广州地铁十四号线40+60+40m连续梁挂篮的设计与思考

广州地铁十四号线40+60+40m连续梁挂篮的设计与思考

发表时间：2016-05-30T16:45:26.267Z 来源：《基层建设》2016年2期作者：罗欢翁金福

[导读] 中铁大桥局集团第二工程有限公司江苏南京 210015 其计算结果与施工中实测数据基本一致，表明本设计计算方法、假定等能够满足挂篮设计，可作为以后挂篮设计的参考。

罗欢翁金福

中铁大桥局集团第二工程有限公司江苏南京 210015

摘要：文章介绍了广州地铁十四号线40+60+40米连续梁挂篮的设计，并对挂篮的发展提出了个人想法。

关键词：挂篮；设计；计算；思考

1、概述

本桥为（40+60+40）m连续梁钢构桥。上部结构采用单箱单室斜腹板箱梁截面，梁顶宽10m，箱梁翼缘悬臂长2.1m，中墩顶梁段截面梁高为3.5m；连续梁自箱梁根部起28m范围内梁高按二次抛物线线由3.5m变至2m，底板厚由0.7m变至0.3m。箱梁顶板厚度30cm，箱梁悬臂板端部厚度为25.5cm，根部厚度为55cm。

本桥采用挂篮悬臂浇筑法与支架现浇法结合施工，两侧0#块支架现浇节段共长12m，1#~6#块悬臂浇筑节段长3.5m、4m，边、中跨合拢段长2.0m。

2、挂篮的设计

2、1挂篮形式的选择

挂篮悬臂浇筑施工又称迪维达克施工方法。自从20世纪60年代由前西德首先使用以来，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁的一种极为有效地施工手段。挂篮作为悬灌法施工的主要设备已发展为众多种类，如平行桁架式挂篮、三角挂篮、弓弦式挂篮、斜拉式挂篮及棱形挂篮等。在本桥挂篮设计前，针对本桥规模，工期、资源及公司情况，对几种挂篮形式进行了多方面的比较。挂篮作为一种成熟的设备，各种形式的挂篮其重量与节段梁的重量比大致确定，最轻的像弓弦式挂篮一般可做到0.35以下，最重的像平行桁架式挂篮也可以做到0.45左右，而本桥节段梁重约80吨，因此，挂篮重量也就在28吨—36吨左右，设备成本差距也就2—3万，并不大，因此，考虑到弓弦式制作复杂，三角挂篮，棱形挂篮没有现成材料，斜拉挂篮工艺，受力复杂，最终选择平行桁架式挂篮。

2、2挂篮结构的确定

本桥净宽仅10米，且为单箱结构，因此确定采用2组主梁形式，分别布置于箱梁两边腹板处，底模平台由于节段长才4米，节段重较轻，因此考虑采用型钢，两侧悬臂板，由于梁为变高度结构，考虑直接采用钢管支架搭设，吊挂采用精轧螺纹钢筋及钢吊带吊挂，主梁后锚固采用预留孔锚固筋。本挂篮采用后锚固梁一次走行。

2、3挂篮的设计与计算

挂篮的计算主要分为3块，即荷载计算，挂篮结构的计算和挂篮倾覆稳定计算，其计算过程即为挂篮的设计过程，挂篮的结构随着计算的深入不断确定。计算顺序根据荷载的传递路径进行。

2、3、1设计思路

主梁位于腹板上方，并根据预应力筋的位置适当调整，最终确定间距为4.4米，后横梁考虑吊挂离已浇梁段端部0.5米考虑，前横梁考虑施工空间，预留0.6米，而梁段长尾4米，因此前后横梁（吊挂）间距为5.1米。再根据5.1米跨度的底模平台，粗略布置底模纵梁，纵梁布置时应尽量使其受力接近，布置完成后进行各纵梁的荷载计算，根据各计算荷载确定各纵梁前后支点的受力，再根据此力计算平台前后下横梁及其锚固（吊挂）点位置以及锚固（吊挂）力，再根据吊挂力计算主梁。最后计算挂篮施工及走行的抗倾覆稳定性。

2、3、2荷载计算

挂篮的荷载主要分三块，其一为混凝土荷载，其二是施工荷载，其三为结构自重。混凝土荷载为简化计算，设计中一般按简支梁分布考虑，即两根底模主梁之间的混凝土荷载由此两根梁均分。根据前面确定底模纵梁布置，其混凝土荷载分解示意图如下。其纵梁混凝土荷载即为分布面积*钢筋混凝土容重。施工荷载按照规范取2.5KN/M2，根据本桥节段划分，确定1#及3#梁段施工为控制工况，此仅计算1#块这一工况。

2、3、3结构检算

挂篮结构检算根据荷载传递计算，首先计算底模纵梁。根据以上荷载分布，确定4#梁为控制杆件，其受力简图如下：

其中q1=32.02KN/m为砼荷载，qH=3.71 KN/m为模板及施工荷载。计算得反力P前=56.5KN；P后=70.3KN；

弯矩 M=102.4KN.m；

最大组合应力σ=117.5Mpa<[σ]＝140×1.2＝168Mpa；

挠度 δ=8.7 mm<[δ]＝5100/400=12.75mm；均能满足要求，同理计算其他杆件受力。

再根据以上纵梁计算反力计算前后下横梁，依次类推，计算方式几乎相同，在此就不一一列举。

2、3、4抗倾覆计算

本挂篮采用后锚固梁提供反锚力压重一次性走行。挂篮施工完成后，接长挂篮轨道，现场将前后上横梁做临时链接。启用走行吊挂，利用挂篮施工后锚固梁反锚压重走行。当挂篮整体往前走2.5m时，主梁末端走出已施工块段后锚固范围，随即启用下一施工块段后锚固，此时走行后锚固反力最大，为走行最不利控制工况。如下图所示：

以前支腿为倾覆旋转点计算，此时稳定力矩：M1=1201.3KN.m（考虑后锚反压力位100KN），倾覆力矩M2=592.2KN，按照挂篮主桁系统走行稳定系数不得小于2.0的要求，挂篮空载走行时的稳定系数K=M1/M2=1201.3/592.2=2.03>2.0；满足要求。

3、对挂篮的思考

挂篮已经过近60年的不断发展，其施工及设计经验均相当成熟，但目前挂篮的优点与缺点均相当明显。对挂篮的发展，个人有以下几点想法：

第一，由于目前挂篮主梁均在梁顶，占用大量的施工空间，钢筋，预应力、混凝土施工均不方便，是否可以利用主梁纵向预应力预拉锚固底平台或者将挂篮主梁转移到梁底，梁顶纵梁仅作为走行用，这样释放梁顶施工空间，不但方便施工，而且施工质量也有所保证，这是否可以作为我们设计人员设计挂篮的努力方向。

第二、目前挂篮使用非常广泛，挂篮种类，形式也很多，但没有规格化，系列化，导致一只挂篮使用完一座桥梁就报废或者需要进行大规模的改制，费工费料。是否可以考虑进行标准化设计系列产品，进行工厂化，规模化生产挂篮，既保证挂篮质量，又保证经济，社会效益。

第三，挂篮施工虽然是一种非常成熟的工艺，但挂篮事故也不少，经常听到，看到哪儿挂篮掉下来什么的，个人觉得还是规范不够健全，应加强、细化挂篮施工规范。

4、结语

广州地铁十四号线40+60+40米挂篮结构重与施工梁段重之比为0.41，与大众平行桁架式挂篮基本一致，其计算结果与施工中实测数据基本一致，表明本设计计算方法、假定等能够满足挂篮设计，可作为以后挂篮设计的参考。