菱形挂蓝主桁架强度与稳定性验算

菱形挂蓝主桁架强度与稳定性验算
摘要：以在建的连续箱梁施工使用的菱形挂篮为实例，利用MIDAS软件建模分析，分别对挂篮主桁架的强度、刚度和稳定性进行验算。

得到桁架型钢、锚固系统、行走系统的强度、刚度和稳定性均满足设计和规范要求。

关键词：挂篮；强度；刚度；稳定性
1挂蓝设计概述
上海市林海公路4标段大治河桥为单箱双室，（60+105.5+58.5）m的三跨连续梁桥，采用挂蓝法悬臂浇注施工工艺。

0、1号块采用满堂支架现浇施工，2～13号块采用挂蓝悬臂浇注施工。

悬浇挂蓝选用刚度比较大的菱形挂蓝，如图1。

挂蓝由主桁系统、底蓝系统、行走及锚固系统、模板及调整系统，以及附属结构（操作平台、爬梯和栏杆等）部分组成。

挂篮的3榀主桁架，位于箱梁腹板处，主桁架间距5.75m。

图1 挂篮结构图
挂蓝行走采用双轨自锚形式。

每榀主桁下设置两根走轨，两组反扣轮组，轨道用压梁、竖向预应力钢筋锚固。

主桁前端支座采用滑船形式，主桁立柱铰接。

行走轨道采用钢板焊接H型钢，轨道整根布置，两根轨道之间不设置横向联结，现场根据需要采取相应的措施，轨道前移采用挂蓝顶起后拖动。

挂蓝行走采用穿心顶拖动，轨道前端、支座上设置反力装置。

2、挂篮设计依据
1）林海公路4标段大治河桥设计图纸；
2）《钢结构工程施工质量验收规范》·GB50205-2001；
3）《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）。

3、分析内容
1）挂篮桁架强度和刚度
根据林海公路大治河桥设计资料进行荷载分析，验算节段施工时主桁架的强度和刚度；
2）挂篮施工时抗倾覆稳定性
节段施工时，按最大荷载考虑，验算挂篮后锚固系统的稳定性；
3）挂篮行走时抗倾覆稳定性
挂篮前移时，考虑恒荷载和震动等不利因素，验算行走系统的稳定性。

4、荷载分析
1）节段新浇混凝土的荷载
挂蓝施工节段最大长度为4.0m，箱梁底板宽度12m，节段最大重量为2号块，节段长度3.5m，最大重量为1690KN。

偏于安全考虑，将节段总重量，按照前、后横梁之间的距离为5m，宽度12m换算成面荷载P1：
P1=1690/5/12=28.16 Kpa；
2）施工人员、施工料具运输、堆放荷载
P2=1.5 Kpa;
换算成集中荷载为：1.5*4*12=72 KN；
3）混凝土振捣产生的荷载
P3=2.0 Kpa
换算成集中荷载为：2.0*4*12=96 KN；
4）底模板（50KN）
P4=50KN/5/12=0.83Kpa；
5）内模重量（含行走梁和内滑梁）105KN
P5=105/5/12=1.75 Kpa；
6）前上横梁、前下横梁、后下横梁：
根据挂蓝图纸，横梁总重量
P6=28.2+25.49+36.18=89.87 KN；
7）外侧模板（外侧导梁1、导梁2）
外侧模板：2*80KN=160 KN；
外侧导梁1、导梁2：23.4+7.54=30.9 KN；
P7=160+30.94=190.94 KN；
8）挂蓝底模纵梁（按照0.5m的间距平均布置，每个挂蓝26片，长度6m），采用Ｉ32a，每米重量52.68Kg/m，总重量为：
P8=26*6*52.68=8218Kg=82.18 KN。

换算成为面积荷载为：82.18/5/12=1.37Kpa；
9）荷载组合
根据以上计算的个分项荷载，结合进行结构分析的部位，荷载组合如下：
挂蓝主桁架
验算挂蓝的主桁架荷载，考虑全部荷载由桁架和箱梁端部承受，实际上箱梁所承受的荷载大于挂蓝桁架的，但我们在计算时假定两者各承担一半，所以，挂蓝主桁架承受的荷载（即前上横梁）的荷载计算如下：
总荷载计算：
P=P1+P2+P3+P4+P5+P6+P7+P8
=1690+72+96+50+105+89.87+190.94+82.18
=2376 KN。

桁架有3片受力，所以每片桁架的前端承受的荷载为：
5、挂蓝结构计算
采用MIDAS软件建模，分别对主桁架的内力、变形、应力进行计算分析，得到如下结果：
1）桁架单元的内力计算结果：
图2 桁架受力图图3 桁架内力图
2）桁架单元最大位移：桁架最大位移为挂蓝的前端，最大位移13mm；
图4 桁架变形图图5 桁架应力图
3）挂蓝桁架单元应力：最大应力为71.3Mpa，小于容许压应力175Mpa，满足规范要求。

4）杆件的稳定性验算
选择承受拉应力和压应力最大杆件进行校核，从杆件内力计算结果可知，挂蓝前斜杆和后拉杆所承受的拉应力和压应力里最大，F=699.2 KN。

杆件的强度和稳定性复核计算如下：
①前斜杆的稳定性验算
前斜杆的由3[32a槽钢双拼而成，长度L=6.1m；A=2*4850=9700mm2；
查《手册》可知[32a槽钢的ｉ＝12.44cm；
长细比λ=L/ｉ=610/12.44
查表可知前斜杆的稳定性系数φ=0.828
所以，挂蓝前斜杆受压稳定性满足要求。

②后拉杆抗拉强度验算
所以，后拉杆的强度，满足要求。

6、挂蓝稳定性计算
6.1挂蓝施工时抗倾覆稳定性计算
1）后锚强度计算
根据挂蓝设计图纸，每榀菱形挂蓝后部有两根后锚扁担梁，由2根Ｉ25a双拼而成，
图6 单榀桁架尺寸图
每根扁担梁各通过2根φ32mmJL750精轧螺纹钢与桥面锚固，所以每榀桁架有4根后锚杆，由前面主桁架计算可知，
每根JL750的精轧螺纹钢设计拉力：
T=750*3.14*0.0152=529.8KN；
考虑2倍的安全系数，[T]=529.8/2=264.9 KN；所以，4根φ32mm精轧螺纹钢筋的容许拉力=4*264.9=1059.6KN＞NA=518.2KN，因此，后锚拉杆的强度满足安全要求。

2）后锚扁担梁强度验算
后锚扁担梁由2根25a工字钢和钢板拼焊而成，查《路桥施工计算手册》可知2根25a工字钢：Wx= 2*401360mm3；A=2*4851mm2；
图7 扁担梁受力图
后锚扁担梁弯矩计算：
后锚扁担梁剪力计算：
弯曲应力验算
弯曲强度满足要求。

剪应力验算
抗剪强度满足要求。

6.2 挂蓝空载前移时抗倾覆稳定性验算
当挂蓝空载前移到箱梁浇注位置时，此时处于悬臂空载下的挂篮所承受的倾覆力最大，在这种荷载工况下，挂篮的主要承受的荷载有：外侧模板和滑梁、内侧模板和内滑梁、前上、下横梁底篮纵梁和底模等，以及堆放的机具荷载。

现在对上面这些荷载进行计算：
①人员机具堆放荷载：72KN；
②内模板（内滑梁）：105KN；
③外侧模板（外滑梁）：160KN；。