桥梁施工中的特宽挂篮稳定性设计分析

赵 楠

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院)

桥梁施工中的特宽挂篮稳定性设计分析

赵 楠

(新疆维吾尔自治区交通规划勘察设计研究院)

为了研究桥梁施工中的多片式宽体挂篮的稳定性特点，以某四片式菱形宽体挂篮为研究对象，探讨了挂篮构件稳定性和整体稳定性特征。研究结果表明，依托工程挂篮构件、局部稳定性均满足设计要求，能够保证桥梁施工过程的安全性要求。

桥梁工程;宽体挂篮;整体;构件;稳定性

0 前言

挂篮悬臂浇筑施工法是变截面连续梁、连续刚构桥常用施工方法。该方法具有施工速度快、易于质量控制、施工安全性高、经济性好等优点，广泛应用于大跨径梁桥施工中。由于交通量的增加，桥面设计宽度的不断增大，对挂篮的要求越来越高。在桥面较宽时，为了保证整节段箱梁的浇筑施工，常用的双桁架式挂篮不再适用，需要根据桥梁宽度增加主桁架数量，从而形成宽体挂篮。

宽体挂篮构造与空间受力性能更为复杂，由于梁体自重大，挂篮自身的整体与局部稳定性更为突出，设计稍有不慎，可能导致施工中的整体失稳，造成重大安全性事故。本文依托工程采用四桁式宽体挂篮，国内较为少见，设计无成熟资料参考，为保证施工的安全性，本文对挂篮进行详细的结构分析研究，探讨宽体挂篮设计计算特点。

依托工程为某市政道路上的三跨预应力混凝土连续梁桥，桥长260.3 m。主梁采用单箱三室大悬臂变截面PC连续箱梁，箱梁宽为28 m，支点高4.1 m，跨中高2.6 m。主梁划分59个梁段，采用挂篮悬臂浇注法施工。其中挂篮悬浇块段13对，0#、1#梁段长12 m，在墩顶及墩旁临时支架上立模浇注;边跨支架现浇梁段长9 m，边中跨合拢段长2 m，其他悬浇梁段长3～5 m。

1 设计计算特点及主要参数

由于该主桥箱梁宽为28 m，设置为单箱三室结构，从减轻挂篮自重考虑，采用桁架结构形式，挂篮设计为菱形挂篮，根据箱梁腹板构造设置4组主桁结构，为减轻挂篮行走时的负重，挂篮施工行走分阶段实现，先行走挂篮主体结构(不包含除底篮模板外的其他模板结构)，再行走翼缘板和内模模板结构。

荷载控制设计各取3 m、4 m、5 m长的悬浇块段作为挂篮控制计算和验算块段，其结构各主要参数取值如下。

(1)箱梁混凝土结构容重取26 kN/m3;

(2)涨模系数取1.05;

(3)箱梁底板模板、箱内腹板模板以及横隔板模板荷载取5 kPa;

(4)箱梁翼缘板模板以及箱内顶板模板荷载取12 kPa;

(5)振捣以及施工荷载取4.0 kPa。

2 计算方法及内容

稳定性分析包括构件稳定性及整体稳定性分析。构件稳定性及刚度评价参照《钢结构设计规范》进行，整体稳定性分析采用空间数值分析程序进行非线性屈曲分析。屈曲分析是一种用于确定结构开始变得不稳定时的临界荷载的技术。非线性屈曲分析比线性屈曲更精确，故常用于对实际结构进行的设计或估计中。该方法用一种逐渐增加荷载的非线性静力分析技术来求得结构开始变得不稳定的临界荷载。使用了非线性技术，模型中就可以包括诸如初始缺陷、塑性行为、大变形影响应等特征。利用弧长法求屈曲荷载，施加一个比预测的屈曲荷载高出10%～20%的给定荷载，这样可以得到一个对特征屈曲荷载较好的估计值。

3 成果分析与评价

3.1 构件稳定性

轴心受压构件稳定的计算公式为

式中：N表示轴心压力设计值;A表示构件的毛截面面积;［σ］表示钢材的抗压强度设计值;φ表示轴心受压构件稳定系数。

3.2 刚度评价

(1)平面桁架的整体刚度验算

挂篮中的平面桁架结构在最不利荷载作用下的挠度w发生在上中横梁上，数值为

可见，该挂篮整体刚度满足要求。

(2)杆件的局部刚度验算

《钢结构设计规范》规定各构件的计算长细比在允许长细比限值内。须满足公式

式中：λ表示构件最不利方向的长细比;l0表示相应方向的构件长度;i表示截面的回转半径。

主桁受拉构件最大长细比54.1，小于容许值350，受压构件最大长细比52.4，小于容许值150。因此。各杆件刚度均满足要求。

3.3 非线性屈曲分析

通过屈曲分析可见，挂兰整体稳定性很好，从主要节点的位移—时间曲线可见，稳定安全系数均在10以上，因此，整个施工过程挂兰是稳定的。

4 结论

(1)宽体挂篮横向宽度较大，构造复杂，稳定性突出，设计中不仅需考虑构件拉压稳定性，特别要关注结构的整体稳定性。

(2)构件稳定性计算结果表明，主桁拉压构件稳定性均满足规范要求，最不利荷载作用下主桁架竖向变位仅有0.97 cm，刚度较大。

(3)主桁整体稳定性分析表明，主桁架空间稳定性很好，稳定安全系数大于10，满足施工稳定性要求。

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U442

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1008-3383(2012)07-0088-01

2012-04-13

赵楠(1973-)，男，新疆伊宁市人，高级工程师，从事桥梁勘察设计工作。