浅析襄阳小清河大桥挂篮结构安全性检算

浅析襄阳小清河大桥挂篮结构安全性检算

解鑫鹏 1 加凯 2 刘翔宇 3

中建三局基础设施建设投资有限公司 湖北省武汉市 430040

摘要：襄阳小清河大桥为主跨140m大跨径连续梁桥，采用挂篮分段悬臂浇筑施工工艺。本文基于Midas Civil有限元模型，按照挂篮荷载传递路径，分别计算挂篮最重悬浇段和挂篮行走两种工况下，挂篮主要构件的应力及变形。阐明了工程中挂篮安全性检算的计算原理及方法，验证了挂篮结构安全性，为类似工程提供参考。

关键词：挂篮 有限元 荷载 应力 悬臂现浇

1 工程概况

襄阳市环线提速改造（内环）工程小清河大桥采用85m+140m+85m变截面双幅连续梁桥结构，按左右分幅设计，左右幅各节段长度划分相同，分为0#块（12m）、悬浇段（共16个节段，中跨至边跨依次为2个3m、4个3.5m节段、4个4m节段、6个4.5m节段）、合龙段（长2m）、直线段（长13.9m）。

全桥采用4套挂篮同步施工，常见挂篮按其结构形式可分为：三角挂篮、菱形挂篮以及桁架式挂篮^[1]。本工程采用菱形挂篮结构，其主要由①主桁、②后锚、③悬吊、④行走以及⑤底模平台等五大系统组成。

2 挂篮结构安全性检算原理

由于挂篮构件多，连接方式不尽相同，采用传统力学计算构件应力十分繁琐^[2]，因此本文采用Midas Civil建立挂篮有限元模型，充分考虑挂篮悬浇和行走阶段的最危险工况作为检算控制阶段计算挂篮构件应力及变形，合理施加荷载组合。挂篮荷载传递路径为：底模平台→悬吊系统→挂篮主桁→后锚系统^[2-4]。沿此荷载传递路径，依次检算各构件的应力及变形是否满足要求。

3 检算方法

3.1 计算说明

本计算考虑的荷载：混凝土重量、挂篮结构自重、施工人员及机具荷载（2.5kPa）、混凝土倾倒产生荷载（2.0kPa）。砼浇筑时，箱梁3#节段重259.9t，为悬浇最重节段，作为工况一；挂篮走行未锚固前为最危险状态，作为工况二。具体荷载组合为：

工况一（砼浇筑）：1.2×（挂篮结构自重+混凝土自重+模板自重）+1.4×（施工人员、机具荷载+混凝土倾倒产生荷载）；

工况二（挂篮走行）：冲击系数1.3×（挂篮结构自重+模板自重）。

3.2 挂篮结构荷载

（1）底托平台：底托平台纵梁（HN400型钢）共25根，单根重3.2kN，总重80kN。底托平台前、后底横梁（2HN400型钢焊接）总重47.1kN。底托后护栏、侧护栏、前护栏总重15.9kN。

（2）悬吊系统：内滑梁采用2［32b槽钢、外滑梁采用2［40b槽钢；前上横梁长16m，采用2×HN500型钢焊接截面。前吊带采用25×180截面的Q345b钢板，总重73.5kN；内模支架（两榀模架）：64kN；外侧模及桁架（两榀模架）：95.7kN^[5]。

（3）挂篮主桁：篮主桁架重187.96kN。

3.3 工况一检算：箱梁3#节段砼浇筑

采用条分法将3#块的砼重分配到底模纵梁及内外滑梁上，采用Midas Civil建立挂篮有限元计算模型。沿荷载传递路径依次检算：底模系统→悬吊系统→挂篮主桁→后锚系统。

3.3.1挂篮构件计算结果

采用有限元与传统力学计算相结合的计算方法，计算挂篮构件的应力及变形结果见下表：

表1 工况一挂篮构件检算结果统计表

3.4 工况二检算：挂篮走行

挂篮走形到位且未锚固前为最不利状态，荷载为挂篮自重，检算原理同工况一，沿挂篮荷载传递路径，依次检算底模平台、悬吊系统、挂篮主桁以及行走轨道系统。工况二计算模型及结果如下：

表2 工况二挂篮构件检算结果统计表

4 结论

本文采用条分法划分施工荷载，通过传统力学与有限元相结合的计算方法，沿着挂篮荷载传递路径，依次检算挂篮底模平台、悬吊系统、挂篮主桁以及后锚系统等主要构件，结果表明挂篮各构件强度、刚度以及稳定性均满足规范要求。基于Midas Civil的有限元计算方法能快速计算挂篮整体及局部受力并直观显示，有利于工程师们对挂篮系统深化设计，合理利用材料并加快施工进度，值得同类工程借鉴。

参考文献

[1] 黄金, 刘强. 永蓝东路桥挂篮仿真分析 [J]. 水利与建筑工程学报, 2011, 9(06): 145-9.

[2] 谭潇, 熊咸玉. 菱形挂篮验算简化分析对比研究 [J]. 施工技术, 2016, 45(S2): 291-4.

[3] 田武平, 周思锋, 詹应超. 大跨度连续梁悬臂浇筑挂篮的设计及施工 [J]. 公路, 2010, (08): 37-43.

[4] 赵煜, 刘勇, 孙楠楠. 挂篮底模纵梁受力简化计算方法及承重分配系数 [J]. 铁道建筑, 2020, 60(05): 34-7.

[5] 钢结构设计标准: GB 50017-2017[S].2017.

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