某大桥挂篮施工张拉系统设计与计算

张 辉 （中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100）

挂篮施工具有能使用大跨度桥梁、可就地分段悬臂作业、不需要架设支架和不需要使用大型吊机等技术优势。由于挂篮结构在桥梁施工中占据众多技术优势，然而专门研究挂篮张拉系统的文献较少。本文以某斜拉桥作为工程实例，采用solidworks软件对挂篮张拉系统进行建模，并分析斜垫块受力情况。

1 工程概况

主桥采用双塔斜拉桥，跨度布置为（46+88+280+88+46）m，主梁采用钢横梁混凝土边主梁结构形式，并用挂篮法对称悬臂施工。引桥采用30m跨径的预应力混凝土连续箱梁。主塔塔高102.5m，由上塔柱、下塔柱和上横梁、下横梁等部分组成，截面为在塔柱外侧呈“D”型圆弧段的箱型截面。主塔整体为“鱼”状流线弧型框架钢筋混凝土结构。

2 挂篮设计基本参数

标准节施工采用牵索挂篮，单侧单台挂篮自重约900kN，采用钢材及型材焊接而成，包含挂篮平台、张拉机构、锚固系统等部件。施工荷载250kg/m2；混凝土容重取26kN/m3；底模、侧模自重按150kg/m2；顶模自重按 100kg/m2；

材料选用及许用应力：挂篮使用钢板材质分为Q345B和Q235B两种，安全系数取1.48，选用材料许用应力如表1所示。

材料许用应力 表1

3 挂篮张拉系统建模与受力分析

3.1 挂篮整体模型的建立

根据工程概况、挂篮设计基本参数以及选取的材料特性参数，采用Midas/Civil对挂篮整体模型进行建立，用于分析主梁节段施工工序中挂篮受力状况。根据挂篮整体受力状态来进一步分析挂篮张拉系统斜垫块的受力特征。挂篮整体基本模型如图1所示。

图1 挂篮整体模型

3.2 张拉系统分配梁设计计算

斜拉索最大拉力按F=kN；分配梁采用Q345材质，整体自重G0=20kN，总长l0=2.7m，跨距l=1.8m。分配梁示意图如图2。

图2 分配梁示意图

3.3 张拉系统斜垫块建模验算

斜垫块分为下面板、腹板及筋板,均采用Q345B钢材；其中下面板与张拉机构分配梁上表面以螺栓连接。上部腹板和筋板直接焊接在挂篮下纵梁下面板，腹板和筋板上接头为固定面。斜垫块基本模型示意图如图3。

采用solidworks软件对张拉系统的斜垫块进行建模，分别对边跨斜垫块S2～边跨斜垫块S5，及中跨斜垫块C2～中跨斜垫块C5共8个位置斜垫块进行了有限元建模与受力分析。以腹板和筋板在下面板下表面投影部分为受力区域，总共受力为F，建模分析计算应力图如图4～图11。

图3 斜垫块基本模型

图4 边跨斜垫块S2建模计算结果

图5 边跨斜垫块S3建模计算结果

图6 边跨斜垫块S4建模计算结果

图7 边跨斜垫块S5建模计算结果

图8 中跨斜垫块C2建模计算结果

图9 中跨斜垫块C3建模计算结果

图10 中跨斜垫块C4建模计算结果

图11 中跨斜垫块C5建模计算结果

产生最大应力统计如表2所示。

斜垫块计算结果统计表 表2

最大应力为σmax=112.6MPa＜[σ]，结构受力满足要求。

4 结论

本文通过对某大桥挂篮结构张拉系统进行结构建模与受力分析，得出以下结论：

①挂篮施工具有能使用大跨度桥梁、可就地分段悬臂作业、不需要架设支架和不需要使用大型吊机等技术优势。

②在挂篮结构设计过程中，要充分理清挂篮施工的传力途径，并对关键受力部位进行建模和受力分析显得尤为重要。

③采用solidworks软件对张拉系统的斜垫块进行建模，边跨斜垫块及中跨斜垫块的结构受力均满足相应规范和材料特性的要求。

④挂篮结构张拉系统斜垫块细节构造对施工操作难易程度影响较大，在设计张拉系统时需引起注意。