松花江大桥施工挂篮性能验算

刘建明

（中交第一公路工程局有限公司，北京 101121）

松花江公路大桥主桥59m＋7×90m＋52m的9跨1联预应力混凝土型连续箱梁桥，主桥全长为741m。主墩为实心墩，主墩最大高度16.93m，过渡墩为实心墩，高度12.06m。

上部结构为单箱双室、3向预应力混凝土连续箱梁。主墩墩顶箱梁高5.4m，主跨跨中及边跨梁过渡墩的墩顶箱梁高3m。箱梁底宽14.5m，两侧悬臂宽3.25m，顶板宽21m。箱梁底采用抛物线变化。底板厚度由150cm变至30cm，顶板厚度由80cm变至28cm，中腹板的厚度由120cm变至70cm，边腹板厚度由100cm变至50cm。桥面横坡1.5%，最小平曲线半径403.5m，竖曲线半径为22500cm。桥面纵坡从1.572%～－1.602%。

1 挂 篮

悬浇施工挂篮采用3榀菱形挂篮，挂篮主要由承重系统、吊杆系统、后锚系统、行走系统、底篮和模板系统组成。

1.1 挂篮主要技术参数

挂篮主要技术参数为：①悬臂浇注箱梁梁段最大重量为243.9t；②悬臂浇注箱梁梁段最大分段长度为4m；③悬臂浇注梁段高度变化为4.74～3m；④梁宽为21m；⑤行走方式为无平衡重滑行；⑥单只挂篮自重为（24.6T＋82.2T）＝106.8T。

1.2 挂篮结构

1.2.1 承重系统

承重系统主要由3榀主桁架，前、后下横梁和前上横梁。

主桁架：每榀主桁架由节点钢箱、立杆、水平拉杆、水平压杆、水平拉杆、斜拉杆、斜压杆组成。

节点钢箱采用20mm钢板焊接而成，钢箱与各杆之间的联接采用钢销铰接，销孔直径120mm。在钢孔两侧加焊缀板。

立杆、水平杆及斜杆均采用300mm×400mm方管制作，方管壁厚14mm。各杆之间通过钢箱及钢销连接形成菱形主桁架。

前下横梁采用2H40型钢组合梁，后下横梁采用2H60型钢组合梁。两H型钢分别用8mm钢板连接成为一根组合梁。

前上横梁采用2H60型钢组合梁，两型钢间用8mm钢板接成为一根组合梁。

底篮纵梁：底监纵梁为25根H35型钢，两端固结在前后下横梁上，形成挂篮底篮。

1.2.2 吊杆系统

滑梁、导梁吊杆采用Φ32精轧螺纹钢筋吊杆，前、后下横梁采用钢板作为吊带。

为增强挂篮施工的自动化和安全性，缩短施工周期，每套挂篮前后分别用4台10t手拉葫芦，将挂篮底篮吊起，用于标高初调及挂篮行走时使用，另根据受力大小不同分别准备不同规格的手动螺旋式千斤顶和倒链滑车。

1.2.3 后锚系统

挂篮采用无配重挂篮，在箱梁施工及挂篮行走工况下通过后锚系统保证挂篮的平衡。

混凝土浇筑工况下后锚固，在顶板及翼缘板预埋孔，每榀主桁架用6根精轧螺纹钢筋锚固，用3组2I25型工字钢组合梁作为扁担梁。保证抗倾覆安全系数达2.0以上。

1.2.4 挂篮行走后锚固系统

挂篮行走工况下，后锚采用Φ32精轧螺纹钢筋，用专用连接器与梁体竖向精轧螺纹预应力钢筋连接，通过扁担梁将行走轨道压紧，反扣轮反压在轨道上翼缘下，行成挂篮行走时后锚系统。

挂篮前移：采用3台60T液压千斤顶作为前移动力。用一根Φ32精轧螺纹钢筋一端锚固在轨道前端，一端锚固在挂篮前支点处60T千斤顶处，通过千斤顶推动前支点滑动带动整个挂篮前进，达到1个行程后液压站回油，重新推动千斤顶锚固后再开始下1个行程动作，3台千斤顶集中供油，以保证挂篮两侧主梁同步平行前移。如此往复几次直至就位。

挂篮前支点支承在轨道上，轨道上设不锈钢板，以减少挂篮前进时的摩擦力。挂篮主纵梁后端通过后支点倒扣于轨道槽钢上翼缘底面上，沿轨道上翼缘底面滑动，轨道通过压在轨道上槽钢分配梁与箱梁内的竖向Φ32精轧螺纹钢筋预应力筋相锚固。

1.2.5 底篮、模板系统

底篮和模板系统包括底篮、外侧模、内侧模、端模和工作平台等。模板均按全断面一次浇注箱梁混凝土设计，整个模板系统均随挂篮主纵梁行走一次到位。

1）底篮。底篮由前下横梁（2H40型钢）、后下横梁（2H60型钢）、25根H35型钢纵梁组成，H35型钢作纵梁固结在前、后下横梁上，前、后下横梁通过吊带悬吊在挂篮的前上横梁、已浇混凝土梁段的底板及翼缘板上。浇注混凝土时，后下横梁设有8根钢板吊带锚固在前段箱梁混凝土底板和翼板混凝土上，并通过千斤顶施加预紧力使底模板与前段混凝土紧密贴合，以确保接缝处不漏浆。前下横梁设8根钢板吊带与前上横梁相联，通过螺旋千斤顶调整模板的标高。

2）模板。挂篮外模由模板、型钢骨架、导梁（2[32a槽钢]、滑梁（2[40a槽钢）组成。骨架用于支承、紧固模板，滑梁主要在挂篮前进时使用。前端采用精轧螺纹钢吊杆悬吊于前上横梁上，后端采用Φ32精轧螺纹钢筋悬吊于已浇箱梁翼缘板混凝土上。挂篮前移时，后端则悬吊于行走吊框上，行走吊框锚固在箱梁翼缘板混凝土上。

挂篮内模由模板、骨架、滑梁（2[40a]槽钢）组成。支承内模的滑梁前端悬吊于前上横梁上，后端悬吊于已浇注箱梁顶板混凝土上。

3）工作平台。在底篮两侧以及前、后端设置固定工作平台，在内箱梁前端设置悬吊工作平台，用倒链葫芦自由升降。在外模每节标准节框架上设一层操作平台，同时设置安全网。

2 挂篮结构验算

2.1 计算依据

1）基本资料主要依据：《大桥施工图设计》，《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041－2000），《钢结构设计规范》（GB50017－2003）。

2）计算说明。根据挂篮设计图纸，以23号墩为例进行控制计算，对挂篮的主要构造进行空间建模，采用通用有限元分析程序SAP2000进行空间分析。计算中对力的传递作如下假定：①箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导（滑）梁分别传至前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。②箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。③箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。

2.2 计算参数

钢材的弹性模量E＝2.06×105MPa；密度γ＝7850kg／m3；泊松比ν＝0.3v。

2.3 计算模型

挂篮结构计算模型包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有承重系统。

2.4 挂篮主要技术参数

1）悬臂浇注箱梁梁段最大重量：262t；

2）悬臂浇注箱梁梁段最大分段长度：4m；

3）悬臂浇注梁段高度变化：4.84～3m；

4）单只挂篮自重：85t；

5）挂篮设计基本参数；

6）梁段混凝土重量：2.6t／m3；

7）人群及机具荷载取1.5kPa；

8）施工振捣荷载取2kPa；

9）超载系数取1.05；

10）挂篮行走时的冲击系数取1.3；

11）抗倾覆稳定系数2.0；

12）荷载组合：①砼重＋挂篮自重＋施工、人群机具＋动力附加系数 （强度计算）；②砼重＋挂篮自重 （刚度计算）；③挂篮自重＋冲击附加系数（行走稳定性）。

3 构件验算

3.1 底篮纵梁

底篮纵梁采用H350×175型钢，计算结果如表1、表2所示。

表1 一根底板纵梁（间距0.9m）内力、应力表

表2 一根腹板纵梁（间距0.2m）内力、应力表

3.2 挂篮横梁

前上横梁采用2H600×200型钢，前下横梁采用2H400×200型钢，后下横梁采用2H600×200型钢（见表3～表6）。

表3 前上横梁内力、应力

表4 前下横梁最大变形

表5 后下横梁内力、应力

表6 后下横梁最大变形

3.3 主桁架节点联结钢销

主桁架节点联结钢销直径D＝120mm，材质为45＃钢，调质处理为

1）销子抗剪

2）销子局部承压

3）销孔细部检算

销孔抗撕裂

销孔60°面抗剪计算

3.4 吊带、吊杆

底篮吊带采用断面为120×40的钢板吊带，材质Q345B，所受最大拉力为N＝356.22kN。

吊带拉应力

吊带销孔承压应力

吊带销孔壁拉应力

吊带销轴采用贝雷销，材质30CrMnTi，[τ]＝585MPa。

销轴抗剪应力

钢板吊带满足2倍安全系数的要求，如表7、表8所示。

表7 吊带内力kN

表8 吊杆内力kN

吊杆应采用直径为32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋A＝804.2mm2，吊杆最大拉力N＝138.63kN

吊杆满足2倍安全系数的要求。

4 锚固验算

从计算结果可以得到：在5＃块施工时，后锚固为最不利状态，即前吊点合力N＝1134.33kN＋828.68kN＝1963.01kN，1个后锚点的最大锚固力为N＝694kN。后锚杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。按4根精轧螺纹钢验算

后锚杆采用4根32mm精轧螺纹钢，满足2倍安全系数的要求。

5 挂篮行走分析

挂篮行走时，前端还是通过前吊杆、导梁吊杆把底篮、翼板模板及顶板模板吊在前上横梁上；后端通过外侧的吊杆下端吊住后下横梁（底篮），翼板、顶板模板后端吊在己浇筑完的箱梁上。行走时后下横梁变换成了1根简支梁、跨径为15.66m。内外滑梁为一简支梁，随挂篮的行走跨径在不断变化（最大9.7m），后下横梁通过吊杆吊在外滑梁上。内滑梁支承顶板、内滑梁支承侧模。

5.1 后下横梁

5.2 外滑梁

外滑梁为2[40型型钢，I＝17578cm4，Wx＝879cm3，A＝75cm2，Sx＝524cm3，δ＝1.05cm，M＝234.4kN · m，Q＝95kN，

5.3 反扣轮

反扣轮轴直径为60mm，材质为45＃钢调质，受力模型为短悬臂梁

6 结 论

基于上述计算，得到以下结论：

1）挂篮主桁架，前横梁构件强度、刚度、整体稳定和局部稳定都能满足规范设计要求。

2）挂篮吊杆以及锚固系统验算表明，精轧螺纹钢吊杆以及后锚吊杆都能满足规范设计要求。

[1] 刘吉士，阎洪河.JTJ 041－2000公路桥涵施工技术规范[M].北京：人民交通出版社，2002.

[2] 周水兴.路桥施工计算手册[M].北京：人民交通出版社，2001.

[3] 中交公路规划设计院.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[M].北京：人民交通出版社，2004.

[4] 张耀春.钢结构设计原理[M].北京：高等教育出版社，2010.

[5] 交通部第一公路工程总公司.道路建筑工程材料手册[M].北京：人民交通出版社，1993.

[6] 赵青山.菱形挂篮的研制及应用[J].施工技术，1994（3）：21－26.

[7] 王武勤.PC桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展[J].桥梁建设，1997（4）：55－57.

[8] 洪成林.黄山横江特大桥挂篮设计与施工[J].铁道建筑，2006（8）：20－21.

[9] 杨志文，史杰.浅谈桥梁施工挂篮[J].黑龙江交通科技，2010（6）：32－34.

[10] 杨奉举.泉州晋江大桥斜拉桥主梁施工[J].桥梁建设，2010（5）：81－85.

[11] 宣寿通.等截面现浇混凝土箱梁三角挂篮安全验算[J].中国新技术新产品，2011（5）：30－32.