銀西鐵路某連續(xù)梁橋掛籃施工計(jì)算分析

楊炎炎

（蘭州交通大學(xué) 土木工程學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070）

0 引言

掛籃是橋梁施工的核心組成部分，為保障施工安全，在橋梁施工前，必須對(duì)施工過(guò)程中掛籃的主要受力構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度（變形）驗(yàn)算以及對(duì)掛籃系統(tǒng)的穩(wěn)定性驗(yàn)算。

1 掛籃參數(shù)

本掛籃以銀西鐵路某連續(xù)梁橋掛籃施工為依托，掛籃結(jié)構(gòu)形式為菱形，由主桁承重系統(tǒng)，行走與后錨系統(tǒng)和底托系統(tǒng)等構(gòu)成。

其中，砼自重 G=26 .5k N/m3；鋼彈性模量 E= 2.06× 105MPa；材料強(qiáng)度

砼

S設(shè)計(jì)值：Q235鋼:厚度或直徑≤16mm， f=215M Pa ， fv=125M Pa，厚度或直徑＞16～40mm， f=205M Pa， fv=120M Pa；Q345鋼：厚度或直徑≤16mm，f=300 MPa ， fv=175 MPa， 厚 度 或 直 徑 ＞16～40mm， f=295M Pa，fv=170 MPa。

2 掛籃仿真計(jì)算設(shè)計(jì)荷載與荷載組合

2.1 各荷載系數(shù)取值

1）考慮箱梁砼澆筑時(shí)脹模等系數(shù)的超載系數(shù)：1.05；2）永久荷載取分項(xiàng)系數(shù)：1.2；3）可變荷載取分項(xiàng)系數(shù)：1.4；4）掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù)1.3；5）掛籃行走時(shí)的抗傾覆安全系數(shù)：2；6）澆自錨固系統(tǒng)安全系數(shù)：2。

2.2 作用在掛籃主桁的荷載

①混凝土荷載：選取混凝土最重塊計(jì)算,最重塊為4#塊，重量為1535kN。

②混凝土偏載：箱梁澆筑時(shí)兩側(cè)腹板混凝土重量最大偏差取100kN；

③掛籃自重：由有限元軟件Midas Civil根據(jù)定義截面自行取值；

④模板自重： 1 .3kN/m2；

⑤施工機(jī)具及人群荷載： 2.5kN/m2；

⑥傾倒和振搗混凝土荷載： 4kN/m2；

⑦掛籃沖擊荷載：0.3×掛籃自重；

⑧風(fēng)荷載：按2kN/m施加在主構(gòu)架一側(cè)計(jì)算；⑨護(hù)欄荷載：1kN/m。

2.3 荷載組合

荷載組合 1：①+③+④+⑤+⑥+⑨；荷載組合 2（最不利偏載工況）：②+③+④+⑤+⑥+⑨；荷載組合3（掛籃混凝土澆筑完畢后出現(xiàn)大風(fēng)工況）：①+③+④+⑧+⑨；荷載組合4（掛籃行走工況）：掛籃行走，③+④+⑦+⑧+⑨；荷載組合5：①+③+④+⑤+⑨。

荷載組合1-4用于掛籃的強(qiáng)度和穩(wěn)定性計(jì)算；荷載組合5用于掛籃的剛度（變形情況）計(jì)算，荷載組合1與荷載組合4用于掛籃系統(tǒng)的抗傾覆（穩(wěn)定性）計(jì)算。

3 掛籃結(jié)構(gòu)的仿真計(jì)算

3.1 掛籃仿真計(jì)算模型

掛籃計(jì)算模型采用利用有限元軟件Midas Civil建立的整體模型，仿真計(jì)算模型如圖3-1所示。

圖3 -1掛籃仿真計(jì)算模型

3.2 掛籃強(qiáng)度計(jì)算

在荷載組合1至3的作用下，主桁應(yīng)力見(jiàn)表3.1。

表3 .1主桁架應(yīng)力

荷載組合4：掛籃行走工況：掛籃前移動(dòng)時(shí)，主桁靠反扣裝置在軌道上行走；其它結(jié)構(gòu)不變，底托橫梁均由吊桿懸吊；外導(dǎo)梁仍有模板荷載作用。掛籃行走時(shí)，中門架與豎桿連接處有應(yīng)力最大值128.1MPa，符合要求。

通過(guò)對(duì)以上四種荷載組合所做的受力分析可知，主桁架的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 掛籃剛度（變形）計(jì)算

荷載組合5用于計(jì)算掛籃系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)剛度（變形）。由Midas模型計(jì)算出該荷載組合下掛籃變形，綜合主桁架、吊桿、前上橫梁、托梁等全部位移，導(dǎo)梁系統(tǒng)最大位移16.9mm＜L/400=33mm，符合相關(guān)技術(shù)要求。即剛度滿足使用要求。

3.4 系統(tǒng)抗傾覆計(jì)算

掛籃抗傾覆計(jì)算主要包括混凝土澆筑工況（荷載組合1）與掛籃移動(dòng)工況（荷載組合4）。

3.4.1 混凝土澆筑時(shí)的抗傾覆（穩(wěn)定性）計(jì)算

在澆筑混凝土?xí)r，掛籃主構(gòu)架后端用精軋螺紋鋼錨固在澆筑完成的混凝土梁體上，所以為了保證掛籃施工安全，需要驗(yàn)算掛籃后錨點(diǎn)在最不利載荷組合下的安全性。

通過(guò)各工況下的Midas模型計(jì)算結(jié)果得出，荷載組合1時(shí)后錨點(diǎn)拉力最大，其值為741.3kN。設(shè)計(jì)中單側(cè)后錨點(diǎn)為4根直徑32mm的精軋螺紋鋼，其可提供的錨固力為：

其安全系數(shù)為：

K=2668.7/741.3=3.6＞2，滿足要求。

3.4.1 掛籃行走工況的抗傾覆（穩(wěn)定性）計(jì)算

由Midas模型計(jì)算結(jié)果可知，荷載組合4時(shí)反扣裝置拉力最大值為145.5kN。

反扣裝置由直徑55mm的銷軸與主構(gòu)架連接，故單片主構(gòu)架反力按φ55mm的銷軸單面受剪計(jì)算，材質(zhì)為40鉻鋼，銷軸承受的最大剪力為：

其安全系數(shù)為：

通過(guò)對(duì)荷載組合1、4的計(jì)算分析，掛籃抗傾覆能力（穩(wěn)定性）滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)論

本工程所使用的掛籃在全施工過(guò)程中的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性都能滿足相關(guān)規(guī)范的要求，是安全可靠的。