某大橋掛籃施工張拉系統設計與計算

張 輝 （中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司，北京 101100）

掛籃施工具有能使用大跨度橋梁、可就地分段懸臂作業、不需要架設支架和不需要使用大型吊機等技術優勢。由于掛籃結構在橋梁施工中占據眾多技術優勢，然而專門研究掛籃張拉系統的文獻較少。本文以某斜拉橋作為工程實例，采用solidworks軟件對掛籃張拉系統進行建模，并分析斜墊塊受力情況。

1 工程概況

主橋采用雙塔斜拉橋，跨度布置為（46+88+280+88+46）m，主梁采用鋼橫梁混凝土邊主梁結構形式，并用掛籃法對稱懸臂施工。引橋采用30m跨徑的預應力混凝土連續箱梁。主塔塔高102.5m，由上塔柱、下塔柱和上橫梁、下橫梁等部分組成，截面為在塔柱外側呈“D”型圓弧段的箱型截面。主塔整體為“魚”狀流線弧型框架鋼筋混凝土結構。

2 掛籃設計基本參數

標準節施工采用牽索掛籃，單側單臺掛籃自重約900kN，采用鋼材及型材焊接而成，包含掛籃平臺、張拉機構、錨固系統等部件。施工荷載250kg/m2；混凝土容重取26kN/m3；底模、側模自重按150kg/m2；頂模自重按 100kg/m2；

材料選用及許用應力：掛籃使用鋼板材質分為Q345B和Q235B兩種，安全系數取1.48，選用材料許用應力如表1所示。

材料許用應力 表1

3 掛籃張拉系統建模與受力分析

3.1 掛籃整體模型的建立

根據工程概況、掛籃設計基本參數以及選取的材料特性參數，采用Midas/Civil對掛籃整體模型進行建立，用于分析主梁節段施工工序中掛籃受力狀況。根據掛籃整體受力狀態來進一步分析掛籃張拉系統斜墊塊的受力特征。掛籃整體基本模型如圖1所示。

圖1 掛籃整體模型

3.2 張拉系統分配梁設計計算

斜拉索最大拉力按F=kN；分配梁采用Q345材質，整體自重G0=20kN，總長l0=2.7m，跨距l=1.8m。分配梁示意圖如圖2。

圖2 分配梁示意圖

3.3 張拉系統斜墊塊建模驗算

斜墊塊分為下面板、腹板及筋板,均采用Q345B鋼材；其中下面板與張拉機構分配梁上表面以螺栓連接。上部腹板和筋板直接焊接在掛籃下縱梁下面板，腹板和筋板上接頭為固定面。斜墊塊基本模型示意圖如圖3。

采用solidworks軟件對張拉系統的斜墊塊進行建模，分別對邊跨斜墊塊S2～邊跨斜墊塊S5，及中跨斜墊塊C2～中跨斜墊塊C5共8個位置斜墊塊進行了有限元建模與受力分析。以腹板和筋板在下面板下表面投影部分為受力區域，總共受力為F，建模分析計算應力圖如圖4～圖11。

圖3 斜墊塊基本模型

圖4 邊跨斜墊塊S2建模計算結果

圖5 邊跨斜墊塊S3建模計算結果

圖6 邊跨斜墊塊S4建模計算結果

圖7 邊跨斜墊塊S5建模計算結果

圖8 中跨斜墊塊C2建模計算結果

圖9 中跨斜墊塊C3建模計算結果

圖10 中跨斜墊塊C4建模計算結果

圖11 中跨斜墊塊C5建模計算結果

產生最大應力統計如表2所示。

斜墊塊計算結果統計表 表2

最大應力為σmax=112.6MPa＜[σ]，結構受力滿足要求。

4 結論

本文通過對某大橋掛籃結構張拉系統進行結構建模與受力分析，得出以下結論：

①掛籃施工具有能使用大跨度橋梁、可就地分段懸臂作業、不需要架設支架和不需要使用大型吊機等技術優勢。

②在掛籃結構設計過程中，要充分理清掛籃施工的傳力途徑，并對關鍵受力部位進行建模和受力分析顯得尤為重要。

③采用solidworks軟件對張拉系統的斜墊塊進行建模，邊跨斜墊塊及中跨斜墊塊的結構受力均滿足相應規范和材料特性的要求。

④掛籃結構張拉系統斜墊塊細節構造對施工操作難易程度影響較大，在設計張拉系統時需引起注意。