斤頂卸落，使主桁下落于滑軌上并錨固.g.操作主桁前方手拉葫蘆拉動主桁，使掛籃前移.h。掛籃前移到位后,進(jìn)行定位、錨固。i。采用手拉葫蘆提升模板，模板提升到位后，進(jìn)行定位、錨固。4。掛籃設(shè)計計算書圖（一）（單位：米）4.1。主桁主桁受力簡圖見圖（一）。4。1.1。荷載4。1。1。1.待澆砼、掛籃底藍(lán)、模板和其它施工荷載重：3.5米梁段：鋼筋砼重858.71kN、施工荷載47。25kN、模板系統(tǒng)重232。24kN4。0米梁段:鋼筋砼重796.73kN、施工荷載54.0kN、模板系統(tǒng)重217.47kN4.1。1.2.荷載總重：3。5米段：1138.2kN4。0米段:1068。2kN4.1.1。3。前點板荷載計算:對3.5米梁段:G=1138.2×1/2×2.15/4。65=263.1kN對4.0米梁段：G=1068.2×1/2×2.40/4。65=275。7kN經(jīng)上面計算得知：4。0米梁段工況為最不利.4.1。2。菱形桁架各桿件的幾何、斷面特性及受力情況后錨點與前支點的間距為：4.25米前支點與前節(jié)點（前掛點)的間距為：4。45米立柱高為：3.0桿件采用的型鋼：N1、N5為：2I36bN2、N3為：2［32aN4為：2I56a桿件的截面積:A1=A5=16700mm2A2=A3=9700mmA4=27050mm2各桿件受力：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（壓）N4=4。25/5。202×500。6=409kN（壓）N5=3/4.25×409=288。7kN（壓）RA=3/5.202×500.6=288。7kN（拉）RB=8。7/4。25×275。7=564.4kN（壓）4.1。2。1。受拉桿件強度驗算4。1。2.1。1.對N1進(jìn)行驗算：σ1=N1/A1=500。6×103/16700=30.0MPa＜［σ］=210MPa由σ1＜［σ］知桿件強度滿足要求。4.1。2。1。2.對N2進(jìn)行驗算：σ2=N2/A2=409×103/9700=42。2MPa＜［σ]=210MPa由σ1＜［σ］知桿件強度滿足要求。4。1.2.2.受壓桿件穩(wěn)定性驗算4。1。2。2。1.對N3進(jìn)行驗算：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則N3壓桿穩(wěn)定性滿足要求。4。1。2.2.2。對N5進(jìn)行驗算：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則N5壓桿穩(wěn)定性滿足要求.4。1.2.3。焊縫抗剪強度驗算按主桁實際受力及主桁的構(gòu)造,該結(jié)構(gòu)只驗算N2與N3、N1與N2和N1與N4焊接處焊縫強度即可。以：=N/（0。7×Hf×Lf)焊縫抗剪強度[]=160MPaa.N1與N2焊縫強度驗算=500.6×1000/(0.7×6×3670）=33.05MPa由＜［］知焊縫強度滿足要求。b。N2與N3焊縫強度驗算=493.2×1000/(0。7×6×2650)=44.31MPa由＜［］知焊縫強度滿足要求。4.1.3。掛籃豎向變形計算掛籃豎向變形f包括主桁架和底模吊帶變形的總和。4。1.3。1.掛籃豎向變形掛籃最不利工況為4.0米段箱梁砼澆筑,假定對主桁施加單位荷載G=1，則桁架的單位內(nèi)力系數(shù)如下：1#桿件N1=1.7342#桿件N2=1.4833#桿件N3=1。7894#桿件N4=1。4175#桿件N5=1。05桁架桿件單位內(nèi)力系數(shù)與桁架桿件內(nèi)力相乘，計算桁架的豎向位移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吊帶豎向變形f2計算.取吊帶長度L為8米，吊帶材料為精扎螺紋鋼筋，近似取E為2.1×105MPaf2=275。7×2×8×106/（804。3×6×2.1×105）=4.4mm掛籃豎向變形f=f1+f2=9。0mm4。2。底模平臺4。2.1。箱梁底板平臺結(jié)構(gòu)驗算平臺組成：底模支撐梁I36b共7根，前后下橫梁2I25a。按最不利假定工況：假定I36b的4.65m跨段滿跨為均布荷載，4.2.1.1。對腹板底部2I36b進(jìn)行強度和剛度驗算由2I36b承受的荷載有：鋼筋砼產(chǎn)生的荷載：43.12kN/m振搗砼產(chǎn)生的荷載:2.2kN/m模板自重：4.86kN/m2I36b自重：1。312kN/m則2I36b承擔(dān)的線荷載為:51.49kN/m（49.29kN/m)受力簡圖見圖（二）（單位：m）。圖（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強度和剛度滿足要求。4。2。1.2。對底模板中部I36b進(jìn)行強度和剛度驗算荷載組成：鋼筋砼:10。82kN/m模板自重：1.8kN/mI36b：0。658kN/m施工荷載：2.25kN/m則I36b承受的線荷載為: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強度和剛度滿足要求.4.2。1。3前后下橫梁強度和剛度驗算4.2。1.3。1對前下橫梁驗算（4m梁段為最不利工況）計算簡圖見圖（三）。為計算簡便，假定前下橫梁從A、B、C、D、E、F點斷開，即各段簡化為簡支梁計算，此簡化為最不利情況。對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段與CD段跨度相同，且工況比CD段有利，故可以不進(jìn)行驗算。對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.對后下橫梁驗算工況分析:對3。5m梁段：G1=1138。2×2。0/4.65=489.55kN對4。0m梁段:G2=1068.2×2。25/4。65=516。87kN則4.0梁段工況最不利，且在4。0m梁段對前下橫梁有:G=1068。2×2.4/4。65=551。33kN由G＞G2，且后下橫梁結(jié)構(gòu)比前下橫梁結(jié)構(gòu)相應(yīng)大而力的作用點又相同，故在此不需對后下橫梁進(jìn)行受力驗算。4。3.前掛梁和吊帶受力驗算4.3。1。前掛梁強度驗算計算簡圖見圖(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。吊帶驗算吊帶采用精軋螺紋鋼筋32,其[σ]=750MPa根據(jù)前面計算可知吊帶的最大受力F=82.62kN由σ=F/A=82。62×1000/804.3=102。7MPa＜[σ］知吊帶受力滿足要求.4。4.掛籃移動工況下的穩(wěn)定性驗算4.4。1。底籃系統(tǒng)之后下橫梁受力驗算后下橫梁組成：2I36b計算長度為14m。荷載組成：模板、模板支撐系統(tǒng)及后下橫梁自重.荷載布置見計算簡圖（六）后下橫梁彎矩圖見圖（七)查表得：W=1838cm3，I=33060cm4強度驗算：外荷載彎矩M1=58。28kN.m，自重荷載彎矩M2=32。15kN。mσ=M/W=90.43×1000/1838=49.2MPa＜[σ]=210MPa撓度驗算:分析彎矩圖圖形,且按荷載布置及結(jié)構(gòu)情況，可將后下橫梁撓度驗算簡化為簡支梁受均布荷載模式進(jìn)行驗算。有：q=7。17kN/m、f=5ql4/384EI=5×7.17×144×103/（384×2。1×33060)=52mm4.4.2.滑梁受力驗算滑梁組成:2［32a加上、下加勁板.計算簡圖及荷載布置情況見圖（八）假定A點為轉(zhuǎn)動點，求主桁及模板系統(tǒng)重心距A點距離L.又知一套掛籃一半自重為164。91kN，各桿件及模板系統(tǒng)對A點產(chǎn)生的彎矩：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則有：主桁及模板系統(tǒng)重心距A點距離L=1266.15/164.91=7。68m假定B點為轉(zhuǎn)動點，求掛籃移動時后錨點拉力N。N=164.91×2。08/5。6=61.25kN滑梁受力狀況見計算簡圖(九）MA=33.08×4。6=152.17kN。m查表得結(jié)構(gòu)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頂部兩翼板同時受力，按結(jié)構(gòu)的實際情況,即2［32a頂板和底板未錨固，故翼板受力驗算不考慮加勁板.槽鋼截面幾何特性,取截面中心線尺寸: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