武汉绕城公路某大桥挂篮设计施工技术方案.doc

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1、1. 概述武汉绕城公路某合同段某大桥主桥为三跨刚构连续梁组合体系，桥跨布置为45+80+45米。箱梁设计为两幅分离的单箱单室结构，单幅箱梁（挂篮施工段）顶宽为13.5米，底宽为7米，翼板长度为3.25米，顶板厚度为25厘米，底板厚度为2740.9厘米，腹板厚度为35厘米，梁高（以二次抛物线变化）为2.34.13米。箱梁底板和顶板均设置2%的向外侧的横坡。2. 挂篮设计与制作根据设计要求，挂篮自重及全部施工荷载重量之和应控制在60t以下，在确保承载力、刚度的情况下尽可能将挂篮轻型化。椐此挂篮设计总长为10.25米，高为3.44米，悬臂长为4.85米，锚固于已浇好的箱梁上。挂篮主要由主桁架、行走及

2、锚固系统、吊带系统、底模平台系统、模板系统五大部分组成。挂篮型式及构造见附图，挂篮重量见挂篮材料汇总表，设计验算见计算书。2.1.挂篮主桁架系统 挂篮主桁架为棱形桁架，每片桁架的上、下弦分别由N2（232a）、N4（2I56a）组成，前、后斜杆及立柱分别由N3（232a）、N1（2I36b）、N5（2I36b）组成。并由加强板、节点板、平联及前挂梁等组成空间桁架。具体见结构图1、图2。2.2.挂篮行走及锚固系统 每个挂篮行走及锚固系统由=20mm的钢板加工的滑船、1台3t卷扬机、手拉葫芦（4个5t、4个3t、6个1t）、2个32t的螺旋千斤顶、底座、夹具、6 32后锚主锚杆和连接器等组成。 主

3、桁底梁前端与滑船连成一体形成前支点，将力集中传递给已浇箱梁，底梁后端通过 32精轧螺纹钢筋锚固于已浇箱梁上。在挂篮行走时，先将底篮通过手拉葫芦和钢丝绳悬挂于主桁前、后挂梁上，然后解除底模与主桁之间及底模与砼之间的精轧螺纹钢筋之约束，并将翼板底模和外侧模下放于底篮平台，通过手拉葫芦下调底模，使底模与箱梁脱开，最后在挂篮主桁两前支点分别加1台32t螺旋千斤顶将主桁顶起，同时逐步松卸主桁后锚，当主桁底梁（4#杆件）与滑梁脱开后将滑梁前移到指定位置并锚固，再施加主桁与滑梁之后锚约束，千斤顶卸荷使主桁下放于滑梁上，上述工作完成后，通过操作2台5t手拉葫芦来完成挂篮行走。 2.3.挂篮吊带系统 挂篮吊带系

4、统由前232a的挂梁、 32精扎螺纹钢筋、夹具和连接器等组成。挂篮前吊带12根，均与底模之横梁（2I25a）锁接。2.4.挂篮底篮系统挂篮底篮系统由前、后下横梁（2I25a）、纵向支撑梁（I36b）、底模板（由=6mm钢板、8及14a组成大模板和前、后操作平台等组成。底篮前端悬挂于主桁架前挂梁上，后端锚固于已浇箱梁上。见图1-2、图10-11。底篮移动采用悬挂的方式，即通过钢丝绳及手拉葫芦将底篮悬挂于主桁前、后挂梁上，使底篮与主桁同时移动。2.5.挂篮模板系统 挂篮模板由箱梁底板底模、翼板底模、内顶模、对拉螺杆、箱梁腹板内、外侧模和端头模等组成。见图11-15。3. 挂篮制作及安装3.1.挂篮

5、施工工艺流程见流程图，挂篮制作完成后应及时进行进行试拼，并检测。挂篮主桁、底篮系统和侧模加工内模系统安装主桁架安装及锚固主桁前、后梁及平联梁安装底篮系统安装工作平台安装外模系统安装调试3.2.挂篮制作3.2.1.制作要求a.主受力杆件均采用现场材料。b.焊缝高度hf 8mm，焊缝质量满足规范要求。 3.3.挂篮安装首先在1#块顶板上的腹板位置放出挂篮主桁架的中心线，凿出预留孔，然后吊装主桁架菱形架，将其直接置于已浇箱梁上并锚固（当挂篮施工完第一节段后，在挂篮移动前，加滑梁于主桁架4#杆件下），安装平联梁、前挂梁、后挂梁，待挂篮主桁架安装完毕后，安装底篮系统、模板、吊带等。吊装采用15t浮吊从上

6、、下游侧安装。底篮系统及模板安装在支架上进行，待底模和侧模拼装完成后，用5t手拉葫芦和卷扬机将其提升到位，并进行锚固，底模系统前端通过精轧螺纹钢筋悬挂于主桁前挂梁上，后端通过精轧螺纹钢筋锚固于已浇箱梁。3.4.挂篮荷载试验经过计算，挂篮桁架和模板系统在3.5m施工段和4.0m施工段的荷载出入不大，并且挂篮的竖向变形仅为9mm，各个杆件的应力相应较小，因此，挂篮的荷载试验采用在现场“堆载试验”的方法；试验荷载分三级，在加每级荷载的同时，进行测量；经过分析4.0米梁段为最不利工况，则对该梁段试验。3.4.1试验荷载的三次加载第一级荷载为：底板砼重26t；第二级荷载为：底板、腹板砼重48t；第三级荷

7、载为：整个梁段砼重107t。3.4.2.试验监控 测量监控：测量监控采用全站仪进行观测，并详细记录数据，根据数据分析挂篮的变形。 3.4.3.荷载试验观测内容、成果：荷载试验仅观测挂篮主桁架整体受力情况，即整体变形量、挠度和水平方向的稳定情况；试验完毕后，提供试验成果给项目部，以便指导后续梁段的施工。3.5.挂篮施工规程节段箱梁施工完毕后，挂篮移动步骤如下：a.将底篮系统、外侧模系统和内顶模通过手拉葫芦悬挂于主桁架前、后挂梁上。b.解除前挂梁与底模、外侧模之间的精轧螺纹钢筋连接。 c.解除底篮与主桁之间及底篮与砼之间的精轧螺纹钢筋之约束，并将翼板底模放置于底篮平台上。 d.通过操作手拉葫芦使底

8、篮与箱梁脱开，并保证有一定的间距。e.使用千斤顶将主桁顶起，前移滑轨并锚固。f.千斤顶卸落，使主桁下落于滑轨上并锚固。g.操作主桁前方手拉葫芦拉动主桁，使挂篮前移。h.挂篮前移到位后，进行定位、锚固。i.采用手拉葫芦提升模板，模板提升到位后，进行定位、锚固。4. 挂篮设计计算书图 （一） （单位：米）4.1.主桁主桁受力简图见图（一）。4.1.1. 荷载4.1.1.1.待浇砼、挂篮底蓝、模板和其它施工荷载重：3.5米梁段：钢筋砼重858.71kN、施工荷载47.25kN、模板系统重232.24kN4.0米梁段：钢筋砼重796.73kN、施工荷载54.0kN、模板系统重217.47kN4.1.1

9、.2.荷载总重：3.5米段：1138.2kN4.0米段：1068.2kN4.1.1.3.前点板荷载计算：对3.5米梁段：G=1138.21/22.15/4.65=263.1kN对4.0米梁段：G=1068.21/22.40/4.65=275.7kN经上面计算得知：4.0米梁段工况为最不利。4.1.2.菱形桁架各杆件的几何、断面特性及受力情况后锚点与前支点的间距为：4.25米前支点与前节点（前挂点）的间距为：4.45米立柱高为：3.0米杆件采用的型钢：N1、N5为：2I36b N2、N3为：232a N4为： 2I56a杆件的截面积：A1=A5=16700mm2A2=A3=9700mm2A4=2

10、7050mm2 各杆件受力： N1=（288.722+4092）1/2=500.6kN（拉）N2=4.45/3275.7=409kN（拉）N3=5.367/3275.7=493.2kN（压）N4=4.25/5.202500.6=409kN（压）N5=3/4.25409=288.7kN（压）RA=3/5.202500.6=288.7kN（拉）RB=8.7/4.25275.7=564.4kN（压）4.1.2.1.受拉杆件强度验算4.1.2.1.1.对N1进行验算：1=N1/A1=500.6103/16700=30.0MPa =210MPa由1知杆件强度满足要求。4.1.2.1.2.对N2进行验算：

11、2=N2/A2=409103/9700=42.2MPa =210MPa由1知杆件强度满足要求。4.1.2.2.受压杆件稳定性验算4.1.2.2.1.对N3进行验算： 由=Ln/iy=536.7/7.03=76.34查表得=0.712 有3=N3/A3=4931000/（97000.712）=71.4MPa=210MPa 则N3压杆稳定性满足要求。4.1.2.2.2.对N5进行验算： 由= Ln/iy=56.56查表得=0.825 有5=N5/A5=288.71000/（167000.825）=20.95MPa=210MPa 则N5压杆稳定性满足要求。4.1.2.3.焊缝抗剪强度验算按主桁实际受

12、力及主桁的构造，该结构只验算N2与N3、N1与N2和N1与N4焊接处焊缝强度即可。以：t=N/（0.7HfLf） 焊缝抗剪强度t=160MPaa. N1与N2焊缝强度验算t=500.61000/(0.763670)=33.05MPa由tt知焊缝强度满足要求。b. N2与N3焊缝强度验算t=493.21000/(0.762650) =44.31MPa由tt知焊缝强度满足要求。4.1.3.挂篮竖向变形计算挂篮竖向变形f包括主桁架和底模吊带变形的总和。4.1.3.1.挂篮竖向变形挂篮最不利工况为4.0米段箱梁砼浇筑，假定对主桁施加单位荷载G=1，则桁架的单位内力系数如下：1#杆件 N1=1.7342

13、#杆件 N2=1.4833#杆件 N3=1.7894#杆件 N4=1.4175#杆件 N5=1.05桁架杆件单位内力系数与桁架杆件内力相乘，计算桁架的竖向位移f1：f1=nNiLi/EAi=（1.734500.65.202+1.05288.73.0）/16700+（1.483409.04.45+1.789493.25.367）/13410+1.417409.04.25/27050106/2.1105=4.6mm吊带竖向变形f2计算。取吊带长度L为8米，吊带材料为精扎螺纹钢筋，近似取E为2.1105MPaf2=275.728106/（804.362.1105）=4.4mm挂篮竖向变形f=f1+f

14、2=9.0mm4.2.底模平台4.2.1.箱梁底板平台结构验算平台组成：底模支撑梁I36b共7根，前后下横梁2I25a。按最不利假定工况：假定I36b的4.65m跨段满跨为均布荷载， 4.2.1.1.对腹板底部2I36b进行强度和刚度验算由2I36b承受的荷载有：钢筋砼产生的荷载：43.12kN/m振捣砼产生的荷载：2.2kN/m模板自重：4.86kN/m2I36b自重：1.312kN/m则2I36b承担的线荷载为： 51.49kN/m（49.29kN/m）受力简图见图（二）（单位：m）。图（二）查表得2I36b：Wx=1838cm3，Ix=33060cm4由M=ql2/8=51.494.65

15、2/8=139.17kN.m=M/W=139.17103/1838=75.72MPa=210MPaf=5ql4/（384EI）=549.294.6541012/（3842.110533060104）=4.3mmf=L/1000=4.65mm知2I36b强度和刚度满足要求。4.2.1.2.对底模板中部I36b进行强度和刚度验算荷载组成：钢筋砼：10.82kN/m模板自重：1.8kN/mI36b：0.658 kN/m施工荷载：2.25 kN/m则I36b承受的线荷载为：15.526 kN/m（13.276 kN/m）查表得I36b：Wx=919cm3 Ix=16530cm4由M=ql2/8 =15

16、.5264.652/8=41.25kN/m=M/W=41.25103/919=44.89MPa=210 MPaf=5ql4/（384EI）=513.2764.654103/（3842.1105） =2.3mmf=L/1000=4.65mm知I36b强度和刚度满足要求。4.2.1.3前后下横梁强度和刚度验算4.2.1.3.1对前下横梁验算（4m梁段为最不利工况）计算简图见图（三）。为计算简便，假定前下横梁从A、B、C、D、E、F点断开，即各段简化为简支梁计算，此简化为最不利情况。对CD段：M=FL/4=32.051.96/4=15.35kN/m=M/W=15.35103/803.76=19.10

17、MPa=210 MPaf=Fl3/48EI=32.051.91631012/（482.110510047.08104）=0.2mmL/1000=1.9mm因BC段与CD段跨度相同，且工况比CD段有利，故可以不进行验算。对AB段：M=Pa（2c+b）/l=60.70.45（20.125+0.325）/0.9=17.45kN.m=M/W=17.45103/803.76=21.71MPa=210MPaf=60.70.45103（20.45+0.125）0.92-40.4520.9+20.453-0.4520.325-0.1253/（62.110047.080.9）=0.05mmL/1000=0.9m

18、m4.2.1.3.2.对后下横梁验算工况分析：对3.5m梁段：G1=1138.22.0/4.65=489.55kN对4.0m梁段：G2=1068.22.25/4.65=516.87kN则4.0梁段工况最不利，且在4.0m梁段对前下横梁有：G =1068.22.4/4.65=551.33kN由GG2，且后下横梁结构比前下横梁结构相应大而力的作用点又相同，故在此不需对后下横梁进行受力验算。4.3.前挂梁和吊带受力验算4.3.1.前挂梁强度验算计算简图见图（四）、（五）。查表得232a：Wx=949.758cm3 Ix=15196.12cm4MA=MB=30.692.788+30.690.813+3

19、8.780.613=134.29kN.m=M/W=134.29103/949.758=141.4MPa=210MPa跨中Mmax=69.1kN.m=M/W=69.61103/949.758=73.3MPa=210MPa4.3.2.吊带验算吊带采用精轧螺纹钢筋 32，其=750MPa根据前面计算可知吊带的最大受力F=82.62kN由=F/A=82.621000/804.3=102.7MPa知吊带受力满足要求。4.4. 挂篮移动工况下的稳定性验算4.4.1.底篮系统之后下横梁受力验算后下横梁组成：2I36b 计算长度为14m。荷载组成：模板、模板支撑系统及后下横梁自重。 荷载布置见计算简图（六）

20、后下横梁弯矩图见图（七）查表得：W=1838cm3,I=33060cm4强度验算：外荷载弯矩M1=58.28kN.m，自重荷载弯矩M2=32.15kN.m=M/W=90.431000/1838=49.2MPa=210 MPa挠度验算：分析弯矩图图形，且按荷载布置及结构情况，可将后下横梁挠度验算简化为简支梁受均布荷载模式进行验算。 有：q=7.17kN/m、f=5ql4/384EI=57.17144103/（3842.133060）=52mm4.4.2.滑梁受力验算 滑梁组成：232a加上、下加劲板。 计算简图及荷载布置情况见图（八） 假定A点为转动点，求主桁及模板系统重心距A点距离L。又知一套

21、挂篮一半自重为164.91kN，各杆件及模板系统对A点产生的弯矩：M1=58.3710.6+610.6+2.048.375+53.976.15+9.186.15+5.368.375+4.718.375+3.366.15+6.284.025+15.643.075=1266.15kN.m 则有：主桁及模板系统重心距A点距离L= 1266.15/164.91=7.68m 假定B点为转动点，求挂篮移动时后锚点拉力N。 N=164.912.08/5.6=61.25kN 滑梁受力状况见计算简图（九） MA=33.084.6=152.17kN.m 查表得结构截面特性： I=35226.4cm4，W=1910

22、.93cm3=M/W=152.17103/1910.93=79.63MPa=210MPaf=Pa2b2/(3EIL)=61.254.625.421015/(32.110535226.410410103)=17mm滑梁翼板局部剪力：因232a顶部两翼板同时受力，按结构的实际情况，即232a顶板和底板未锚固，故翼板受力验算不考虑加劲板。槽钢截面几何特性，取截面中心线尺寸： h=32-1.4=30.6cmb=8.8-0.8/2=8.4cm yc=2.242-0.8/2=1.842cm ay=3b2t/(6bt+h)=38.421.4/（68.81.4+30.60.8）=3.01cm IK=(bii3

23、)/3=(8.41.432+30.60.83)/3=20.59cm4Iw=(b3h2t/12) (2h+3bt)/(6bt+ h) =(8.4330.621.4/12) (230.60.8+38.41.4)/(68.41.4+30.60.8) =57390.4cm6w=MwSw/Iw Mw=Pe(shkb/shkl)chkx设G=0.81105MPa,E=2.1105MPa k=(GIK/EIw)1/2=（0.8110520.59）/（2.11055739.04）1/2=0.01176cm kl=0.011761000=11.76 shkl=64013.7 kb=0.4=0.0988 shkb

24、=0.1 kx=0.01176460=5.4096 chkx=111.77e=ay+yc+2=1.842+3.01+2=6.852cmPe=30.6256.85210-2=2.1kN.mMw=2.10.1106111.77/64013.7=366.7N.mmSw=(b-ay)2ht/4=(8.4-3.01)230.61.4/4=311.15cm4w=366.7311.15104/(57390.41068)=0.003MPa经计算知滑梁受力满足要求。4.4.3.后挂梁受力验算 后挂梁组成：2I36b 受力见计算简图（十） 外载产生的弯距M1=53.973.73=201.31kN.m 自重产生的弯距M2=ql2/2=1.3123.732/2=9.13kN.m 查表得：W=1838cm3 I=33060cm4 =M/W=210.441000/1838=114.5MPa=210 MPa 挠度f=FL3/3EI+qL4/8EI=53.973.733103/(32.133060)+1.3123.734103/(82.133060)=13.9mm 经计算知挂梁悬臂端受力满足要求。