菱形挂篮的构造及验算

摘要：挂篮施工已经成为目前悬臂现浇施工的常用方法，最常见的挂篮有三角和菱形挂篮，为此取得了显著地经济效益和社会效益。本文根据某特大桥对菱形挂篮的构造及验算进行了介绍。

关键词：悬臂浇筑；菱形挂篮；挂篮构造；安全验算；

中图分类号：U44文献标识码：A文章编号：

引言

如今的悬臂施工日益成熟，其中挂篮悬臂浇筑施工也被大多数大跨径桥梁施工所采用，已经成为一种极为有效而可靠的施工手段。其中的挂篮时悬臂浇筑施工的关键设备，现如今也发展出了很多的种类，比如菱形挂篮、三角挂篮、平行桁架挂篮、贝雷桁架挂篮和斜拉式挂篮等。我国各个大桥大多采用菱形挂篮和三角形挂篮，因为这两种挂篮以其结构简单、受力合理和操作简单等优势受到广泛的欢迎。本文就以其中的菱形挂篮为例，来介绍菱形挂篮的受力特征。

1、工程概况

涪丰石高速公路某特大桥主桥采用80+150+80米变截面预应力混凝土连续刚构。单幅桥宽11.75米，翼缘板悬臂长2.625米，箱梁底宽6.5m；根部梁高9m，跨中梁高3.5m。0号块长13m，悬臂浇筑块划分为2.5+5×3＋8×4＋4×4.5m，边、中跨合拢段长2m，边跨现浇段长8.75m，最大块件重量190吨。历年最大风速31.5m/s。

2、主要控制计算参数

本挂篮主要计算参数

1、取箱梁C50＃砼的自重取值为2.6t/m，块段悬浇时考虑1.05的涨模系数；

2、精轧螺纹粗钢筋选用标准强度为785Mpa，直径为φ32mm。

3、挂篮结构采用A3钢，其轴向允许应力[σ]＝140Mpa，[σw]＝145Mpa，[τ]＝85Mpa，节点销子的孔壁承压应力为210Mpa，节点销子的弯应力为240Mpa。

4、销棒选用45＃钢，其轴向允许应力[σ]＝210Mpa，[σw]＝220Mpa，[τ]＝125Mpa，节点销子的弯应力为360Mpa。

5、吊带选用16Mn钢，其轴向允许应力[σ]＝200Mpa，[σw]＝210Mpa，[τ]＝120Mpa，节点销子的孔壁承压应力为300Mpa，节点销子的弯应力为340Mpa。

6、施工荷载、振捣荷载取4.0Kpa。

3、挂篮结构

挂篮主要结构为：底篮系统、悬吊系统、后锚系统、行走系统、模板系统等。

1、底篮系统

底篮系统包括底篮前、后横梁、底篮纵梁。

底篮前后横梁为两根工钢焊接。

2、悬吊系统

底篮前、后横梁的吊带均为Q345钢，箱内锚带厚4cm，前吊带厚3cm，翼缘板吊带厚2cm。

箱内吊带销子直径为8.5cm，材质为45＃钢，表面须经过热处理，HRC35-42。其余吊带销子直径为7cm。

3、主桁结构

主桁为菱形结构，由弦杆和节点板组成，杆件采用2[32a型钢热轧普通槽钢，两排型钢对口焊接成整体。

4、后锚系统和行走系统

后锚系统主要由后锚扁担梁、底座、底端锚固梁。施工时在箱梁翼缘板及顶板处预留孔进行锚固，也可利用竖向预应力筋进行锚固。

行走系统主要由行走轨道、锚固梁、枕梁组成。

5、模板系统

模板系统包括底板模板、翼缘板模板、箱内模板等， 翼缘板模板、箱内模板悬吊于已浇块段和上前横梁进行浇注，行走时内模后走，翼缘板模板前端悬于上前横梁，后端悬挂于已浇块上。

4、挂篮受力分析

挂篮主桁架及其它各系统均为空间桁架结构，采用MIDAS建立挂篮的空间模型，对整体受力进行分析。菱形挂篮两个后锚点采用固定支座模拟，限制节点空间6个自由度，两个前锚点限制除前进方向的其余5个自由度。其它每个吊杆端处均采用铰接，限制空间3个方向上的线位移。按最重块件7#块(长4m、重198.308t）计算。

4.1 7#块计算结果如下

荷载分布：

顶板砼分配到两个顶板纵梁上，每根梁受均布荷载3.68tonf/m。

翼板砼分配到四个翼板纵梁上，每根梁受均布荷载1.90tonf/m。

单侧腹板砼分配到4根底板纵梁上，考虑到截面变化，每根梁受梯形荷载，大小为3.11tonf/m--2.96tonf/m。

底板砼分配到6根底板纵梁上，考虑到截面变化，每根梁受梯形荷载，大小为1.6tonf/m --1.57tonf/m。

主桁计算结果

最大应力图如下，最大应力86.6MPa。

图1 7#块有限元分析云图

5、销子计算

（1）、主桁销子

作用于主梁上的力为1090KN，销子直径为12cm

W=πr3/4=π63/4=169.6cm3

剪应力：τ==64.25Mpa＜[τ]=125Mpa满足要求

M=1090KN/2×3.2cm=1744KN.cm

弯应力： σ=M/W=102.8MPa＜[σw]=220Mpa满足要求

挤压应力：

1090KN/(2δd)=1270KN/(2×3.2cm×12cm)=141MPa＜210Mpa满足要求

（2）、吊带销子

A、作用于前吊带的力取217.7KN，销子直径为70mm

W=πr3/4=π353/4=33673mm3

剪应力：τ==37.7Mpa＜[τ]=125Mpa满足要求

M=217.7KN/2×25mm=2721.25KN.mm

弯应力: σ=M/W=76.26MPa＜[σw]=220Mpa满足要求

B、作用于后锚带的力取376.12（405.9KN，销子直径为85mm

W=πr3/4=π42.53/4=60291mm3

剪应力：τ==44.18Mpa＜[τ]=125Mpa满足要求

M=376.12KN/2×25mm=4701.5KN.mm

弯应力: σ=M/W=51.5MPa＜[σw]=220Mpa满足要求

6、挂篮浇筑时的抗倾覆计算

挂篮主桁后锚的最大拉力为76.86t，考虑采取与箱梁竖向预应力筋相结合使用的原则，按《公路桥涵施工技术规范》要求自锚系统的安全系数为2进行控制设计，因此要求后锚的设计拉力达到153.72t，按竖向预应力筋为φ32的精轧螺纹钢，设计应力为785Mpa，设计控制最大张拉力为56.7t，则锚固所需的预应力筋数量n＝F/N＝153.72÷56.7＝2.71根，实际采用4根。安全系数为：56.7×4/76.86=2.95＞2，满足规范要求。

参考文献

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[2]TB10002.3-2005.公路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范[S].中华人民共和国铁道部2005.

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[4]唐治军，桂水荣. 某高速铁路大跨度连续梁桥三角挂篮的整体及局部受力状态分析[J]铁道建设2012,(04)18-22

[5]张海彬，陈明君. 菱形挂篮的优化设计[J]科技与企业2012,(02)187-188

[6]唐辉. 青秋浦大桥菱型挂篮悬浇施工技术[J]西部探矿工程2000,(01)101-102

[7]李向东. 浅谈挂篮选型及菱形挂篮的优点[J]技术与市场2011,(09)87-89

作者简介：

张济（1984，男，主要从事大跨径桥梁施工方面的工作，中铁九局集团有限公司第三分公司）

周振中（1986，男，主要从事大跨径桥梁施工方面的工作，中交一公局第三工程有限分公司）

李石永（1985，男，主要从事大跨径桥梁施工方面的工作，中铁九局集团有限公司桥梁分公司）