1、悬臂现浇菱形挂篮设计浅析摘 要:本文以南水北调中线工程漫流东北桥悬臂现浇挂篮施工为例，阐述菱形挂篮设计方案，并对菱形挂篮在不同工况下的受力结构进行详细的验算，确保菱形挂篮满足施工要求,并最大程度节约工程投资。 关键词:菱形挂篮；设计；验算；工况 Abstract:The middle route of South-to-North Water Transfer Project Flow northeast bridge cast-in-place cantilever hanging basket construction as an example, the rhombic hanging
2、basket design scheme, and the rhombic hanging basket under different working conditions of the force structure detailed calculation, to ensure that the rhombic hanging basket meet the construction requirements, and the greatest degree of saving project investment. Keywords: rhombic hanging basket de
3、sign; calculation; condition; 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2013） 0 前言 悬臂浇筑的施工工艺适用于大跨度的预应力的混凝土的悬臂梁桥和连续的梁桥等,该工艺最大的施工特点就是不需要建立一个落地的支梁,也不需要建立起大型的起重和运输的设备,主要就是需要结合工程的施工特点并依靠一对可以行走的挂篮。本文以南水北调中线工程漫流东北桥悬臂现浇挂篮施工为例，对菱形挂篮的设计及验算进行详细的介绍。 1 工程概况 漫流东北公路桥上跨南水北调渠道主线，上部结构为（71.5+130+71.5）m 预应力混凝土连续箱梁，全桥长 280.5m，单
4、幅梁体为单箱单室、变截面结构，箱梁顶宽 17.5m，箱梁低宽 8.5m，顶板厚度26cm，梁高及底板厚度均按 2 次抛物线变化。该桥 0段、1 号梁段及边跨采用现浇，1 号段16 号段为对称悬臂浇筑，采用菱形挂篮施工工艺。梁体混凝土标号为 C60，桥预应力钢筋采用高强低松弛s=15.2mm，Ry=1860Mpa 钢绞线。 2 菱形挂篮设计 （1）本挂篮方案设计工况取中跨 7 号梁段浇筑（该梁段为本桥浇筑最大重量梁段，长 4m，单块理论重量 2105.4KN） 。 （2）本挂篮使用菱形挂篮，为避免 2 号块施工时挂篮错位安装，本挂篮主桁采用 4.5+6m 的布置，锚固支撑段长度 4.7m，两只挂
5、篮对接拼装时，锚固支撑段共需 9.4m 已浇筑梁段，本桥 0 号块长 6m，1 号块长 2m，总长度为 10m，满足初始安装空间要求。 （3）本挂篮主要构件采用型钢为原料，主要杆件及模板使用 Q235b材质，挂篮吊带使用 16Mn 钢、销轴采用 45 号钢，后锚固系统使用直径32mm 精轧螺纹钢筋。 （4）Q235b 钢设计允许应力为：轴向及弯曲应力 140Mpa，剪应力85Mpa；16Mn 钢轴向应力 200Mpa；45 号钢剪应力 125Mpa，轴向应力210MPa，精轧螺纹钢筋抗拉应力 650MPa。 菱形挂篮如下图所示： 3 菱形挂篮主要验算内容 菱形挂篮设计主要进行以下验算： （1）
6、挂篮施工工况受力结构验算，主要包含底模平台的验算、外滑梁系统的验算、内滑梁系统的验算、底模平台后吊挂系统的验算、底模平台前吊挂系统的验算、前上横梁的验算、挂篮主桁结构的验算、后锚固的验算。此部分的受力验收是本文重点阐述内容。 （2）挂篮走行工况受力结构验算，主要包含挂篮后锚固的验算。 各项计算内容又包含多个子项，下面逐个阐述其验算方法及步骤。 4 菱形挂篮验算书 4.1 挂篮施工工况受力结构验算 （1）主梁荷载的划分 取 7 号块中间截面为计算控制截面，将变截面梁对纵梁的不均匀荷载简化为均布荷载，因靠近已浇筑梁段处荷载相对较大，简化后的荷载对于挂篮实际而言是更大的，所以可以按此简化。7 号块体
7、积 81.0m3，梁块重量 2105.4KN。 主梁按照挂篮各受力构件进行荷载划分如下图所示： 7 号块各区段承担荷载分布计算如下： （2）底模平台的验算 底模平台估算重量 12.4 吨，平台尺寸为 8.56.7M（不含悬挑出去部分） ，则其均摊荷载为 12.49.8/（8.56.7）=2.13KN/M2。底模平台有底模 1、底模 2、底模 3 三种纵梁，以下分别予以验算： A、底模 1 受 4m 长范围均布荷载 124.58KN/m，自重荷载为均布2.130.81.7KN/M，该处为两根纵梁联合受力，则单根纵梁承受梁体荷载为 124.58/2=62.29 KN/m，自重荷载 0.85KN/m
8、。该纵梁由 236b 上下贴 10mm 厚钢板组合而成。 底模 1 的纵梁受力图及腹板下纵梁计算横断面图如下所示（自重荷载为通长均布，图中未示，下同）： 底模 1 纵梁截面参数：A1.80210-2 m2，I4.03710-4 m4，W2.12510-3 m3 计算得（N1、N2 分别为两支点反力，下同）： 最大挠度 12.3mmL/400=6200/400=15.5mm。 B、底模 2 的纵梁受力图及腹板下纵梁计算横断面图如下所示，底模2 与底模 3 的纵梁均采用 232b 的结构，其与底模 1 纵梁有 60mm 高度差，由底模钢模板下加劲肋填充。梁体荷载为 18.72KN/m，自重荷载2.
9、131.55=3.30KN/m。： 底模 2 纵梁：A1.09810-2m2，I1.61110-4 m4，W1.00710-4 m3 计算得： 最大挠度 11.2mmL/400=6200/400=15.5mm C、底模 3 的纵梁受力图及腹板下纵梁计算横断面图如下所示，底模2 与底模 3 的纵梁均采用 232b 的结构，其与底模 1 纵梁有 60mm 高度差，由底模钢模板下加劲肋填充。梁体荷载为 21.19KN/m，自重荷载2.131.93=4.11KN/m。： 底模 3 纵梁：A1.09810-2m2，I1.61110-4 m4，W1.00710-4 m3 计算得： 最大挠度 13mmL/4
10、00=6200/400=15.5mm （3）外滑梁系统验算 外滑梁系统在 7 号块施工时受力情况如下： 外滑梁及其附件自重估算 38KN，均布在整个梁体上为 3.11KN/m，取侧模及其他荷载为 1.65KN/M2。外滑梁 1、2 均采用 236b 的结构，截面参数为： A1.36210-2 m2，I2.5310-4 m4，W1.40610-3 m3 外滑梁 1 计算： 梁体荷载 22.75KN/m，侧模及其它荷载 1.652.6=4.29KN/m（加载位置与梁体荷载相同区间） ，梁体位置荷载为 22.75+4.29= 27.04KN/m，自重均布 3.11KN/m（通长布置） 。 计算得：
11、承受荷载段最大挠度 6.5mmL/400=6500/400=16.25mm 外滑梁 2 计算： 梁体荷载 30.82KN/m，侧模及其它荷载 1.651.9=3.14KN/m（加载位置与梁体荷载相同区间） ，梁体位置荷载为 30.82+3.14= 33.96KN/m，自重均布 3.11KN/m（通长布置） 。 计算得： Mmax140.40KNM Qmax95.2KN R1112.95KN R 260.85KN 承受荷载段最大挠度 8.2mmL/400=6500/400=16.25mm （4）内滑梁系统的验算 内滑梁在施工过程中的受力示意图如下所示： 内滑梁承受梁体荷载为 45.16KN/M，
12、模板及其它荷载为1.653.455.69KN/M，加载位置与梁体荷载相同区间） ，梁体位置荷载为 45.16+5.69= 50.85KN/m，自重均布 3.11KN/m（通长布置） 。内滑梁采用 236b，承受荷载部位上下加 10mm 厚钢板的结构，截面参数为： A1.80210-2 m2，I4.03710-4 m4，W2.12510-3 m3。 计算得： Mmax214.82KNM Qmax133.66KN R1151.39KN R 289.95KN 承受荷载段最大挠度 12.2mmL/400=6500/400=16.25mm （5）底模平台后吊挂系统的验算 底模平台后下横梁受力图及计算截面
13、图如下： 根据上面计算各纵梁传递到后下横梁的荷载统计表： 后下横梁为 240b 上下盖 10mm 钢板组成。 截面参数为：A2.28110-2 m2，I6.33510-4 m4，W3.16710-3 m3 计算得： Mmax272.07KNM Qmax320.08KN R1444.97KN 后下横梁吊挂使用采用 18030mm 截面 16Mn 钢吊带，吊带销轴孔直径 81mm，吊带孔位置两侧加焊 160160mm 大小 12mm 厚 16Mn 钢板后钻孔。吊带孔处截面积为：（18081）（30+24）5346mm2 吊带截面积：180305400 mm2 吊带受力：Nmax444.97KN 后
14、下横梁吊带使用 M80 销轴（45 号钢）验算： 销轴最大承受吊重 Nmax444.97KN 销轴截面 A15027mm2，受力投影面积 A280（30+24）4320mm2 （6）底模平台前吊挂系统的验算 前下横梁受力图及计算截面图如下： 各纵梁传递到前下横梁的荷载统计表： 后下横梁为 240b 上下盖 10mm 钢板组成。 截面参数为：A2.28110-2 m2，I6.33510-4 m4，W3.16710-3 m3 计算得： Mmax163.91KNM Qmax192.84KN R1277.24KN 前下横梁吊挂使用采用 18024mm 截面 16Mn 钢吊带，吊带销轴孔直径 81mm，
15、吊带孔位置两侧加焊 160160mm 大小 12mm 厚 16Mn 钢板后钻孔。吊带孔处截面积为：（18081）（24+24）4752mm2 吊带截面积：180244320 mm2 吊带受力：Nmax277.24KN 前下横梁吊带使用 M80 销轴（45 号钢）验算： 销轴最大承受吊重 Nmax277.24KN 销轴截面 A15027mm2，受力投影面积 A280（24+24）3840mm2 （7）前上横梁验算 前上横梁受力图及计算截面图如下： 前上横梁的荷载统计表： 前上横梁为 2I45b（各吊带位置上下盖 10mm 厚钢板，计算只考虑型钢受力）组成，截面参数如下： A2.22810-2 m
16、2，I6.61810-4 m4，W2.94110-3 m3 计算得： Mmax277.09KNM Qmax305.18KN R1476.97KN （8）挂篮主桁结构验算 挂篮菱形主桁采用 4.5m+6m 的受力布置，挂篮主桁片高 4m。挂篮主桁受力图及各杆件组成如下图所示： 菱形主桁受前上横梁传递荷载 476.97KN。挂篮主桁片采用焊接加工，为偏于安全考虑各杆件认为其固结。 236b 杆件截面属性如下： A1.21810-2 m2，Ix2.37510-4 m4，Iy2.01110-4 m4，Wx1.31910-3 m3 ，Wy1.34110-3 m3 计算结果图示如下： 弯矩图（单位 NM） 轴力图
