银西铁路某连续梁桥挂篮施工计算分析

杨炎炎

（兰州交通大学 土木工程学院， 甘肃 兰州 730070）

0 引言

挂篮是桥梁施工的核心组成部分，为保障施工安全，在桥梁施工前，必须对施工过程中挂篮的主要受力构件进行强度、刚度（变形）验算以及对挂篮系统的稳定性验算。

1 挂篮参数

本挂篮以银西铁路某连续梁桥挂篮施工为依托，挂篮结构形式为菱形，由主桁承重系统，行走与后锚系统和底托系统等构成。

其中，砼自重 G=26 .5k N/m3；钢弹性模量 E= 2.06× 105MPa；材料强度

砼

S设计值：Q235钢:厚度或直径≤16mm， f=215M Pa ， fv=125M Pa，厚度或直径＞16～40mm， f=205M Pa， fv=120M Pa；Q345钢：厚度或直径≤16mm，f=300 MPa ， fv=175 MPa， 厚 度 或 直 径 ＞16～40mm， f=295M Pa，fv=170 MPa。

2 挂篮仿真计算设计荷载与荷载组合

2.1 各荷载系数取值

1）考虑箱梁砼浇筑时胀模等系数的超载系数：1.05；2）永久荷载取分项系数：1.2；3）可变荷载取分项系数：1.4；4）挂篮空载行走时的冲击系数1.3；5）挂篮行走时的抗倾覆安全系数：2；6）浇自锚固系统安全系数：2。

2.2 作用在挂篮主桁的荷载

①混凝土荷载：选取混凝土最重块计算,最重块为4#块，重量为1535kN。

②混凝土偏载：箱梁浇筑时两侧腹板混凝土重量最大偏差取100kN；

③挂篮自重：由有限元软件Midas Civil根据定义截面自行取值；

④模板自重： 1 .3kN/m2；

⑤施工机具及人群荷载： 2.5kN/m2；

⑥倾倒和振捣混凝土荷载： 4kN/m2；

⑦挂篮冲击荷载：0.3×挂篮自重；

⑧风荷载：按2kN/m施加在主构架一侧计算；⑨护栏荷载：1kN/m。

2.3 荷载组合

荷载组合 1：①+③+④+⑤+⑥+⑨；荷载组合 2（最不利偏载工况）：②+③+④+⑤+⑥+⑨；荷载组合3（挂篮混凝土浇筑完毕后出现大风工况）：①+③+④+⑧+⑨；荷载组合4（挂篮行走工况）：挂篮行走，③+④+⑦+⑧+⑨；荷载组合5：①+③+④+⑤+⑨。

荷载组合1-4用于挂篮的强度和稳定性计算；荷载组合5用于挂篮的刚度（变形情况）计算，荷载组合1与荷载组合4用于挂篮系统的抗倾覆（稳定性）计算。

3 挂篮结构的仿真计算

3.1 挂篮仿真计算模型

挂篮计算模型采用利用有限元软件Midas Civil建立的整体模型，仿真计算模型如图3-1所示。

图3 -1挂篮仿真计算模型

3.2 挂篮强度计算

在荷载组合1至3的作用下，主桁应力见表3.1。

表3 .1主桁架应力

荷载组合4：挂篮行走工况：挂篮前移动时，主桁靠反扣装置在轨道上行走；其它结构不变，底托横梁均由吊杆悬吊；外导梁仍有模板荷载作用。挂篮行走时，中门架与竖杆连接处有应力最大值128.1MPa，符合要求。

通过对以上四种荷载组合所做的受力分析可知，主桁架的强度满足设计要求。

3.3 挂篮刚度（变形）计算

荷载组合5用于计算挂篮系统的结构刚度（变形）。由Midas模型计算出该荷载组合下挂篮变形，综合主桁架、吊杆、前上横梁、托梁等全部位移，导梁系统最大位移16.9mm＜L/400=33mm，符合相关技术要求。即刚度满足使用要求。

3.4 系统抗倾覆计算

挂篮抗倾覆计算主要包括混凝土浇筑工况（荷载组合1）与挂篮移动工况（荷载组合4）。

3.4.1 混凝土浇筑时的抗倾覆（稳定性）计算

在浇筑混凝土时，挂篮主构架后端用精轧螺纹钢锚固在浇筑完成的混凝土梁体上，所以为了保证挂篮施工安全，需要验算挂篮后锚点在最不利载荷组合下的安全性。

通过各工况下的Midas模型计算结果得出，荷载组合1时后锚点拉力最大，其值为741.3kN。设计中单侧后锚点为4根直径32mm的精轧螺纹钢，其可提供的锚固力为：

其安全系数为：

K=2668.7/741.3=3.6＞2，满足要求。

3.4.1 挂篮行走工况的抗倾覆（稳定性）计算

由Midas模型计算结果可知，荷载组合4时反扣装置拉力最大值为145.5kN。

反扣装置由直径55mm的销轴与主构架连接，故单片主构架反力按φ55mm的销轴单面受剪计算，材质为40铬钢，销轴承受的最大剪力为：

其安全系数为：

通过对荷载组合1、4的计算分析，挂篮抗倾覆能力（稳定性）满足相关规范要求。

4 结论

本工程所使用的挂篮在全施工过程中的强度、刚度和稳定性都能满足相关规范的要求，是安全可靠的。