三角掛籃結構的安全檢算

張裕超

（陜西鐵路工程職業技術學院助教，碩士研究生，陜西 渭南 714000）

蘭渝鐵路正線某特大橋，該橋主橋為變截面、單箱單室變高度三跨連續梁，其橋跨組成為（60+96+60）m，連續梁全長為217.4 m〔1〕。根據橋梁特點與施工隊伍的能力、水平綜合考慮后，決定在掛籃施工中采用掛籃進行懸臂段施工，由于三角掛籃具有結構自重輕、構造簡單、現場拼裝快捷等諸多優點，故選擇三角掛籃為施工掛籃。若三角掛籃中任何構件之間不穩定或強度達不到要求，在澆筑混凝土后掛籃將產生部分位移，影響到橋梁的線性與內力變化，倘若變形量過大，將嚴重影響橋梁的工程質量。本文結合工程實例對三角掛籃結構進行安全檢算，確保三角掛籃結構構件的質量與安全，為橋梁的順利合攏、橋梁的施工質量奠定良好的基礎。

1 三角掛籃簡介

1.1 三角掛籃結構組成 三角掛籃主要有承重結構、懸吊系統、行走系統、錨固系統、模板系統與施工張拉平臺等組成。其結構如圖1所示。

圖1 三角掛籃工程簡圖

1.2 三角掛籃受力分析 三角掛籃中吊桿與拉桿主要受軸向力，前后橫梁、縱梁主要承受彎矩、剪力，底籃的強度將嚴重影響橋梁結構的線性與質量，故需對底籃的縱梁進行檢算；懸吊系統主要受彎矩與剪力，其中內外滑梁是模板系統中模板架設的基礎，并將荷載傳遞至主梁，如果內外滑梁強度達不到要求，則模板將無法按照要求進行合適安裝、荷載無法有效正確地傳遞，更無法確保工程質量，甚至危及施工質量，故尚需對內外滑梁進行檢算，繼而確保箱梁工程質量。

2 1#底模縱梁受力計算

2.1 荷載計算 1#縱梁是放置在腹板范圍內的縱梁，且也是受力最不利處，選擇承受力較大的一根進行荷載計算及驗算〔2〕。

1）腹板含倒角以上混凝土產生荷載p1=94.84 kN/m2；

2）腹板上傾倒、振搗混凝土及人群荷載p2=5+2.5=7.5 kN/m2；

3）底板混凝土+底模模板產生荷載

則1#縱梁上所承受的均布荷載為：

2.2 1#底模縱梁強度檢算 1#底模縱梁主要由3根Q 235的I 28 b組成。根據掛籃的結構圖，掛籃的底模縱梁有限元計算模型如圖2所示。按照恒載和活載進行荷載的施加，計算出1#底模縱梁的彎矩圖（圖3）、剪力圖（圖4）及上、下緣應力圖（圖5、圖6）與位移圖（圖7）。

圖2 1#底模縱梁有限元計算模型

圖3 1#底模縱梁彎矩圖（kN·m）

圖4 1#底模縱梁剪力圖（kN）

圖5 1#底模縱梁上緣應力圖（KPa）

圖6 1#底模縱梁下緣應力圖（KPa）

圖7 1#底模縱梁位移圖（m）

經有限元模擬計算可知：

最大正應力：σ=129.8 MPa＜140 MPa；結構滿足強度要求；

最大剪應力（右端截面）：τ=8.8 MPa＜80 MPa；結構滿足強度要求〔3〕；

最大位移：Δ=0.015 m≥L/400=5.7/400=0.015 m；結構滿足規范要求〔4〕。

3 2#底模縱梁受力計算

3.1 荷載計算 2#縱梁為放置在掛籃底板范圍內的縱梁，在本文中將選擇承受力較大的結構進行分析，即距離腹板較近的一根進行荷載計算及驗算。則2#縱梁上所承受的均布荷載

3.2 2#底模縱梁強度檢算 2#底模縱梁主要由2根Q 235的I 28 b組成。通過有限元軟件計算可知：

最大正應力：σ=54.69 MPa＜140 MPa；結構滿足強度要求；

最大剪應力（右端截面）：τ=3.69 MPa＜80 MPa；結構滿足強度要求；

最大位移：Δ=6 mm＜L/400=5 700/400=14 mm；結構滿足規范要求。

4 外滑梁受力計算

外滑梁所采用2 根［36a 組成，側模所有荷載承受在長度為4 m的梁上，在澆筑工況時，外滑梁主要承受側模、翼緣板混凝土、傾倒、振搗混凝土4 種荷載，此時計算跨度為4 m。故外滑梁荷載計算：

1）側模產生荷載

2）翼緣板混凝土產生荷載

q2=1.2×4.064×26÷4=31.70 kN/m；

3）傾倒、振搗混凝土及人群荷載

q3=1.4×（2.54×4）×（2.5+5.0）÷4=26.67 kN/m。

4.1 澆筑工況 外滑梁所受荷載：q0=q1+q2+q3=72.5 kN/m。單根［36a 承受荷載為：=36.35 kN/m，計算跨度4.0 m。荷載按恒載和活載分別施加。

通過有限元軟件計算可知：

最大正應力：σ=109.9 MPa＜［σw］=140 MPa；結構滿足強度要求；

最大剪應力：τ=11.9 MPa＜80 MPa；結構滿足強度要求；

最大位移：Δ=5 mm＜L/400=4 000/400=10 mm；結構滿足規范要求。

4.2 走行工況外滑梁所受荷載 外滑梁所受荷載q0=14.13 kN/m。每根［36a所受荷載：=7.065 kN/m，側模加載長度為4.0 m。通過有限元軟件計算可知：

最大正應力：σ=50.08 MPa＜［σw］=140 MPa；結構滿足強度要求；

最大剪應力：τ=3.55 MPa＜80 MPa；結構滿足強度要求；

最大位移：Δ=9 mm＜L/400=8 750/400=22 mm；結構滿足規范要求。

5 結論

通過上述的數值模擬計算得出數據與規范容許值進行對比分析可知：

1）對三角掛籃的1#底模縱梁進行荷載分析，計算出1#底模縱梁的最大正應力、最大剪應力與最大位移均小于規范規定的容許值，結構滿足規范要求。

2）對三角掛籃的2#底模縱梁進行荷載分析，計算出2#底模縱梁的最大正應力、最大剪應力與最大位移均小于規范規定的容許值，結構滿足規范要求。

3）對三角掛籃的外滑梁進行荷載分析，根據澆筑工況與走行工況兩種不同條件下進行計算，得出不論在澆筑工況與走行工況下，外滑梁的的最大正應力、最大剪應力與最大位移均小于規范規定的容許值，結構滿足規范要求；結構安全，可確保施工質量。

〔1〕（60 m+96 m+60 m）預應力混凝土連續梁（雙線）施工圖設計.

〔2〕張裕超，張磊.懸臂施工中三角掛籃的結構計算與安全檢算.北方交通，2012（6）：95-100.

〔3〕中華人民共和國行業標準《鐵路橋梁鋼結構設計規范》（TB 10002.2-2005）.中鐵大橋勘察設計院有限公司，2005.

〔4〕中華人民共和國行業標準《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預應力混凝土結構設計規范》（TB 10002.3-2005）.中華人民共和國鐵道部，2005.