连续梁挂篮改造及封闭防护技术.pdf

・中铁十八局集团有限公司专版・连续梁挂篮改造及封闭防护技术宋文华（中铁十八局集团第三工程有限公司河北涿州０７２７５０）摘要通过工程实例，介绍在现有三角挂篮基础上进行的挂篮改造以及封闭防护设计，通过建立模型进行受力验算，圆满完成连续梁悬臂施工任务，供类似连续梁工程施工借鉴。关键词连续梁挂篮改造封闭防护设计计算工况中图分类号Ｕ４４５．４６６文献标识码Ｂ———文章编号１００９４５３９（２０１３）０４００９４０５ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＢｅａｍＨａｎｇｉｎｇＢａｓｋｅｔＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄＣｌｏｓｅｄＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｏｎｇＷｅｎｈｕａ（ＣｈｉｎａＲａｉｌｗａｙ“１８ＢｕｒｅａｕＧｒｏｕｐＣｏ．Ｌｔｄ．，Ｚｈｕｏｚｈｏｕ０７２７５０。Ｃｈｉｎａ）ＡｂｓｔｒａｃｔＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｅｘａｍｐｌｅｓ，ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｈａｎｇｉｎｇｂａｓｋｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｃｌｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎＯＲｔｈｅｂａｓｅｏｆｅｘｉｓｔｉｎｇｔｒｉａｎｇｌｅｈａｎｇｉｎｇｂａｓｋｅｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｍｏｄｅｌｓｔｒｅｓｓｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｃａｎｔｉｌｅｖｅｒｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｔａｓｋｓｉｓｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙｃｏｍｐｌｅｔｅｄｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｅａｍ；ｈａｎｇｉｎｇｂａｓｋｅｔｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ；ｃｌｏｓｅｄｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ；ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｄｉｔｉｏｎ。，．一高速公路和津滨轻轨作为天津市塘沽区的交通主１５ｌ菌干道，行车密度较大，为不影响津滨轻轨和唐津高在市场经济中，随着施工企业竞争的加剧，在速公路的正常行车，连续梁施工采用挂篮悬臂浇进行连续梁悬臂施工时低成本的三角挂篮对施工筑，同时对挂篮采取全封闭防护措施，防止杂物坠经费不足的施工企业来讲具有极大地吸引力。三落及污水渗漏到既有线路上。苎兰鼍嘿要暨曼材圭詈塑竺塑要鬻蔓，型３方案选定节省、加工量较少，而且加工的部分大多是小件，对………型钢的破坏极少，这就意味着整个挂篮的回收价值施工现场现有一套７０ｍ跨径的连续梁三角挂较高。针对不同跨度和梁宽的连续梁，可对挂篮部篮，通过对比跨径为７０ｍ和１２８ｍ连续梁施工图分受力杆件的尺寸和形式进行适当调整，可以很好纸，综合考虑梁块的最大长度和最大重量，本着节地解决挂篮利用率低的问题。约生产成本，缩短模板制作周期，加快施工进度的原则，现场技术人员对现有三角挂篮和模板进行改２工程概况造，并增加封闭防护措施，通过受力分析确保挂篮跨唐津高速及津滨轻轨连续梁跨度形式为各杆件满足受力要求，从而满足１２８ｍ跨径连续梁（８０．６＋１２８＋８０．６）ｍ，梁体采用单箱单室、变高度、的封闭挂篮悬臂施工。变截面直腹板预应力混凝土连续箱梁结构形式。４三角挂篮改造和封闭防护设计该连续梁上跨唐津高速公路和津滨轻轨，唐津——４．１三角挂篮结构形式——收稿日期：２０１３０１１０三角挂篮结构通常由主桁架系统、底模平台系９４铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３ｆ４Ｊ万方数据・中铁十八局集团有限公司专版・统、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成，总体结构见图１。主桁架系统：由三角形主桁架、横向联结系组成。底模平台：由底模板、纵梁、横梁组成。ａ．横断面模板系统：采用钢模板拼组而成。悬吊系统：采用吊带和吊杆相结合的方式。锚固系统：由后锚横梁、后锚扁担梁和锚杆组成。走行系统：包括走行梁、牵引设备等。图１挂篮总体结构４．２三角挂篮改造通过对比７０１７１和１２８ｍ连续梁施工图纸，１２８ｍ跨径连续梁可采用７０ｍ挂篮原设计外形结构，但是由于两种连续梁在梁段长度、高度、底板宽度、竖墙倒角半径、梁段重量等方面上均存在差异，故对现有挂篮进行局部改造，使之满足新建连续梁的使用要求。挂篮改造过程中，对于局部应力超过材料屈服强度的部位予以补强，常用的补强方式有：加焊钢板，增加钢板有效厚度；增设加劲肋，避免发生面屈曲；对应力集中效应明显处改善局部构造；当结构局部应力较大时，可改变构件截面形式或更换较大规格的杆件ＨＪ。由于两个连续梁几何尺寸上的差异，挂篮外侧模、内模框架需重新购置。（１）挂篮需改制的构件①悬吊系统：前上横梁、前吊带；②底模平台：底模前、后横梁、底模板；③横向连接系：横联上弦杆、横联下弦杆；④主桁后锚：后锚扁担梁。（２）挂篮新制构件①模板系统：外侧模、内模框架；②后锚：后锚横梁；铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹｂ．纵断面③底模平台：纵梁；④主桁架：支座连接角钢；⑤悬吊系统：吊带连接销轴、前吊带、吊带连接板。挂篮在改造过程中充分考虑了主要受力杆件的安全系数，使之具有足够的安全储备，避免因个别杆件受力变形而造成挂篮整体失稳。同时在挂篮拼装完成后正式投入施工前对挂篮三角结构及悬吊系统进行预压试验，认真检查挂篮各受力杆件是否变形，确保挂篮各部件均满足受力要求。４．３挂篮封闭防护系统设计挂篮封闭防护系统跟挂篮联接形成一个整体，封闭系统底部与挂篮操作平台相结合，整个防护系统随挂篮移动整体推进，推进过程中封闭防护系统内可以安排相应的工序进行施工Ｌ２１。挂篮封闭防护系统设计具体内容：（１）封闭防护系统宽度为１３ｍ，长度为９ｍ，封闭高度高于梁面０．５ｍ，封闭防护系统均将整个挂篮施工各个阶段均包含在内。（２）封闭防护系统底板由横梁、纵梁、封闭钢板组成，用于支撑整个挂篮封闭防护体系。底板横梁有三道，每道横梁采用长度为１３ｍ的２［２８ｂ槽钢２０１３１４）９５万方数据・中铁十八局集团有限公司专版・焊接而成。底板纵梁为５道１２０工字钢，并在横梁间按０．６ｍ间距焊接４０咖×４０ｍｍｘ５ｍｍ方钢作为分布梁（端部用４０ｍｍｘ４０ｍｍｘ５ｍｍ角钢斜撑加固）。横梁、纵梁焊接拼装完成后在纵梁上面满铺２～３ｍｍ的钢板，钢板间接缝进行满焊，要求焊缝饱满，确保焊接牢固、无缝隙、无渗漏。（３）封闭防护系统底板外檐四周采用／＿＿５０×７０×５（ｍｍ）角钢作为防护骨架基础。防护骨架竖向采用／４５×４５×５（ｍｍ）角钢，水平布置间距１．０ｍ的４０ｍｍｘ４０ｍｍ×５ｍｍ方钢与角钢形成整体防护骨架。在方钢、角钢组成的防护骨架内侧铺设５０ｘ５０ｎｌｍ的钢丝网，连接方式采用焊接。同时为防止细小的杂物从钢丝网滑落，在钢丝网上面再挂设一层钢丝密目网。（４）防护骨架底部设置高１ｍ的踢脚钢板，踢脚钢板与防护骨架固定牢固，以防止小杂物坠落或崩出。∞（５）整个封闭防护系统利用６根２的精轧螺纹钢将底板３道钢横梁悬吊固定在挂篮前横梁、中间外挑斜拉杆及新制作的后扁担梁上，同时使用短精轧螺纹钢将底横梁（吊点间距小于３．５ｍ）与挂篮…．刎ｌ瓤／＼绷脸＼一扁担粱吊杆ｊ前横粱吊杆．／昌量．—。ｆ－ｂ．ＮＩＩ幅函：．：／、Ａ７＼自砂∥’爿ＩＸ曳弋甘］１ｌ一／３）＜：Ｘ＜Ｘ三＞＜孓，：叉Ｘ又Ｊ二≮喝，ｌ≥≮＞＜Ⅲ－～ｕｍｌｌ旧一ｋ一蜀父０＜ｋ又孓’０、．，／ｙ哭队ｉ／、，＼／＼。排水ｊＪ－６３５１Ｖ１５莉用巾３２的精轧螺纹钢＼将挂篮底横粱和’笪旷Ｉ】４３０ｉ—１聂寸～＼封用设施展横装连接固定底模连接在一起，起到悬吊固定作用，确保整个封闭防护系统与挂篮形成一个整体，并随挂篮同步移动。对吊点位置的槽钢或工字钢使用钢板进行加强，防止钢材局部变形、受损，并借助钢丝绳辅助精轧螺纹钢受力，增加保险系数。在封闭挂篮悬臂施工整个过程，由专人对挂篮封闭系统及挂篮自身悬吊用的由３２精轧螺纹钢定期检查，如发现变形或螺纹脱落的情况及时更换精轧螺纹钢，并在精轧螺纹钢上涂防锈漆进行保护。（６）施工中为保证挂篮封闭后的积水不进入轻轨接触网限界内，将封闭防护系统底部进行密封处理，并在远离既有线路侧安装排水管进行集中排水。（７）为防止挂篮底部与轻轨接触网产生感应电流，在挂篮封闭防护系统的底板上涂刷绝缘漆，并进行电阻测试，确保整个挂篮底部绝缘。（８）为防止雷雨天发生放电事故，在挂篮上设置接地线（截面积大于５０ｍｌｎ２的铜绞线），接地线顺已浇筑完成的桥面敷设，与连续梁主墩承台预埋接地连接。挂篮封闭防护系统见图２。——ｆ＿Ｊ塑卞盟１图２挂篮封闭防护系统（单位：ｍｍ）（９）单侧挂篮封闭防护产生的不平衡重配置由于连续梁Ｔ构一侧挂篮采取了全封闭防护措施，造成了连续梁两Ｔ构重量的不平衡，因此要在未设置封闭防护的一侧进行不平衡重配置，不平ｂ．侧面衡配重材料使用预先加工好的钢轨枕块。不平衡配重设置在梁端，随同挂篮一起移动。挂篮不平衡重计算方法下：①Ⅳ确定挂篮全封闭增加重量。；９６铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ２０１３（４）万方数据・中铁十八局集团有限公司专版・②确定挂篮封闭增加重量中心距离主墩中心的距离Ｌ，；③在未封闭侧梁端确定挂篮不平衡重材料放置位置及距离主墩中心的距离Ｌ：；④挂篮不平衡重材料需配置重量Ｎ２＝Ａｌ×Ｌｌ／￡２。５结构受力分析根据受力特点和节点构造形式，结构受力分析的计算模型一般可采用空间梁单元模型和空间杆单元模型两种。对于大跨度钢结构，特别是挂篮这样的单层钢结构桁架，无论其节点采用螺栓节点，还是具有一定抗弯刚度的焊接节点，只要荷载作用在节点上，其构件内力主要以轴力为主，节点刚度所引起的构件弯矩通常不予考虑。因此桁架的结构分析通常采用空间梁单元模型，三角挂篮的结构受力分析也采取该模型进行。５．１挂篮结构受力分析（１）计算荷载混凝土容重：２６ｋＮ／ｍ３混凝土超载系数：１．０５钢材容重：７８．５ｋＮ／ｍ３施工人员、材料、机具荷载：１．０ｋＮ／ｍ２安全防护荷载：每只挂篮按１５０ｋＮ计算。风荷载：基本风压为Ｏ．７ｋＮ／ｍ２混凝土灌筑状态动力系数取１．１挂篮走行状态动力系数取１．２（２）主要技术指标梁段最大长度：３．５ｍ梁段最大重量：１６００ｋＮ主构架前节点最大下挠值：＜２０ｍｍ前上横梁、走行梁、底模平台横梁和纵梁刚度：支撑计算跨径的１／４００底模板、外模刚度：支撑计算跨径的１／４００内模刚度：支撑计算跨径的１／４００工作状态抗倾覆系数：＞２．０走行状态抗倾覆系数：＞２．０（３）结构受力计算工况铁道建筑技术ＲＡＩＬＷＡＹＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ在整个连续梁悬臂施工过程中，挂篮所承受的荷载随着梁节段重量及其他活动荷载变化也在不断的变化，因此在进行挂篮结构受力计算过程中要综合考虑梁段最大长度、最大重量以及挂篮走行等多种状态，拟定几种最不利的施工工况，分别进行受力计算，在对挂篮各受力杆件进行优化组合的基础上，确保挂篮各结构杆件具备充足的安全储备，从而保证挂篮悬臂施工的安全。（４）结构受力分析采用大型结构计算软件进行整体空间内力分析，并按允许应力法进行检算。挂篮系统采用的空间有限元进行弹性分析，这种空间模型采用的平面杆系模型可以较好的反映挂篮每根杆件或每块模板的受力和变形情况，避免了平面杆系模型中三角形主桁片杆件合并带来的杆件受力和变形平均化问题，真实反映了各杆件的受力状态。通过在多种不利工况下建立的空间模型，分析挂篮各构件在不同工况下的最不利荷载，从而借此作为构件选用的主要依据，受力构件的选用不能只考虑刚度和强度，同时还要考虑杆件的拉压稳定、∞构造要求及加工是否方便等因素ｊ。挂篮整体结构受力分析见图３和图４。万方数据・中铁十八局集团有限公司专版・检验。经软件计算分析，改造后的挂篮在各种计算工况下，强度、刚度、稳定性均满足相关要求，从而说明挂篮在整个施工中构件的应力能够满足材料的允许值要求。计算结果里浇筑混凝土过程中挂篮的变形较小说明了挂篮的整体刚度较大，这有利于实际施工中对线型及标高的控制，从而提高施工质量。５．２挂篮封闭防护受力分析挂篮封闭防护系统总重量为１３ｔ，整个封闭防护系统利用６根精轧螺纹钢悬吊在挂篮三角架外挑梁和扁担梁上，同时使用短精轧螺纹将挂篮底板和封闭防护底板联接固定。由于在进行挂篮结构受力分析时已考虑了１５ｔ的封闭防护重量，故不再考虑挂篮封闭防护系统对挂篮本身承载力的影响，只需对挂篮封闭结构的横、纵梁进行简单的弯矩和挠度受力分析即可。６结束语该连续梁结合实际情况对现有挂篮进行改造及封闭防护系统设计，通过连续梁在多种不利工况下的三维空间有限元模型进行检算，确保挂篮各个杆件的受力和变形具备充足的安全储备，从而满足各种施工工况的要求。对现有挂篮的改造和封闭防护系统的设计，节约了生产成本，缩短了挂篮生产周期，加快施工进度，保证了连续梁悬臂施工的质量，同时对梁下既有线路正常通行起到了有效的安全防护作用，为今后类似工程的施工积累宝贵经验。参考文献［１］李建安，梁涛，杨洋．连续梁桥悬臂施工挂篮局部受力—状态分析．铁道建筑，２０１１（１）：１２１５．［２］李长松，李荣，全科，等．跨线桥挂篮自封闭软防护悬—臂施工工法［Ｊ］．工程技术，２０１０：２３３０．［３］何沁，黎训国．大跨度连续刚轻型三角形挂篮的设计—［Ｊ］．华中科技大学学报，２００４（１２）：６１６４．∑“１生兰是。兰要．莆王ｂ竹扯＾睦。。匕田。４结束语先对称张拉边跨，再对称张拉中跨，然后固定’一一～曼：三翟嬲黧夹兰篓黧：耄鬻嚣亲裟麓黧黧霁奎型墨，导挈篓｝到竖！毕竺。．苎、；曼竺謦竺竺磊嘉磊三ｉ甚；箱奚蔷嘉；磊；善毒萎罱嘉釜；胃：烹登竽过学！，壬竺誊！ｊ三二票出磐！，车粤氧＿茗的主聂翥箍车磊蚤高高五吴主磊藁幂柔二油倒顶时，工作夹片不会咬住钢绞线：｛三作夹片始≤晶票矗磊甭磊石釜主支。，。鼻写ｉ吾采甬嘉主三施万方数据