某大橋掛籃施工張拉系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算

張 輝 （中鐵十六局集團(tuán)北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100）

掛籃施工具有能使用大跨度橋梁、可就地分段懸臂作業(yè)、不需要架設(shè)支架和不需要使用大型吊機(jī)等技術(shù)優(yōu)勢。由于掛籃結(jié)構(gòu)在橋梁施工中占據(jù)眾多技術(shù)優(yōu)勢，然而專門研究掛籃張拉系統(tǒng)的文獻(xiàn)較少。本文以某斜拉橋作為工程實(shí)例，采用solidworks軟件對掛籃張拉系統(tǒng)進(jìn)行建模，并分析斜墊塊受力情況。

1 工程概況

主橋采用雙塔斜拉橋，跨度布置為（46+88+280+88+46）m，主梁采用鋼橫梁混凝土邊主梁結(jié)構(gòu)形式，并用掛籃法對稱懸臂施工。引橋采用30m跨徑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。主塔塔高102.5m，由上塔柱、下塔柱和上橫梁、下橫梁等部分組成，截面為在塔柱外側(cè)呈“D”型圓弧段的箱型截面。主塔整體為“魚”狀流線弧型框架鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

2 掛籃設(shè)計(jì)基本參數(shù)

標(biāo)準(zhǔn)節(jié)施工采用牽索掛籃，單側(cè)單臺掛籃自重約900kN，采用鋼材及型材焊接而成，包含掛籃平臺、張拉機(jī)構(gòu)、錨固系統(tǒng)等部件。施工荷載250kg/m2；混凝土容重取26kN/m3；底模、側(cè)模自重按150kg/m2；頂模自重按 100kg/m2；

材料選用及許用應(yīng)力：掛籃使用鋼板材質(zhì)分為Q345B和Q235B兩種，安全系數(shù)取1.48，選用材料許用應(yīng)力如表1所示。

材料許用應(yīng)力 表1

3 掛籃張拉系統(tǒng)建模與受力分析

3.1 掛籃整體模型的建立

根據(jù)工程概況、掛籃設(shè)計(jì)基本參數(shù)以及選取的材料特性參數(shù)，采用Midas/Civil對掛籃整體模型進(jìn)行建立，用于分析主梁節(jié)段施工工序中掛籃受力狀況。根據(jù)掛籃整體受力狀態(tài)來進(jìn)一步分析掛籃張拉系統(tǒng)斜墊塊的受力特征。掛籃整體基本模型如圖1所示。

圖1 掛籃整體模型

3.2 張拉系統(tǒng)分配梁設(shè)計(jì)計(jì)算

斜拉索最大拉力按F=kN；分配梁采用Q345材質(zhì)，整體自重G0=20kN，總長l0=2.7m，跨距l(xiāng)=1.8m。分配梁示意圖如圖2。

圖2 分配梁示意圖

3.3 張拉系統(tǒng)斜墊塊建模驗(yàn)算

斜墊塊分為下面板、腹板及筋板,均采用Q345B鋼材；其中下面板與張拉機(jī)構(gòu)分配梁上表面以螺栓連接。上部腹板和筋板直接焊接在掛籃下縱梁下面板，腹板和筋板上接頭為固定面。斜墊塊基本模型示意圖如圖3。

采用solidworks軟件對張拉系統(tǒng)的斜墊塊進(jìn)行建模，分別對邊跨斜墊塊S2～邊跨斜墊塊S5，及中跨斜墊塊C2～中跨斜墊塊C5共8個位置斜墊塊進(jìn)行了有限元建模與受力分析。以腹板和筋板在下面板下表面投影部分為受力區(qū)域，總共受力為F，建模分析計(jì)算應(yīng)力圖如圖4～圖11。

圖3 斜墊塊基本模型

圖4 邊跨斜墊塊S2建模計(jì)算結(jié)果

圖5 邊跨斜墊塊S3建模計(jì)算結(jié)果

圖6 邊跨斜墊塊S4建模計(jì)算結(jié)果

圖7 邊跨斜墊塊S5建模計(jì)算結(jié)果

圖8 中跨斜墊塊C2建模計(jì)算結(jié)果

圖9 中跨斜墊塊C3建模計(jì)算結(jié)果

圖10 中跨斜墊塊C4建模計(jì)算結(jié)果

圖11 中跨斜墊塊C5建模計(jì)算結(jié)果

產(chǎn)生最大應(yīng)力統(tǒng)計(jì)如表2所示。

斜墊塊計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)表 表2

最大應(yīng)力為σmax=112.6MPa＜[σ]，結(jié)構(gòu)受力滿足要求。

4 結(jié)論

本文通過對某大橋掛籃結(jié)構(gòu)張拉系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模與受力分析，得出以下結(jié)論：

①掛籃施工具有能使用大跨度橋梁、可就地分段懸臂作業(yè)、不需要架設(shè)支架和不需要使用大型吊機(jī)等技術(shù)優(yōu)勢。

②在掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，要充分理清掛籃施工的傳力途徑，并對關(guān)鍵受力部位進(jìn)行建模和受力分析顯得尤為重要。

③采用solidworks軟件對張拉系統(tǒng)的斜墊塊進(jìn)行建模，邊跨斜墊塊及中跨斜墊塊的結(jié)構(gòu)受力均滿足相應(yīng)規(guī)范和材料特性的要求。

④掛籃結(jié)構(gòu)張拉系統(tǒng)斜墊塊細(xì)節(jié)構(gòu)造對施工操作難易程度影響較大，在設(shè)計(jì)張拉系統(tǒng)時需引起注意。