6I56a型新型掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

劉小玉

(中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

橋梁現(xiàn)澆施工中，掛籃現(xiàn)澆施工是一種常見的施工方法，針對(duì)掛籃的設(shè)計(jì)和施工研究成果較多，這些解決了實(shí)踐中的諸多問題[1-4]。本文以鄭州南站匝道橋(40+70+40)m為工程背景，設(shè)計(jì)了一種利用既有6I56a型鋼和鋼板組焊拼裝而成的主梁作為承重體系的掛籃，有效解決了該橋懸灌現(xiàn)澆施工中掛籃的限高問題，為類似工程提供借鑒。

1 工程概況

鄭州南站匝道橋主橋橋跨布置(40+70+40)m，單幅主梁采用雙箱雙室箱形截面，三向預(yù)應(yīng)力體系，采用掛籃懸臂澆筑施工，箱梁頂板寬16.5 m，底板寬11.5 m，懸澆1#～9#段，節(jié)段長(zhǎng)度有兩種：3.5 m、4.0 m，邊跨、中跨合龍段長(zhǎng)度為2.0 m。由于該橋頂部臨近高壓電線，掛籃的高度受到限制，要求掛籃高度不超過3.0 m，使得傳統(tǒng)的菱形掛籃不適應(yīng)于本項(xiàng)目需要，需要設(shè)計(jì)新型的掛籃結(jié)構(gòu)以滿足施工需要。

2 掛籃的設(shè)計(jì)

2.1 整體設(shè)計(jì)

本橋施工掛籃由主梁承重系統(tǒng)、底籃、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、平臺(tái)系統(tǒng)及模板系統(tǒng)等部分組成。如圖1所示，掛籃主梁承重系統(tǒng)由6I56a和鋼板焊接而成，前上橫梁由2I45普通熱軋工字鋼組成，底模前、后橫梁由2[40a普通熱軋槽鋼組成，底?？v梁由I32a普通熱軋工字鋼組成，外模吊梁由雙2[36b普通熱軋槽鋼組成，內(nèi)模吊梁由2[36b普通熱軋槽鋼組成，底模吊帶由(200 mm×30 mm)鋼板組成，其它吊桿采用?32 mm精軋螺紋鋼。

圖1 掛籃結(jié)構(gòu)(單位：mm)

該掛籃采用6I56a型鋼組合梁結(jié)構(gòu)替代了原來的菱形主桁架結(jié)構(gòu)，在保證安全的情況下，降低了掛籃的標(biāo)高，使得掛籃主梁頂面至混凝土梁頂面高度降為2.7 m，滿足了工程的實(shí)際需要。

2.2 6I56a型鋼組合梁結(jié)構(gòu)

主梁采用6根I56a工字鋼和14 mm鋼板進(jìn)行焊接組合成一個(gè)穩(wěn)定的箱形結(jié)構(gòu)，并在支座位置焊肋板，提高局部穩(wěn)定性。

主梁結(jié)構(gòu)的具體加工方法：取現(xiàn)有的兩個(gè)三拼I56焊組件，采用冷切割，把三拼I56a其中一個(gè)I56a分割開，分別把2I56a和I56a上下兩層焊接牢固(注：前后支座位置需抵抗很大的反力，焊接10 mm厚的肋板，間隔距離為150 mm)；把2I56a和I56a上下兩層焊接牢固后，重新拼裝到一起，在翼緣切割損傷部位，加焊綴板；在拼好的6I56a兩側(cè)分別焊14 mm的鋼板，組成一個(gè)穩(wěn)定的箱形結(jié)構(gòu)。該箱形結(jié)構(gòu)作為掛籃的主梁，替代了傳統(tǒng)掛籃的菱形桁架結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

圖2 6I56a箱型結(jié)構(gòu)

3 數(shù)值模擬分析

3.1 建立計(jì)算模型

3.1.1 材料參數(shù)

6I56a型掛籃主梁采用6I56a型鋼與鋼板組焊而成的箱形結(jié)構(gòu)，其前后橫梁、底縱梁、前托梁、后托梁、內(nèi)滑梁均采用型鋼組合而成，材料均為Q235B。吊桿和錨固構(gòu)件均采用?32 mm精軋螺紋鋼，銷子采用40Cr鋼。吊帶采用帶孔鋼板，材料均為Q345B。各種鋼材的物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 掛籃材料參數(shù)

3.1.2 載荷分析

(1)現(xiàn)澆梁自重：混凝土重度取26 kN/m3；考慮到混凝土施工脹模而出現(xiàn)超載，取超載系數(shù)為1.1。

(2)施工過程中人員和機(jī)具產(chǎn)生的活荷載：驗(yàn)算模板時(shí)按照2.5 kN/m2取值，驗(yàn)算模板下的支撐梁時(shí)按照1.5 kN/m2取值。

(3)施工過程中振搗混凝土產(chǎn)生的荷載：驗(yàn)算水平模板時(shí)，按照2.0 kN/m2取值；驗(yàn)算側(cè)模時(shí)按照4.0 kN/m2取值；傾倒混凝土對(duì)側(cè)模板產(chǎn)生水平?jīng)_擊載荷按照6.0 kN/m2取值。

(4) 掛籃走行沖擊系數(shù)：按照1.1取值。

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用Midas軟件進(jìn)行整體建模分析。

3.2 計(jì)算結(jié)果分析

采用有限元對(duì)掛籃在施工過程中的各個(gè)工況進(jìn)行了數(shù)值分析，驗(yàn)算了掛籃的安全性。

采用有限元對(duì)懸臂澆筑過程中混凝土澆筑、掛籃走行和掛籃倒退工況進(jìn)行了模擬，確定了施工過程中最不利的施工工況，結(jié)果如圖3所示。得出各個(gè)部件最不利的應(yīng)力及所處的工況，如表2所示。

表2 主結(jié)構(gòu)計(jì)算結(jié)果

圖3 掛籃澆筑、走行、倒退模擬工況

研究結(jié)果表明：6I56a型主梁結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大值出現(xiàn)在澆筑工況，最大應(yīng)力為130.3 MPa，最大變形也出現(xiàn)在澆筑工況，最大變形為17.0 mm。

4 現(xiàn)場(chǎng)施工情況

本橋施工掛籃采用6I56a型鋼和鋼板組焊箱形結(jié)構(gòu)作為主梁后，滿足了現(xiàn)場(chǎng)施工的限高要求，現(xiàn)場(chǎng)施工情況如圖4所示。在整個(gè)施工過程，掛籃工作正常，表明了掛籃設(shè)計(jì)的合理性。

圖4 掛籃現(xiàn)場(chǎng)施工

5 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土懸臂澆筑時(shí)掛籃高度受限的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了一種6I56a型新型掛籃，采用6I56a型鋼組合梁替代了傳統(tǒng)掛籃的菱形桁架結(jié)構(gòu)，滿足了施工中限高的要求。采用有限元對(duì)新型掛籃在懸臂澆筑施工過程中的不同施工工況進(jìn)行了數(shù)值仿真，計(jì)算結(jié)果與施工實(shí)踐表明，新型掛籃的強(qiáng)度、變形均滿足要求。