三角挂篮结构的安全检算

张裕超

（陕西铁路工程职业技术学院助教，硕士研究生，陕西 渭南 714000）

兰渝铁路正线某特大桥，该桥主桥为变截面、单箱单室变高度三跨连续梁，其桥跨组成为（60+96+60）m，连续梁全长为217.4 m〔1〕。根据桥梁特点与施工队伍的能力、水平综合考虑后，决定在挂篮施工中采用挂篮进行悬臂段施工，由于三角挂篮具有结构自重轻、构造简单、现场拼装快捷等诸多优点，故选择三角挂篮为施工挂篮。若三角挂篮中任何构件之间不稳定或强度达不到要求，在浇筑混凝土后挂篮将产生部分位移，影响到桥梁的线性与内力变化，倘若变形量过大，将严重影响桥梁的工程质量。本文结合工程实例对三角挂篮结构进行安全检算，确保三角挂篮结构构件的质量与安全，为桥梁的顺利合拢、桥梁的施工质量奠定良好的基础。

1 三角挂篮简介

1.1 三角挂篮结构组成 三角挂篮主要有承重结构、悬吊系统、行走系统、锚固系统、模板系统与施工张拉平台等组成。其结构如图1所示。

图1 三角挂篮工程简图

1.2 三角挂篮受力分析 三角挂篮中吊杆与拉杆主要受轴向力，前后横梁、纵梁主要承受弯矩、剪力，底篮的强度将严重影响桥梁结构的线性与质量，故需对底篮的纵梁进行检算；悬吊系统主要受弯矩与剪力，其中内外滑梁是模板系统中模板架设的基础，并将荷载传递至主梁，如果内外滑梁强度达不到要求，则模板将无法按照要求进行合适安装、荷载无法有效正确地传递，更无法确保工程质量，甚至危及施工质量，故尚需对内外滑梁进行检算，继而确保箱梁工程质量。

2 1#底模纵梁受力计算

2.1 荷载计算 1#纵梁是放置在腹板范围内的纵梁，且也是受力最不利处，选择承受力较大的一根进行荷载计算及验算〔2〕。

1）腹板含倒角以上混凝土产生荷载p1=94.84 kN/m2；

2）腹板上倾倒、振捣混凝土及人群荷载p2=5+2.5=7.5 kN/m2；

3）底板混凝土+底模模板产生荷载

则1#纵梁上所承受的均布荷载为：

2.2 1#底模纵梁强度检算 1#底模纵梁主要由3根Q 235的I 28 b组成。根据挂篮的结构图，挂篮的底模纵梁有限元计算模型如图2所示。按照恒载和活载进行荷载的施加，计算出1#底模纵梁的弯矩图（图3）、剪力图（图4）及上、下缘应力图（图5、图6）与位移图（图7）。

图2 1#底模纵梁有限元计算模型

图3 1#底模纵梁弯矩图（kN·m）

图4 1#底模纵梁剪力图（kN）

图5 1#底模纵梁上缘应力图（KPa）

图6 1#底模纵梁下缘应力图（KPa）

图7 1#底模纵梁位移图（m）

经有限元模拟计算可知：

最大正应力：σ=129.8 MPa＜140 MPa；结构满足强度要求；

最大剪应力（右端截面）：τ=8.8 MPa＜80 MPa；结构满足强度要求〔3〕；

最大位移：Δ=0.015 m≥L/400=5.7/400=0.015 m；结构满足规范要求〔4〕。

3 2#底模纵梁受力计算

3.1 荷载计算 2#纵梁为放置在挂篮底板范围内的纵梁，在本文中将选择承受力较大的结构进行分析，即距离腹板较近的一根进行荷载计算及验算。则2#纵梁上所承受的均布荷载

3.2 2#底模纵梁强度检算 2#底模纵梁主要由2根Q 235的I 28 b组成。通过有限元软件计算可知：

最大正应力：σ=54.69 MPa＜140 MPa；结构满足强度要求；

最大剪应力（右端截面）：τ=3.69 MPa＜80 MPa；结构满足强度要求；

最大位移：Δ=6 mm＜L/400=5 700/400=14 mm；结构满足规范要求。

4 外滑梁受力计算

外滑梁所采用2 根［36a 组成，侧模所有荷载承受在长度为4 m的梁上，在浇筑工况时，外滑梁主要承受侧模、翼缘板混凝土、倾倒、振捣混凝土4 种荷载，此时计算跨度为4 m。故外滑梁荷载计算：

1）侧模产生荷载

2）翼缘板混凝土产生荷载

q2=1.2×4.064×26÷4=31.70 kN/m；

3）倾倒、振捣混凝土及人群荷载

q3=1.4×（2.54×4）×（2.5+5.0）÷4=26.67 kN/m。

4.1 浇筑工况 外滑梁所受荷载：q0=q1+q2+q3=72.5 kN/m。单根［36a 承受荷载为：=36.35 kN/m，计算跨度4.0 m。荷载按恒载和活载分别施加。

通过有限元软件计算可知：

最大正应力：σ=109.9 MPa＜［σw］=140 MPa；结构满足强度要求；

最大剪应力：τ=11.9 MPa＜80 MPa；结构满足强度要求；

最大位移：Δ=5 mm＜L/400=4 000/400=10 mm；结构满足规范要求。

4.2 走行工况外滑梁所受荷载 外滑梁所受荷载q0=14.13 kN/m。每根［36a所受荷载：=7.065 kN/m，侧模加载长度为4.0 m。通过有限元软件计算可知：

最大正应力：σ=50.08 MPa＜［σw］=140 MPa；结构满足强度要求；

最大剪应力：τ=3.55 MPa＜80 MPa；结构满足强度要求；

最大位移：Δ=9 mm＜L/400=8 750/400=22 mm；结构满足规范要求。

5 结论

通过上述的数值模拟计算得出数据与规范容许值进行对比分析可知：

1）对三角挂篮的1#底模纵梁进行荷载分析，计算出1#底模纵梁的最大正应力、最大剪应力与最大位移均小于规范规定的容许值，结构满足规范要求。

2）对三角挂篮的2#底模纵梁进行荷载分析，计算出2#底模纵梁的最大正应力、最大剪应力与最大位移均小于规范规定的容许值，结构满足规范要求。

3）对三角挂篮的外滑梁进行荷载分析，根据浇筑工况与走行工况两种不同条件下进行计算，得出不论在浇筑工况与走行工况下，外滑梁的的最大正应力、最大剪应力与最大位移均小于规范规定的容许值，结构满足规范要求；结构安全，可确保施工质量。

〔1〕（60 m+96 m+60 m）预应力混凝土连续梁（双线）施工图设计.

〔2〕张裕超，张磊.悬臂施工中三角挂篮的结构计算与安全检算.北方交通，2012（6）：95-100.

〔3〕中华人民共和国行业标准《铁路桥梁钢结构设计规范》（TB 10002.2-2005）.中铁大桥勘察设计院有限公司，2005.

〔4〕中华人民共和国行业标准《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB 10002.3-2005）.中华人民共和国铁道部，2005.