掛籃整體建模與單獨桿件計算結果的對比分析

楊寶輝

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，四川 成都 610000）

掛籃整體建模與單獨桿件計算結果的對比分析

楊寶輝

（中鐵三局集團橋隧工程有限公司，四川 成都 610000）

結合杭長客專長沙繞城高速立交特大橋連續梁（60 m＋4×100 m＋60 m）掛籃的施工實踐，介紹了本橋輕型掛籃的結構設計。著重從掛籃的整體建模分析結果與手算結果的對比得出掛籃桿件簡化計算的力學模型，為同類橋梁掛籃受力分析提供一定的借鑒。

掛籃；整體建模；手算；力學模型

1 工程總體概述

杭長客運專線HCHNII標長沙繞城高速立交特大橋位于長沙市雨花區，全橋布置為6－32 m簡支箱梁＋2－24 m簡支箱梁＋1－32 m簡支箱梁＋（60＋4×100＋60）m連續連＋1－32 m簡支箱梁＋1－24 m簡支箱梁，主橋跨越市政道路和繞城高速李家塘互通，其中，跨繞城高速連續梁跨度為60 m＋4×100 m＋60 m。

2 掛籃設計介紹

本掛籃是為杭長客專長沙繞城高速立交特大橋連續梁（60＋4×100＋60）而設計，掛籃形式為菱式。掛籃走行為整體移動，一次性到位。主吊帶、滑梁吊帶為16Mn鋼板制作，底主錨為φ70 mm絲杠，后錨為φ25 mm精軋螺紋，其余懸吊錨固桿均為φ32 mm精軋螺紋鋼。為節省成本及操作輕便，掛籃設計自重為49 t，為輕型組合式掛籃。為提高橋梁懸灌質量，掛籃組合位移控制在20 mm以內。掛籃總圖見圖1.

2.1 掛籃設計控制指標：利用系數

掛籃設計的主要控制指標為：掛籃的總用鋼量與最大塊之比值K1、主桁架用鋼量與最大塊件質量之比值K2。K1值越低，表示整個掛籃設計越合理；K2值越低，表示掛籃承重構件的受力越合理，即使用材料越節省。國內外對掛籃所用材料數量常用一個系數，即掛籃利用系數來表示：掛籃利用系數＝澆筑最大梁段混凝土重/掛籃總重.

本掛籃的利用系數如下：

澆筑最大梁段混凝土質量：159.625 t（4#段）；

掛籃總重：49 t；

利用系數：159.625/49＝3.26.

2.2 掛籃構造

本掛籃由主桁系、底模系、外模系、內模系、前吊系、底錨系、走行系和施工平臺組成。

圖1 繞城高速立交特大橋連續梁菱形掛籃總圖（單位：mm）

2.2.1 主桁系

兩主桁位于橋面豎向預應力筋位置（L＝6 100 mm）。主桁系是掛籃主要受力構件，在懸灌施工中主要承受底模系傳來的豎向拉力。主桁系由4根桿件鉸接構成，外型呈菱形。各桿由型鋼和板焊成，2×[32a槽鋼及10mm厚綴板，各桿件通過銷子鉸接在各節點塊上。兩片主桁通過前橫梁和主桁橫聯構成整體。主桁片通過活動滑座座在滑軌上，后端通過反扣裝置扣在滑軌后端，灌注時用豎向預應力筋和錨梁把主平桿后結點錨固在橋面上，以平衡前部底模的豎向拉力。

2.2.2 底模系

底模系位于懸灌箱梁底部，是掛籃主要受力構件，承受箱梁懸灌施工荷載。底模系由前后托梁及各縱梁、工作梁及上模板組成，與砼接觸處輔制上模板。上模板為8 mm面板。底模系前吊帶懸掛在前橫梁上，后托梁由2個底錨錨固在已成梁段上。后托梁兩端由2根吊桿懸掛在已成梁段翼板上，另有2根吊桿吊在外滑梁，承吊底模以便走行。

2.2.3 外模系

外模系主要承受腹板砼產生的側壓力及翼板砼荷載。外側模為一整體。外模系主要靠滑梁承吊。側模開有對拉筋孔，以連接2片側模和內模，可抵抗腹板砼的側壓力，又可保證側模與已成梁段的很好密合。側模為桁架式，以提高剛度。

2.2.4 內模系

內模系主要承受頂板砼荷載，通過2根內滑梁懸吊在前橫梁和已成梁段上。內模分2塊，可隨腹板厚度進行調節。

2.2.5 前吊系

前吊系為16Mn鋼制板帶，承受底模前部拉力。吊帶分單吊帶和雙吊帶，用銷子連接。上部承吊在前橫梁上，下部鉸接在前托梁上，隨梁高變化用千斤頂提升底模變換孔距，以調整底模高度。高度調整主要靠吊帶上的銷孔，微調可用千斤頂調節。

2.2.6 底錨系

底錨系位于底模后托梁和已成梁段底板上，主要承受底模系后部拉力。底錨桿通過預留孔把后托梁錨固在已成梁段上。中錨采用Φ32精軋螺紋鋼錨固，其主要作用是保險和密封底模、已成梁段。

2.2.7 走行系

走行系橋面部分主要由滑軌、活動滑座、反扣裝置、懸吊平斜桿和千斤頂頂座構成。走行時活動滑座坐在滑軌上，后部由反扣輪掛在滑軌上，整體穩定。在滑軌上固定液壓頂頂座，通過液壓頂頂推活動滑座使整個掛籃順滑軌前行。

走行系橋面以下部分為4根滑梁和滑梁后吊輪。后吊輪懸掛在已成梁段和滑梁上。掛籃走行時內模、外模、底模和主桁同步前行，滑梁通過后吊輪向前滑動。

2.2.8 施工平臺

施工平臺分前施工平臺、底施工平臺和側模工作平臺。前施工平臺主要方便施工人員漲拉、調整底模高度用。底施工平臺主要用于底錨的拆裝及箱梁底面的砼表面處理。側工作平臺主要用于處理側面砼和滑梁吊輪的拆卸。本掛籃只設計底工作臺、底模側工作臺，底模前工作臺和主桁上工作臺可現場采用螺紋鋼或其他型鋼件臨時焊接。

3 掛籃整體建模分析與手算分析結果對比

3.1 掛籃計算參數

掛籃計算參數如下：

混凝土容重：26.5 kN/m3；

混凝土超灌系數：1.05；

動載系數：1.2；

模板自重：外模系取12 t，內模系取4 t；

施工人員及施工機具荷載：2.5 kN/m2。

3.2 荷載計算

箱梁荷載的施工方式：以4#段為例，沿橋縱向截1 m計算其線荷載。兩側翼緣荷載由外滑梁分擔，兩側腹板荷載由邊縱梁分擔，頂板荷載由內滑梁分擔，底板荷載由中縱梁分擔。

模板荷載：外模荷載以均布荷載施加于外滑梁，內模荷載以均布荷載施加于內滑梁。

圖2 計算模型圖

3.3 有限元模型

用有限元軟件MIDAS/CIVIL2010對掛籃進行三維仿真分析，吊桿用桁架單元模擬，其余桿件用梁單元模擬。主桁架與已施工梁段錨固處分別施加固定和豎向約束，其他節點為鉸結。空間結構計算模型如圖2所示。

圖3 前托梁支反力計算圖（單位：mm）

3.4 手算力學模型

縱梁、內外滑、前橫梁按簡支梁計算，托梁按連續梁計算，主桁按桁架的計算模型計算。下面就前托梁計算過程為例介紹手算的方法。前托梁受力計算圖如圖3所示。輪流單獨地放松各節點、逐次進行彎矩分配和傳遞，過程詳見表1.根據力平衡條件求得：VA＝VD＝109.8 kN，VB＝VC＝382.4 kN。

表1 彎矩分配法

表2 計算結果（灌筑混凝土工況）

圖4 前托梁彎矩圖（單位：kN·m）

根據彎矩分配法得知最大彎矩：M＝123.2 kN·m。

前托梁彎矩圖如圖4所示。

疊加梁的自重：G＝13.065 kN。

得出支反力：RA＝RD＝113.1 kN，RB＝RC＝385.7 kN。

截面變化處的彎矩為：M＝85.84 kN·m。

強度校核：

4 2種方法分析結果對比

2種方法分析結果對比情況如表2所示。

5 結束語

通過采用2種計算模型對長沙繞城高速立交特大橋連續梁（60＋4×100＋60）m菱形掛籃進行計算分析，并對比結果得到如下結論：①縱梁、滑梁、前橫梁簡化為簡支梁的力學計算模型是合理的；②前后托梁簡化為連續梁時，與三維仿真模擬有較大差別；③主桁簡化為桁架結構計算。

［1］路橋集團第一公路工程局，湖南省公路橋梁建設總公司，四川路橋建設集團有限公司.JTJ 041—2000公路橋涵施工技術規范［S］.北京：人民交通出版社，2000.

［2］陳偉，李明.橋梁施工臨時結構設計［M］.北京：中國鐵道出版社，2002.

［3］北京鋼鐵設計研究總院，重慶大學，西安建筑科技大學，等.GB 50017—2003鋼結構設計規范［S］.北京：中國建筑工業出版社，2003.

U445.4

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2018.01.009

2095－6835（2018）01－0009－03

楊寶輝（1983—），男，本科，研究方向為現場技術管理創新。

〔編輯：劉曉芳〕