超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算.pdf

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超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算1 超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算2 超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算3 超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算4 超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算5 超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算6
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・桥涵工程・超宽变截面悬浇连续箱粱拆装式三角挂篮的设计与验算潘寿东(中铁十六局集团第三工程有限公司浙江湖州313000)摘要拆装式三角挂篮是一种新型挂篮体系,具有受力合理、操作简单、运输方便和节省成本等优点。现结合芜湖市清水河公路桥工程实例,详细介绍超宽变截面悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮的设计与验算,为类似工程施工提供参考作用。关键词超宽悬浇连续箱梁拆装式三角挂篮中图分类号U445.3文献标识码A———文章编号10094539(2015)08001305DesignandCheckingoftheRemovableTriangleHangingBasketfor—Castin-placeCantileverContinuousBoxGirderwithSuper-widthVariableCross-sectionPanShoudong(ChinaRailway“16BureauGroupCo,Ltd.,HuzhouZhejiang313000,China)AbstractAsanewtypeofhangingbasketsystem,theremovabletrianglehangingbaskethasadvantagesofreasonableforce,simpleoperation,convenienttransportation,savingcostandSOon.CombinedwiththecaseofQingshuiRiver—HighwayBridgeinWuhu,thispaperintroducesthedesignandcheckingofremovabletrianglehangingbasketfor—castin-placecantilevercontinuousboxgirderwithsuper-widthvariable—crosssection,whichcanprovidereferencesforthesimilarengi・neeringconstruction.Keywords——superwidth;eastin-placecantilever;continuousboxgirder;removabletrianglehangingbasket1工程概况清水河公路桥为芜湖市清水镇内跨越青弋江Ⅲ级航道的一座桥梁,桥长1017.5m。主桥上部采用(65+100+65)m预应力混凝土变截面连续箱梁,单箱双室截面。顶板宽21.25m,厚28cm;底板宽14.25m,厚度30一80cm;腹板厚度60~80cm。箱梁梁高按1.8次抛物线变化,即5.9~2.6m。采用三向预应力体系,分为纵向预应力束、横向预应力束和竖向力筋。箱梁0#块长度12.0m,在墩旁刚性支架上现浇施工;1#一3#梁段长3.0m,4#一8#——收稿El期:20150526基金项目:中铁十六局集团有限公司2011年度科技发展计划项目(K2011-2C)铁道建筑技术只AJLwAyC0~S丁只UC丁f0~丁£-cH~O£.0Gy梁段长3.5m,9#~12#梁段长4.0m,均采用挂篮悬臂浇筑施工。中孔合龙段长度3.0m,边孔合龙段长度2.0in;边孔支架现浇段长度14.42m,采用满堂支架现浇施工。2拆装式三角挂篮设计2.1挂篮类型选择挂篮一般有平行桁架式挂篮、弓弦式挂篮、斜拉式挂篮、菱形挂篮、三角形挂篮等。本桥属超宽桥面,为增加横向稳定性、方便运输和施工操作以及节省成本,选用三承重主桁架拆装式三角形挂篮。2.2拆装式三角挂篮主要技术参数(1)适用梁段最大重量:222t;(2)适用梁段最大长度:4.0m;2015f8j13万方数据・桥涵工程・—(3)适用梁高变化范围:5.92.6nl;(4)适用最大梁体宽度:21.5m;(5)挂篮自重:68t;(6)走行方式:滑行,采用正、反两方向的慢速卷扬机拖拉,并通过后支点的反扣系统使桁架沿纵移钢滑道行走,不需要设平衡重。2.3拆装式三角挂篮构造三角挂篮主要由三角承重主桁架、横梁系统、悬吊系统、行走系统、模板系统、后部临时锚固系统及张拉平台等组成(如图1)。挂篮前支腿i后吊杆些攀葙粱底板/上剁\卜二=盔饔墼差后横粱2140b/L_也垩I地图1拆装式三角挂篮立面示意2.3.1三角承重主桁架三角承重主桁架是挂篮的主要受力结构。下弦杆采用2145b工字钢组成,立杆采用2[32b槽钢组成,前后斜拉杆均采用2根200mm×21mm、8根200mmx12mml6Mn钢带销接,具体见图2所示。{夺t。・潼91一下弦杆2145b;2-铰接可调式底座:3-立柱2132b;4一拄头联接板:5、6、7-前后斜拉杆(每侧单根斜拉杆由2根5号16Mn钢带、l根6号16Mn钢带及2根7号16Mn钢带组成,其中,6号钢带的规格为200mmx2lmm。5、7号钢带的规格为200衄×12ram);8、9、lO一45号钢销轴。直径依次为由100mm、巾70mm、帕Omm图2拆装式三角挂篮承重主桁架结构2.3.2后锚固系统后锚固系统采用6dp32mm精轧螺纹钢(预埋上段悬浇梁腹板65cm)、螺母及锚固梁锚固。锚固梁设3道,采用2[22a槽钢背靠背组拼而成。2.3.3横梁系统横梁系统由前上横梁、前下横梁、后下横梁组成。前上横梁安装在三角承重桁架前部,采用145b14工字钢双拼。前下横梁通过吊带与前上横梁连接,后下横梁通过预留孔锚在已形成梁段的底板上,前下横梁、后下横梁采用双拼140b工字钢,如图3所示。图3拆装式三角挂篮横梁、悬吊及模板系统2.3.4悬吊系统悬吊系统由滑梁、吊带、吊杆、吊带座(铰接)、千斤顶、手拉葫芦等组成(见图3)。滑梁采用2[36b槽钢组拼,吊带采用200mm×40mm钢板,吊杆采用书32mm精轧螺纹钢。钢板吊带通过销轴联结,销轴采用直径为,1,50mm钢棒,精轧螺纹钢吊杆通过连接器接长。2.3.5模板系统模板系统由底模、侧模、内模、端模等组成。箱梁模板为定型钢模板,模板厚度为8.5cm,背部采用[8槽钢做成井字梁加固,如图3所示。2.3.6行走系统行走系统是挂篮前后位移的主要装置,包括轨道、前支座、后锚系统。挂篮行走轨道采用2128b工字钢上下钢板焊接而成的宽34cm、高30cm的矩形框架结构,上下钢板厚10mm。前支点滑板采用20mm厚的钢板,表面放置书32mm圆钢,以减少挂篮纵移滑动时的摩擦阻力;后支点滑板采用20mm厚的钢板,侧面设置20mm厚耳板,耳板上设置qbl40mm圆滚轮,扣在轨道梁的翼板,保证行走时铁道建筋技术图4挂篮行走系统只A『LWAyCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015f8J巡脚万方数据・桥涵工程・2.3.7工作平台为保证安全施工,操作方便,每套挂篮设5个工作平台,前上横梁、前上横梁下待灌梁段前及后横梁下各设1个工作平台,另外两侧各设1个张拉工作平台。工作平台上安装扶手、栏杆及防护网。3拆装式三角挂篮主要构件验算对挂篮主要构件按《公路桥涵施工技术规范》[13的要求,需进行强度、刚度和稳定性的验算。三角挂篮承重由3片三角形承重桁架梁组成,相邻之间靠横向桁架联结系联结。三角形承重主桁架、横梁、吊带、滑梁等均采用16Mn钢:E=2.1X103MPa,lorl=200MPa,Ior。I=210MPa,I下I=120MPa。所有销轴采用45号钢:E=2.1X105MPa,[or]=210MPa,[r]=125MPa。632lnln精轧螺纹粗钢筋屈服强度(标准强度)为785MPa,容许应力[盯]=0.75X785MPa=589MPa,容许剪应力[丁]=353MPa。查施工设计图,最大悬灌重量梁段为1#块,重220.1t;挂篮自重68t。根据挂篮结构及方便计算,考虑到施工活载及不可预见因素的影响,强度检算时按1.3X(梁段+挂篮/2)即G=1.3X(220.1+68/2)=330.3t=3303kN。刚度检算时不考虑1.3倍的系数即G=220.1+68/2=254.1t=2541kN。验算采用Midas结构空间有限元分析软件单杆模式及手算相结合的方式进行计算。3.1前下横梁根据挂篮结构,前横梁荷载传递如图5所示。F6F5F4F3F2F1F1F2F3F4F5F67i\1?!]11]]V1u型4'40F6F5掣R5。,2.,妊r。,:.,凡掣F5F6F4F3F2F1F1F2F3F4III】145j.254254100。100254254145q2106kN/m]92106kN/m++l‘★★★★★I++●★★÷+●★●“★★★’★●底模/啡}啐;jf;pf;≯4珥^212:§^212:5^^塑I筮銎丛壹垦三!125I图5前横梁荷载传递(单位:cm)施工荷载(不含翼板,每侧翼板荷载为:G=108l(N)通过纵梁一半传递至前下横梁、一半传递至后下横梁。底板宽14.25m,将梁体荷载转化成线荷载,前下横梁强度检算时g=(3—3032X1.3X108)/14.25/2=106kN/m,刚度检算时g=(2—5412X108)/14.25/2=81.52kN/m。3.1.1强度验算根据图5,前下横梁强度验算建立如图6受力模型进行受力分析,弯矩、剪力、支点反力如图7,8.9所示。图7前下横梁弯矩图(单位:kN・m)一瓷撩麓国9一曦恐恐蕊艚9图8前下横梁剪力图(单位:kN)≮—●————。nr广j哥=广jr椰=’器豁l爱I爱I豁I矗}三HNNNNN图9前下横梁支点反力图(单位:kN)前下横梁由2140b工字钢组成,材料采用16Mn钢。查相关资料得2140b槽钢的截面面积A=2×铁道建翁技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015f8)15Ⅱ占图万方数据・桥涵工程・94.07cm2;截面模量职=2×1139cm3;惯性矩,x=2×22781em4。根据图8、9可知:最大剪力Q一=143.32kN;最大弯矩M。。=62.9kN・in。则,最大剪应力:n丁。。=2半=15.24MPa<[下]=120MPa几满足要求。最大弯曲应力:M盯一=等=27.61MPa<[or。]=210MParrx满足要求。3.1.2刚度(挠度)验算建立受力模型进行分析,挠度见图10所示。脚弋:六7如弋.六i尹咿图10前下横梁挠度图(单位:mm)据图10可知:前下横梁丘=0.212mm<L/500=2540/500=5.08mm,满足刚度(挠度)要求。3.2后下横梁(后横梁)、前上横梁检算同理,通过计算得到:吊杆最大受力为F,=368.5kN。后下横梁:丁。。,=24.52MPa<[7I]=120MPaor。。=54.521MPa<[or。]=210MPa厶。=1.816mm<L/500=8.64mm前上横梁:下。。=37.15MPa<[下]=120MPa矿。。,=177.6MPa<[or。]=210MPa厶。=4.586mm</,/500=13.45mm强度、刚度(挠度)均满足要求。3.3承重主桁架挂篮承重主构架由3片三角形桁架组成,顶部靠桁架横联连接,故取其中一片分析即可。三角挂篮主构架简化结构图式为杆件仅受轴向力作用的标准三角桁架,其内力计算结果如图11所示。Bz7.6kNDzF。。=919.6kNF:f1747kN图11三角承重桁架杆件内力计算图3.3.1BzCz压杆强度、稳定性验算(2132b)^,盯压=等=159.1MPa<200MPa强度满足要求。BzCz压杆的自由长度f0=3.0m,求得:出=0.91or压=159。1MPa<砂[or]=182.0MPa稳定性满足要求。3.3.2CzDz压杆刚度验算(2145b)CzDz压杆的自由长度f0=5.0In。计算得长细比(刚度):A。=28.75<IAl=100A。=55.56<lAl=100刚度满足要求。3.3.3AzBZ拉杆强度检算(2根200mmx21mm)^,矿拉=等=197.4MPa<200MPan强度满足要求。3.3.4三角桁架变形验算挂篮三角承重桁架梁相当于悬臂梁,悬臂长度L=5.0in。为简化计算,将悬臂三角形桁架梁等换成由上、下弦杆(2根200mm×21mm钢带和2145b工字钢组成)组成的悬臂矩形梁。悬臂矩形梁的最大挠度:L=甄pL3-0.0065m<而5---0.01m满足要求。3.4后锚系统3.4.1混凝土浇筑阶段后锚系统验算后锚系统由6根632mm冷拉精轧螺纹钢承担。or辅=6X(,rr/4)X3.22X589X10=284077kg=2840kN>FAZ=919.6kN,满足要求。抗倾覆安全系数:K=[2840X(4.5+0.7/2)]÷(827.6X5)=3.33>[K]=2,满足要求。锚固梁采用2[22a背对背,通过10mm厚钢板上下连结而成,中间设加强板。QFiFA=半-153.3kN铁道建筒技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015f8J万方数据・桥涵工程・,、Q。。.,.153.3X’10N…‘‘。8一A‘“一2×31.84×102mm2=48.18N/mm2=48.18MPa<[Jr]=120MPa抗拉强度、剪应力满足要求。抗倾安全系数:K=120/48.18=2.49>[K]=2,满足要求。从而得出,抗倾安全系数由后锚梁控制,即K=2.49。3.4.2挂篮移位过程中的稳定性验算挂篮前移时依靠挂篮后支点处的反扣轮卡在滑道上,滑道通过梁体竖向预应力筋锚固,纵向间距50cm,故滑道安全不成问题。挂篮行走时后锚固系统主要以反扣轮承力,故只要验算反扣轮的轴承剪应力即可。轴承直径为中70mm,采用45号钢材料,[丁]=125MPa。则单个反扣轮轴承允许剪力为:11一.Q=亍xA7。。=亍×∥芋7-。。=360.8kN挂篮3个桁架共计6个反扣轮经常受力,则允许轴承剪力:Q抗=6Q=6×360.8=2164.8kN。为简化计算及安全起见,挂篮自重的一半作用在D点位置,则F。=680/2=340kN。则抗倾覆系数:K=(2164.8kNX4.5m)/(340kNX5m)=5.7>[K]=2,满足要求。3.5前吊带及其销轴3.5.1吊带验算由前面计算可知,吊带最大受力为F,=233.3kN,只要检算截面规格为200mmx40mm的吊带且位于销轴处的最薄弱断面即可(见图12)。盯=百F1=38.9MPa<Eo"]=200MPa图12吊带连接强度满足要求。3.5.2销轴验算销轴采用45号钢材料,销轴双面受剪,剪应力为:404116.7X103N7"max—23×一A—53×万万万i菊霜铁道建笳技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY=79.25MPa<l7IJ=125MPa满足要求。承压强度:F2233.3×103N吒3砥2万磊忑丽面=116.7MPa<[or]=210MPa满足要求。3.6前辅助吊杆强度检算由前面计算可知,前辅助吊杆所受作用力为F:=285.1kN。前辅助吊杆采用1根632mm精轧螺纹钢,容许拉力为:‰[]_子d2[盯]=473.7kN>F:=285.1kN强度满足要求。3.7后吊杆强度验算由前面计算可知,后吊杆最大受力为F。=368.5kN。后吊杆采用1根+32精轧螺纹钢,容许拉力为:‰[]=寻d2[仃]=詈×(32mm)2×589N/ram2=473.7kN>F2=368.5kN强度满足要求。3.8纵梁验算底纵梁计算模型如图13所示,假定箱体荷载均布在底模EF范围内,按悬灌节段4.0In长计算。q=25.19kN/mIQ:』^Li=兰5.0』Q:轴图13底纵梁计算模型(单位:m)计算得:盯。。。=141.4≤MPa[Or。]=210MPa7-。。。=24.79≤MPa[丁]=120MPa厶ax=0・0035≤m[孟]=0・01m(下转第22页)’205f8J17万方数据・桥涵工程・严重、弯曲、开焊、裂缝的,严禁使用;并核对非标贝雷片长度,确保满足支撑架长度需要。Ⅳ(5)架设2贝雷桁架梁:将组装好的单根贝雷梁吊装到横梁上。横断面从中间向外侧逐片架设,Ⅳ每片按设计位置摆设,严禁错位。每片桁架可在1梁上设置限位挡板。整体加固后,在两端与桥墩墩身加楔顶紧牢固,防止纵向移动。(6)156b工字钢组拼梁及支撑架杆件、组装的焊接焊缝厚度、熔透质量、焊缝长度不得低于设计标准。(7)支架预拱度应根据支架预压实测结果和箱梁设计预应力预留拱度设置。支架的高度可利用木楔、垫板调整。7结束语钢管柱贝雷梁组合式支架充分利用了钢管柱及贝雷梁承载能力大、变形小的特性,材料周转利用率高、适用性强、安全可靠,支架材料重量轻,施工机械化程度高。与落地满堂式支架现浇法相比,钢管柱贝雷梁组合式支架法只需进行局部地基处理,在桥跨较小且设有承台时甚至不需进行地基处理;施工空间大,可以多个作业面同时交叉施工;适用不同地形、跨度、宽度和结构形式的主梁。与挂篮施工法相比,钢管柱贝雷梁组合支架施工可一次性浇筑成型,极大地缩短了施工工期,能够满足快速施工要求一o。参考文献[1]中华人民共和国建设部,中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.GB—500172003钢结构设计规范—[s].北京:中国计划出版社,2003:4467.[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.JcJ—1622008建筑施工模板安全技术规范[s].北京:中国建筑工业—出版社,2008:1222.[3]刘东跃.施工临时支撑结构专项技术方案[M].沈阳:—辽宁科学技术出版社,2013:3449.[4]董礼.现浇变截面连续箱梁桥支架设计与施工工艺[J]。铁道建筑技术,2014(4):49.(上接第17页)强度、剪应力、挠度均满足要求。3.9挂篮最大变形量计算挂篮最大变形量发生在左右箱室中部处,主要由中三角承重桁架梁挠度、前上横梁挠度、前内吊带弹性变形量、前下横梁挠度以及底模纵粱挠度等组成。由以上计算可知:(1)中三角承重桁架梁最大挠度(前吊带处)为:0.0065m;(2)前内吊带龇的前匕横梁挠度为:0.0046m;(3)前内吊带最长工作长度约6△m,伸长量:£=铲ov=0.0011m;(4)前下横梁最大挠度:0.00021m;(5)底模纵梁最大挠度:0.0035m。4结束语挂篮主要分为平行桁架式挂篮、三角形挂篮、弓弦式挂篮、菱形挂篮、斜拉式挂篮,各形式挂篮各有其优缺点。本工程设计的拆装式三角挂篮(已授权专利),根据主桁架各部件的受力状态,受压、受拉及抗弯的部位分别采用槽钢、钢带及工字钢型钢,各构件之间采用销接及栓接,充分发挥了各构件材料的性能,既可减轻挂篮自重,也不需平衡配重,构件数量少,安装、运输方便。同时,通过铰接可调式底座预先施加反向弯矩,大大提高了挂篮主桁架整体受力性能。实践表明,本挂篮弹性变形与非弹性变形均满足清水河公路桥悬浇箱梁段的施工要求,为类似超宽箱梁悬浇施工提供了重要的借鉴经验。本桥安全优质按期通车,成桥后线形美观,得到设计、监控、监理及业主单位的一致好评。将以上各项合计,得出挂篮浇筑混凝土后最大参考文献’总李形粤耄}:11,:5.m11:i…mm。):{I|}j竺/J、三《竺哆篓…中交第一公路工程局有限公司.JTG/TF50-2011涵施工技术规范》规定的挂篮允许最大变形(包括。。公路桥涵施工技术规范[s].北京:人民交通出版社,吊带变形的总和)20mill的要求。—2011:134142.22铁道建筑技术RAILWAYCONSTRUCTIONTECHNOLOGY2015181万方数据
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