禮東大橋懸臂澆筑掛籃設計

鄧國迪

摘要：本文按照結構力學和鋼結構設計規范，對禮東大橋懸臂澆筑施工掛籃給出了設計和驗算，分析了計算結果的可靠性，提出了掛籃現場施工工藝要求及注意事項。

Abstract： The paper not only gives the detailed design and checking calculation of hanging basket using in the cantilever pouring construction of the Lidong bridge， which lies in the Jiangmen city， according to the structural mechanics and code of steel structure， but also analyzes the reliability of calculation results and proposes the process requirements of site operation and the notice of hanging basket construction.

關鍵詞：禮東大橋；懸臂澆筑；掛籃設計

Key words： Lidong Bridge；cast-in-place cantilever method；design of hanging basket

中圖分類號：U445.466 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）16-0099-03

1 工程概況

禮東大橋位于江門市，省道S270與S272連接線上，橫跨睦州水道，是連接禮東、禮西行政區域的重要交通橋梁。全橋按公路一級荷載，雙向四車道標準設計。禮東大橋全長1015m，寬7m。施工采用現場澆筑，其施工最難處為位于河道中心位置處的90m連續剛構箱梁，河道水深流急。

90m連續剛構箱梁單幅橋箱梁為單箱室斷面，箱梁頂板寬度11.75m，底板寬6.35m，兩側懸臂翼板長2.7m。箱梁中心高度變化范圍：5.2m～2.6m，按2次拋物線線變化。梁段共有13段，梁塊長度分為2.5m、3.5m兩種。為保證順利完成施工任務，本段須采用懸臂澆筑掛籃施工方法，其最重的梁塊為6號梁塊，重105T。

2 掛籃的施工方案及其設計

2.1 掛籃型式的選擇

掛籃型式多種多樣，目前常用的有：斜拉式懸臂澆筑掛籃、菱形懸臂澆筑掛籃、平衡重式澆筑掛籃、無平衡重式澆筑掛籃等。本項目箱梁跨度大、梁段較重，經最終研究決定采用三角型斜拉式懸臂澆筑掛籃。

2.2 掛籃設計思路

本套掛籃按最重梁段的重量和最不利荷載情況，考慮施工要求設計制造。在設計過程中，計算荷載始終取最大和最不利進行驗算，并按受力最大的簡支梁簡化，使掛籃偏于安全。

2.3 掛籃的組成

三角形掛籃主要由三角形主桁、后行走及錨固裝置、前支腿及軌道錨固裝置、底籃及底模板、內外滑梁、側模板和內模板、吊帶總成等組成。主桁采用三角形形式，結構簡單，受力明確。所有主要受力梁均采用型材或型材組合，保證剛度、強度要求的同時較大的減輕了制作強度和加工變形。為保證三角形主桁的安裝方便，中間立柱設計有一合適厚度的墊片。兩三角形主桁之間設計有桁架式拉桿用以保證掛籃整體的橫向穩定性。三角形主桁是掛籃的主要受力構件，它承受新澆筑梁段混凝土、掛籃、模板及施工荷載的全部受力，并將全部受力通過行走裝置及錨固裝置傳導到已澆筑并達到規定強度的混凝土梁上。結構示意圖見圖1。

2.4 結構計算與說明

主桁架采用三角形形式。結構簡單，受力明確。所有主要受力梁均采用型材或型材組合，這樣選材在保證剛度、強度要求的同時較大的減輕了制作強度和加工變形。為保證三角形主桁的安裝方便，中間立柱設計有一合適厚度的墊片。兩三角形主桁之間設計有桁架式拉桿用以保證掛藍整體的橫向穩定性。

2.4.1 模板荷載

底模板G底模=19.4（kN），單件側模板G側模=30.4（kN），單件芯模G芯模=48（kN）。

2.4.2 混凝土荷載

墩箱梁除墩頂0號塊外分為13對梁段，墩頂現澆段0號塊長度為7m，1號塊長度為2.5m。懸澆節段2號～5號段為2.5m、6號～13號段為3.5m。選取較危險的2、6號梁段計算。

混凝土載荷G混=V*ρ*K1*K2

式中，V-體積，ρ-密度，取ρ=2.62t/m3，

K1-截面系數，取K1=1.05，K2-載荷系數，取K2=1.2。

底板混凝土：

G底混2=10.6521*2.62*1.05*1.2*9.8=344.6 （kN）

G底混6=12.24*2.62*1.05*1.2*9.8=396 （kN）

面板混凝土：G面混8=7.2404*2.62*1.05*1.2*9.8=234.2 （kN）

腹板混凝土：

G腹混2=14.6288*2.62*1.05*1.2*9.8=473.3（kN）

G腹混6=14.5556*2.62*1.05*1.2*9.8=470.9（kN）

翼板混凝土：G翼混6=6.5205*2.62*1.05*1.2*9.8=211（kN）

2.4.3 底籃縱梁、橫梁校核

底縱梁采用4件HN396X199，6件HN298X149，在布置縱梁時充分考慮載荷情況，盡量使縱梁等強度受力。所有縱梁整體截面參數如下：

I=0.0011876（m4），Wmin=0.006638（m3），S腹=168.3*10-4（m2）

設計時，盡量按所有底縱梁等強度受載布置底縱梁布置，但實際中所有底縱梁不可能完全等強度受載，固按最大、最不利因素計算底縱梁受力。為簡化計算，以所有底縱梁均勻承載進行計算，給底縱梁強度及剛度都留有一定余量。澆筑2號、6號塊時底縱梁所受載荷參見圖2。

底縱梁自重G自=23（kN），底模重量：G底模=19.4（kN）

底板混凝土：G底混2=344.6（kN），G底混6=396（kN）

肋板混凝土：G腹混2=473.3（kN），G腹混6=470.9（kN）

q自=23/4.5=5.1111（kN/m）

q外2=（344.6+473.3+19.4）/2.5=334.92（kN/m）

q外6=（396+470.9+19.4）/3.5=253.2286（kN/m）

經計算得：M2max=659.5（kNm）；M6max=622.3（kNm）；

R后2=523.2（kN）；R前2=337.1（kN）；R后6=454.7（kN）；R前6=454.7（kN）。

由上述計算結果可知：縱梁、后橫梁以澆筑2號塊時最危險，前橫梁以澆筑6號塊時最危險。

Qmax=R后2=523.2（kN），Mmax=M外2max=659.5（kNm）

強度校核（澆筑第2號塊時）

σ=Mmax/Wmin=659.5*10-3/0.006638=99.4（MPa）<[σ]=140（MPa），安全。

τ=Qmax/S腹=523.2*10-3/（168.3*10-4）=31.1（MPa）<[τ]=75（MPa），安全。

底縱梁揉度f=0.0054（m）<[f]=4.5/400=0.0113（m），安全。

移籃時無混凝土荷載，底縱梁只受吊籃和自重的作用，荷載較小，可不作驗算。

同理可得澆筑第2號塊時腹板下的特殊縱梁的受力情況，其σ=107.5 （MPa），f=0.0053 （m），τ=44.6（MPa）；底板下的一般縱梁，其σ=86.6（MPa），f=0.0057 （m）。τ=19.6（MPa）。

2.4.4 主桁及立柱校核

主桁由8根[28a工字鋼組成，每兩根焊接成一根拉帶，截面積S=80×10-4m2，拉帶承受由混凝土和掛籃及施工所產生的附加力P=800kN。每根立柱由2根[28a構成，共有2根立柱，承受由拉帶產生的垂直力。主桁和縱梁通過直徑？準105，材質20CrMnTi的銷子連接在一起。主桁受力如簡圖3。

拉帶所受力P1=4.5*400/（4*sin43.7562）=650（kN）

σ=650*10-3/（80*10-4）=81.25 （MPa）<[σ]=140（MPa），拉帶安全。

立柱受力簡圖見圖4。

拉帶的力P1=650（kN）

立柱受力P=2*P1*COS46.2438°

=2*650*COS46.2438°=899（kN）

立柱采用兩根[28a，S=80*10-4（m2）

σ=899*10-3/（80*10-4）=112.4（MPa）<[σ]=140（MPa），安全。

沿拉帶方向μ=1 ix=0.109m L=3.45m

λ=μ*L/iX=3.45/0.109=31.7，查得？準=0.95

σ=118.8（MPa）<[σ]* ？準=140*0.95=133（MPa），安全。

沿垂直拉帶方向μ=1 ix=0.0233m L=1m

λ=μ*L/iX=1/0.0233=43，查得？準=0.91

σ=118.8（MPa）<[σ]* ？準=140*0.91=127.4（MPa），安全。

2.4.5 主梁校核

主梁由4根[36a型槽鋼局部加強組成，每兩根為一組。其截面參數：

不加強處：IX=238*10-6m4，S腹=57.6*10-4 （m2）；

加強處：WX=2020*10-6m3，S=166.6*10-4（m2）， S腹=57.6*10-4

受力簡圖見圖5。

P1=400（kN） P2=650（kN） P3=899+10=909（kN）

P4=400*4500/（4850+4350+2850）=149.4（kN）

RA=P1+P3+3*P4-2*P2Sin43.7562°

=400+909+3*149.4-2*650*Sin43.7562°=857（kN）

MB=P1*0.5=200（kN·m）

MC=P4*（0.35+0.85）=149.4*（0.35+0.85）=179.3（kN·m）

Mmax=MB=200（kN·m），Qmax=P1=400（kN）

σwmax=200*10-3/（2020*10-6）=99（MPa）

σYmax=650*COS43.7562°*10-3/（166.6*10-4）=28.2（MPa）

σmax=σwmax+σYmax=99+28.2=127.2<140（MPa）。

τmax=400*10-3/（57.6*10-4）=69.4（MPa）<[τ]=75（MPa），安全

3 掛籃施工注意事項

本掛籃行走采用整體前移，逐步向前增加錨固的方法，在前移錨固時，松開后端兩錨固位應嚴防主桁前傾失穩，且嚴禁在6級及以上風力下移籃作業，在新澆筑的梁段強度未達到設計值時嚴禁移籃，并應嚴格遵守掛籃施工有關作業規范。

4 結語

本掛籃設計過程中，通過對各構件的受力分析，建立了適用簡化的理論計算模型，滿足了施工過程受力和變形要求，解決了總體強度、剛度及穩定性問題。經施工實際應用，完全達到預定的設計效果，施工安全有效。

參考文獻：

[1]GB50017-2014，鋼結構設計規范[S].

[2]江門市省道連接線禮東大橋新建工程兩階段施工圖.

[3]機械設計手冊[M].化學工業出版社，1994.