三角掛籃驗算在某大橋工程中的應用

方臻明 張建強

(1.平湖市公路管理段，浙江嘉興 314000; 2.安吉縣公路管理局，浙江安吉 313300)

1 橋梁概述

安吉縣省道某大橋上部結構主橋為變截面現澆預應力混凝土連續箱梁，連續箱梁采用懸臂三角掛籃施工，三角掛籃分主桁、前、后橫梁、底籃縱梁、前托梁、后托梁、懸吊及模板，材料均采用Q235組合型鋼，懸吊和錨固等吊桿采用φ32精軋螺紋粗鋼筋，銷軸采用45號鋼。

2 計算參數

2.1 計算原則

按照JTJ 025-86公路橋涵鋼結構及木結構設計規范容許應力法計算，取臨時結構設計參數。

2.2 荷載取值

1)主梁混凝土容重:26 kN/m3;2)混凝土超載(脹模)系數:1.05;3)人群及機具荷載:2.5 kPa;4)傾倒和振搗混凝土產生的荷載:2.5 kPa;5)模板荷載:120 kN;6)風荷載:0.5 kPa;7)溫度荷載:系統初始溫度20℃，最終升溫至40℃，降溫至10℃。

2.3 材料參數

規格:Q235;彈性模量:206 000 MPa;鋼材容許軸向應力:140 MPa;鋼材容許彎曲應力:145 MPa;鋼材容許剪應力:85 MPa;熱膨脹系數:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規格:精軋螺紋鋼;彈性模量:200 000 MPa;軸向應力設計值:770 MPa;熱膨脹系數:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規格:45 號鋼;彈性模量:206 000 MPa;鋼材容許軸向應力:210 MPa;鋼材容許彎曲應力:220 MPa;鋼材容許剪應力:125 MPa;熱膨脹系數:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。規格:40Cr;彈性模量:206 000 MPa;屈服強度:540 MPa，容許應力:540/1.7=318 MPa;容許剪應力:318/1.7=187 MPa;熱膨脹系數:0.000 012;容重:78.5 kN/m3。

注:1)JTJ 025-86材料容許應力按規范取值;根據第1.2.10條，臨時結構容許應力應乘以提高系數κ=1.3。2)40Cr材料參數按《機械設計手冊》中的要求取值，容許彎曲應力=屈服應力/1.7，容許剪應力=容許彎曲應力/1.7，臨時結構容許應力應乘以提高系數 κ=1.3。

3 1號節段澆筑混凝土時掛籃的計算模型

選取掛籃施工最不利工況1號節段施工工況。

掛籃采用MIDAS Civil有限元軟件進行空間建模分析，計算模型如圖1所示，共133個節點，151個梁單元，16個桁架單元，29個板單元。

圖1 空間建模分析計算模型

4 1號節段澆筑混凝土時掛籃的計算分析

4.1 底籃結構參數及應力計算結果分析

底籃前托梁采用雙拼工字鋼45號，底籃后托梁采用雙拼工字鋼45號，底籃普通縱梁采用工字鋼24根25a，加強橫梁采用槽鋼10號，上鋪設5 mm厚6 m寬鋼板，所有構件均采用Q235鋼。

梁單元組合應力最大拉應力為35.6 MPa、最大壓應力為35.6 MPa，均小于抗拉和抗壓強度設計值 145 ×1.3=188.5 MPa，滿足規范要求。在單元局部坐標系y軸方向，基本不產生剪力Qy。在單元局部坐標系z軸方向，剪力Qz產生的最大剪應力為9.4 MPa，小于剪應力設計值85 ×1.3=110.5 MPa，滿足規范要求。

4.2 掛籃主支撐體系構件參數及應力計算結果

主桁架采用2根40b槽鋼拼焊而成，橫向聯接桁架均采用槽鋼16，所有構件均采用Q235鋼。

梁單元組合應力最大拉應力為138.6 MPa、最大壓應力為140.6 MPa，均小于抗拉和抗壓強度設計值 145 ×1.3=188.5 MPa，在單元局部坐標系 x軸方向，產生的最大軸向拉應力為43.3 MPa，最大軸向壓應力為53.6 MPa，小于軸向應力設計值140×1.3=182 MPa，在單元局部坐標系z軸方向，剪力Qz產生的最大剪應力為 37.4 MPa，小于剪應力設計值 85×1.3=110.5 MPa，均滿足規范要求。

4.3 精軋螺紋鋼應力和位移計算結果

精軋螺紋鋼直徑為32，最大軸向拉應力為177.3 MPa，小于抗拉強度設計值770 MPa，滿足規范要求。

精軋螺紋鋼直徑豎向最大位移為22.3 mm，而由于節段混凝土自重、模板、支架等引起的豎向位移為19.9 mm，數值偏大，建議進行加強，避免因為精軋螺紋鋼剛度不足引起位移控制偏差。

5 澆筑混凝土時掛籃銷軸校核計算

5.1 后斜拉帶與主梁的連接銷軸

后斜拉帶與主梁的連接銷采用φ100，銷子材質為40Cr。銷子承受的最大剪力:

最大剪應力:

銷子承受的最大彎應力:

5.2 前斜拉帶與主梁的連接銷子

前斜拉帶與主梁的連接銷采用φ100，銷子材質為40Cr。

銷子承受的最大剪力:

最大剪應力:

銷子承受的最大彎應力:

5.3 斜拉帶與立柱的連接銷子

斜拉帶與立柱連接銷采用φ100，銷子材質為40Cr，銷子主要承受剪力，前、后斜拉帶對其造成的彎曲應力極小，最大剪力與后斜拉帶與主梁的連接銷子φ100相同，所以銷子強度是安全的，此處無需校核。

5.4 主梁后錨

主梁后錨取最不利的荷載491.3 kN，采用φ32的精軋螺紋鋼。

最大軸向應力:

6 掛籃空載前移時最不利情況下計算分析

掛籃空載前移動時，最不利情況為內滑梁處于最大的簡支狀態，主梁靠前支撐點和行走小車與主梁的連接銷兩個支點支撐。

行走小車自身各構件、行走滑軌、錨定行走滑軌的軌道錨梁以及精軋螺紋鋼。本處選擇極為重要和較為薄弱的后錨部件進行計算。

1)應力計算結果(不包括精軋螺紋鋼)。

梁單元組合應力的最大拉應力為23.9 MPa，最大壓應力為39.2 MPa，小于抗拉和抗壓強度設計值145 ×1.3=188.5 MPa，滿足規范要求。在單元局部坐標系z軸方向，剪力Qz產生的最大剪應力為 64.4 MPa，小于剪應力設計值 85 ×1.3=110.5 MPa，滿足規范要求。

2)精軋螺紋鋼應力計算結果。

精軋螺紋鋼直徑為32，最大軸向拉應力為23.3 MPa，小于抗拉強度設計值770 MPa，滿足規范要求。

7 結論與建議

經計算復核，三角掛籃的計算結果滿足規范要求。伴隨著國家公路迅速發展，對如何選擇合理的工藝，提高工程質量，降低施工成本的需求越大，掛籃設計需要考慮安全可靠，受力合理，結構輕巧，便于加工等。安吉某大橋正是其中典型，為跨江河等水上施工的橋梁建設提供了寶貴的經驗，總結出諸多可行性施工方案，為跨江河的公路橋梁發展作出了巨大貢獻。