维普资讯 http://www.cqvip.com 口广东省佛山公路工程有限公司叶建军 摘要：本文就佛山一环公路紫洞大桥的挂篮设计．在挂篮形 式中选取了有比较优势的三角形挂篮。文中对该类型挂篮各构件 的传力机理做了分折．而且建立了３Ｄ空间有限元模型．说明了在 施工和行走过程中挂篮各构件的受力和变形情况．设计符合使用 要求．挂篮较大的整体刚度也将对施工变形及线型标高的控制有 益。 关键词：连续刚构 悬臂施工 挂篮：设计 紫洞大桥是佛山一环公路上的一座大型三跨预应力混凝土连 续刚构桥，该桥主桥全长为３１ ６ｍ．跨径设置为８３ｍ＋１ ５０ｍ＋８３ｍ。 该桥箱梁０号段长１０ｍ．其中桥墩两侧各外伸１ ２５ｍ，每个 Ｔ 构沿纵桥方向分为１ ８个对称梁段，梁段数及梁段长度从根部至跨 中分别为５ Ｘ ３ｍ．４ Ｘ ３ ５ｍ，５ Ｘ ４ｍ，４ Ｘ ５ｍ。桥体按双幅设计． 箱梁采用单箱双室截面．单幅顶板宽２２ ４３ｍ．底板宽１ ３ ６５ｍ．外 翼板悬臂长４ ３９ｍ．梁高由０号块处的８ ５ｍ以１ ８抛物线形式从 根部过度到跨中的３ｍ 挂篮形式的选取 １、分段施工法与悬灌挂篮的演化 预应力混凝土桥梁的分段施工法是从预应力原理．箱梁设计 和悬臂施工法综合演进而成的。大跨度桥梁多采用此法。除悬臂 拼装法以外．尤其是特大桥梁中更是普遍应用平衡悬臂灌筑法一 一即单“ 的每一个设计节段利用挂篮对称就地浇筑混凝土。悬 臂灌筑法中不需要象满堂支架法那样大量的施工支架和临时设备． 不影响桥下通航和通车．施工不受季节 河道水位的影响。 平衡悬灌法施工的成败及质量控制的优劣在于挂篮的工艺设 计．挂篮设计的好坏直接影响到施工进度．它是特大桥梁施工中 的一项关键技术。 ２、挂篮设计的轻型化 目前．挂篮已向轻型．重载方向发展。其中可以用两个主要 控制指标Ｂ．Ｂ 来反映挂篮的设计优化与否 设定Ｂ＝挂篮总重／ 悬浇节段重量．Ｂ’：主承重结构／悬浇节段重量。 Ｂ值越低．表示承受节段单位重量使用的挂篮材料越省．整 个挂篮（包括模板）设计越合理；Ｂ 值越低．表示挂篮主承重构 件使用的材料越省．设计越合理。另外。减轻挂篮自重采用的手 段除优化结构形式外．最重要的措施是不设平衡重．并改善滑移 系统．同时改进力的传递系统。 ５、挂篮形式的选取 ． 因悬灌施工中有多种因素制约挂篮的布置和结构设计．如施 Ｊ ２９８ ０３７１２ ＩＳＫＪ 工状态大桥主梁的强度及变形要求．近海施工风荷载的影响．吊 机的吨位及安装位置等。一般来说，采用的挂篮须满足：结构简 便．重量轻，安装 易拆除．安全可靠．灌注混凝土过程中变形小 等特点。 挂篮形式在参考了平弦无平衡重挂篮、菱形挂篮、弓弦式挂 篮、斜拉式挂篮等结构形式后．从中选取了三角形挂篮形式．该 挂篮与其它形式挂篮比较有如下突出特点： （１）三角形挂篮与菱形挂篮相比．降低了前横梁高度．即挂篮 重心位置大大降低．从而提高了挂篮走行时的稳定性。 （２）结构简便．易拆装．重量较轻。设计中三角形挂篮主桁架 和主要结构体系采用钢板和型钢焊制的箱形结构，单件重量较轻． 主桁架杆件问采用法兰结构用高强螺栓连接．易于搬运和拆装。 （３）该三角形挂篮平衡重系统利用已成形梁段竖向预应力钢筋 作为后锚点．取消了平衡重的压重结构。 （４）挂篮走行采用液压走行系统．由导梁 走行轮 反扣轮 走 行油缸组成．该系统具有挂篮就位准确 走行速度快 安全可靠 等特点 （５）该挂篮通用性强．稍做改装即可用于其它幅宽和梁高的桥 上。 挂篮结构布置 该三角形挂篮由主桁 前横梁．底篮系统、前吊系统 内外 模滑梁系统．后锚系统组成．挂篮总重（含内外模）约为１＾６０ｋＮ，因 模板以及吊杆随施工过程中截面高度的不断降低有一部分将会移 去．对跨中合拢梁段所要求的支架重量须小于１ ３００ｋＮ是显然满足 的．所以减／Ｊ、荷载后的挂篮仍然可以作为中跨合拢的支架方案使 用。总体布置图以及吊挂系统如图１．２所示。 ＼ ． ． １ Ｉ ｌ ： ｌ ～ Ｊ Ｌ ．ｊ ；ｉ 。Ｔｎ＿ １●●－，＿＿ 盖／＼Ｉ／ ｜ 图１挂篮总体布置图 圈２挂篮前后吊挂系统 维普资讯 http://www.cqvip.com 图中Ａ：前上横梁，Ｂ：前下横梁；ｃ：后下横梁；Ｄ：前吊 带；Ｅ：后吊带ｉ Ｆ：内、外滑梁 Ｇ：上平台；Ｈ：三角形主桁架 挂篮的设计 １、挂篮构件的传力过程 考察主梁设计截面的形状，单箱双室的截面形式最多可 用１ ３个相对的内外模板（外顶模２块＋外侧模２块＋底 模１块＋内顶模４块＋内侧模４块）拼接而成。作为待浇梁 段混凝土的支撑面，内，外顶模支撑翼缘板与顶板的混凝土 重量 模板以上的重量则由间隔分布的１ ２根内．外纵滑梁承 受，内、外纵滑梁则把力传递到已浇梁段的项板和前上横梁 上安装的吊杆上。待浇腹板和底板混凝土的重量则通过底模 传递给底栏纵，横梁，通过前 后下横梁上安装的吊带传力 给已浇梁段的底板和前上横梁。而前上横梁的所有荷载则都 传递到三角形主桁架上．三角形主桁架的前支点和后锚点把 力再传给已浇梁段的顶板。 ２、构件内力的计算 挂篮必须适应整个施工过程，因施工过程中节段荷载的 不断变化，挂篮中各杆件的受力也是在不断变化当中 因此 拟订一个最不利的施工过程进行计算．既可以优化杆件的设 计，又可以确保施工安全。一般而言，拟订最不利施工过程 的依据是待浇梁段混凝土的总体积最大，总重量最重。按设 计划分的单 ｒ沿１ ８个梁段的体积分布。因为各构件在所 有施工过程中的受力具有相对的性，有必要根据设计分 段的情况把主梁截面细分．如１ ５＃节段（最长５ｍ梁段）混 凝土重量可能会对翼缘板外滑梁和顶板内滑梁产生最不利影 响，２＃节段（最重３ｍ梁段）可能会对底模纵横梁以及前后 吊挂构件产生最不利影响。事实上，根据设计节段长度的变 化，拟订２＃．６＃．１０＃．１ ５＃四个施工节段混凝土重量对 挂篮构件的效应可以涵盖其它施工节段，挂篮构件内力计算 即以这四个施工节段为基准，空挂篮状态则以２＃施工节段 为基准计算。 计算中挂篮系统采用空间（杆系＋板块）有限元进行弹 性分析．其中三角形主桁杆件．横联，上 下横梁，底篮纵 梁，内、外纵滑梁用梁单元来模拟；吊杆 吊带用只拉杆单元 来模拟 底篮模板采用具有较大刚性的板单元来模拟．计算 模型如图３所示。这种空间模型较一般采用的平面杆系模型 更能反映每根杆件或每块模板的受力和变形情况，避免了平 面杆系模型中三角形主桁片杆件合并带来的杆件受力 变形 平均化问题，对分析各杆件的真实受力状态有益，也对挂篮 总体变形及施工标高的控制有益 有限元法计算中的部分参 数如表１所示。 表１挂篮构件内力计算中参数的选定 序号 材料 序号 荷载 … １ ６Ｍｎ钢 ［ｏ】＝２００ＭＰａ （１） 施工Ｉ临时荷载重 ２ ０ｋＮ／ ｛２） Ａ３钢 ［ｏ】：１４０ＭＰａ （２） 施工冲击荷载重 １ ５ｋＮ／ ｛３） 混凝土 ２６ ０ｋＮ／ｒｎｓ （３） 模板重量根据该节 模板采用 容重ｖ 所用数量确定 定型钢模 （４） 结构自重 程序自动加载 间计算模型示意 （其中符号：△， 分别表示支点和吊点）图中Ａ：三角形主桁 架：Ｂ．ｃ Ｄ：上，下横梁；Ｅ：内 外滑梁；Ｆ，Ｇ：底篮前后吊带：Ｈ： 纵滑梁吊杆；ｆ：底篮模板及纵梁 ５、计算结果及分析 表２列出了挂篮在４个浇筑阶段（２＃，６＃．１０＃，１５＃施工节段） 和空挂篮在１个行走阶段（１＃一２＃施工节段）的＃ｊ－ｆ￣Ｐ￣力计算结果。 表２浇筑阶段和行走阶段挂篮构件的最大应力（绝对值）（ＭＰａ） 杆，ｉｔ－ 杆，ｒｅ 浇筑阶段 行走阶段 编号 名称 ２世 ６世 １０挫 １ ５挫 １＃一２＃ （１】 前后下弦杆 ２７ ２ ２３ ６ ２３ ３ ２３．１ １１ ２ （２） 立柱 １ ３．Ｏ １１ １ １ １ Ｏ １０ ９ ４ ６ （３） 前后斜杆 ４０ ７ ３５ １ ３４ ５ ３４ ２ １ ５ Ｏ （４） 前上横梁 ３８ ４ ３３ ５ ３４ ８ ３６ ２ １４ ９ （５） 前下横梁 １８ ７ １ ５ １ １ ３ １ ９ ４ ４ ５ （６） 后下横梁 ２２ ３ １ ７ ５ １Ｏ ５ ６ ６ ６ Ｏ （７） 底篮纵粱 ９３ ８ ７３ ８ ４８ ８ ２６ Ｏ ３ ０ （８） 前吊带 １ ５ ５ １ ３ １ １Ｏ ２ ６ ７ ３ １ ｆ９） 后吊带ｆ绳） ３５ １ ２８ １ １９ ７ １１ ４ ７４ ７ （１０） 内外滑梁 １ １ ２ ４ ９９ ６ １１ ３．４ １ ２５ １ ９７ ５ （１１】 滑梁吊杆 ８３ ０ ８７ ９ ９４ ３ ９７ ９ ４０ １ ２＃：１ ３ｍｍ：６＃．９ ４ｍｍ；１０＃：８ ８ｍｍ：１ ５＃：８ ０ｍｍ； 挂篮从１＃行走至２＃节段时为１ ５ ８ｍｍ。 与表２中五种工况对应的挂篮底篮的最大变形分别为：从 计算结果看，挂篮在整个施工过程中构件的应力是能够满足材料的 允许值要求的。浇注混凝土过程中挂篮的变形较小说明挂篮的整体 刚度较大．这有益于在实际施工中对线型及标高的控制，进而提高 施工质量。 结语 紫洞大桥通过选择三角形挂篮这种合理的挂篮形式，设计中充 分了解了挂篮在施工过程和走行过程中各构件的传力机理．对挂篮 在各种工况下建立了适用 合理的三维空间有限元模型．因此能够 比较完整地了解各杆件的受力和变形情况，计算结果满足各施工过 程受力和变形的要求。 每一座悬灌施工的大桥都有其自身的特点．这需要综合考虑大 桥本身因素以及围绕大桥衍生的各种因素对挂篮选择的影响。在技 术层面，对选定的挂篮还需进一步优化结构形式和杆件的设计 轻 型 重载的挂篮结构形式对增强施工现场的可操作性 创造经济效 益有着重要意义。 ［＝＝量ｉ．ｒ．
