6I56a型新型挂篮结构设计研究

刘小玉

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司，北京 101100)

桥梁现浇施工中，挂篮现浇施工是一种常见的施工方法，针对挂篮的设计和施工研究成果较多，这些解决了实践中的诸多问题[1-4]。本文以郑州南站匝道桥(40+70+40)m为工程背景，设计了一种利用既有6I56a型钢和钢板组焊拼装而成的主梁作为承重体系的挂篮，有效解决了该桥悬灌现浇施工中挂篮的限高问题，为类似工程提供借鉴。

1 工程概况

郑州南站匝道桥主桥桥跨布置(40+70+40)m，单幅主梁采用双箱双室箱形截面，三向预应力体系，采用挂篮悬臂浇筑施工，箱梁顶板宽16.5 m，底板宽11.5 m，悬浇1#～9#段，节段长度有两种：3.5 m、4.0 m，边跨、中跨合龙段长度为2.0 m。由于该桥顶部临近高压电线，挂篮的高度受到限制，要求挂篮高度不超过3.0 m，使得传统的菱形挂篮不适应于本项目需要，需要设计新型的挂篮结构以满足施工需要。

2 挂篮的设计

2.1 整体设计

本桥施工挂篮由主梁承重系统、底篮、悬吊系统、锚固系统、行走系统、平台系统及模板系统等部分组成。如图1所示，挂篮主梁承重系统由6I56a和钢板焊接而成，前上横梁由2I45普通热轧工字钢组成，底模前、后横梁由2[40a普通热轧槽钢组成，底模纵梁由I32a普通热轧工字钢组成，外模吊梁由双2[36b普通热轧槽钢组成，内模吊梁由2[36b普通热轧槽钢组成，底模吊带由(200 mm×30 mm)钢板组成，其它吊杆采用∅32 mm精轧螺纹钢。

图1 挂篮结构(单位：mm)

该挂篮采用6I56a型钢组合梁结构替代了原来的菱形主桁架结构，在保证安全的情况下，降低了挂篮的标高，使得挂篮主梁顶面至混凝土梁顶面高度降为2.7 m，满足了工程的实际需要。

2.2 6I56a型钢组合梁结构

主梁采用6根I56a工字钢和14 mm钢板进行焊接组合成一个稳定的箱形结构，并在支座位置焊肋板，提高局部稳定性。

主梁结构的具体加工方法：取现有的两个三拼I56焊组件，采用冷切割，把三拼I56a其中一个I56a分割开，分别把2I56a和I56a上下两层焊接牢固(注：前后支座位置需抵抗很大的反力，焊接10 mm厚的肋板，间隔距离为150 mm)；把2I56a和I56a上下两层焊接牢固后，重新拼装到一起，在翼缘切割损伤部位，加焊缀板；在拼好的6I56a两侧分别焊14 mm的钢板，组成一个稳定的箱形结构。该箱形结构作为挂篮的主梁，替代了传统挂篮的菱形桁架结构，如图2所示。

图2 6I56a箱型结构

3 数值模拟分析

3.1 建立计算模型

3.1.1 材料参数

6I56a型挂篮主梁采用6I56a型钢与钢板组焊而成的箱形结构，其前后横梁、底纵梁、前托梁、后托梁、内滑梁均采用型钢组合而成，材料均为Q235B。吊杆和锚固构件均采用∅32 mm精轧螺纹钢，销子采用40Cr钢。吊带采用带孔钢板，材料均为Q345B。各种钢材的物理力学参数如表1所示。

表1 挂篮材料参数

3.1.2 载荷分析

(1)现浇梁自重：混凝土重度取26 kN/m3；考虑到混凝土施工胀模而出现超载，取超载系数为1.1。

(2)施工过程中人员和机具产生的活荷载：验算模板时按照2.5 kN/m2取值，验算模板下的支撑梁时按照1.5 kN/m2取值。

(3)施工过程中振捣混凝土产生的荷载：验算水平模板时，按照2.0 kN/m2取值；验算侧模时按照4.0 kN/m2取值；倾倒混凝土对侧模板产生水平冲击载荷按照6.0 kN/m2取值。

(4) 挂篮走行冲击系数：按照1.1取值。

结构计算采用Midas软件进行整体建模分析。

3.2 计算结果分析

采用有限元对挂篮在施工过程中的各个工况进行了数值分析，验算了挂篮的安全性。

采用有限元对悬臂浇筑过程中混凝土浇筑、挂篮走行和挂篮倒退工况进行了模拟，确定了施工过程中最不利的施工工况，结果如图3所示。得出各个部件最不利的应力及所处的工况，如表2所示。

表2 主结构计算结果

图3 挂篮浇筑、走行、倒退模拟工况

研究结果表明：6I56a型主梁结构应力最大值出现在浇筑工况，最大应力为130.3 MPa，最大变形也出现在浇筑工况，最大变形为17.0 mm。

4 现场施工情况

本桥施工挂篮采用6I56a型钢和钢板组焊箱形结构作为主梁后，满足了现场施工的限高要求，现场施工情况如图4所示。在整个施工过程，挂篮工作正常，表明了挂篮设计的合理性。

图4 挂篮现场施工

5 结束语

根据现场混凝土悬臂浇筑时挂篮高度受限的实际情况，设计了一种6I56a型新型挂篮，采用6I56a型钢组合梁替代了传统挂篮的菱形桁架结构，满足了施工中限高的要求。采用有限元对新型挂篮在悬臂浇筑施工过程中的不同施工工况进行了数值仿真，计算结果与施工实践表明，新型挂篮的强度、变形均满足要求。