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大跨度連續(xù)剛構(gòu)輕型掛籃的設(shè)計(jì)
⑷、掛籃走行采用液壓走行系統(tǒng),由導(dǎo)梁、走行輪、反扣輪、走行油缸組成,該系統(tǒng)具有掛籃就位準(zhǔn)確、走行速度快、安全可靠等特點(diǎn)。 ⑸、該掛籃通用性強(qiáng),稍做改裝即可用于其它幅寬和梁高的橋上。 3、掛籃結(jié)構(gòu)布置 該三角形掛籃由主桁、前橫梁、底籃系統(tǒng)、前吊系統(tǒng)、內(nèi)外模滑梁系統(tǒng)、后錨系統(tǒng)組成,掛籃總重(含內(nèi)外模)約為1160kN,因模板以及吊桿隨施工過程中截面高度的不斷降低有一部分將會(huì)移去,對跨中合攏梁段所要求的支架重量須小于1300kN是顯然滿足的,所以減小荷載后的掛籃仍然可以作為中跨合攏的支架方案使用??傮w布置圖以及吊掛系統(tǒng)如圖2-1、2-2所示。
圖2-1 掛籃總體布置圖
圖2-2 掛籃前后吊掛系統(tǒng)
圖中 A:前上橫梁;B:前下橫梁;C:后下橫梁;D:前吊帶;E:后吊帶;F:內(nèi)、外滑梁;G:上平臺(tái);H:三角形主桁架
4.掛籃的設(shè)計(jì)
4.1 掛籃構(gòu)件的傳力過程
考察主梁設(shè)計(jì)截面的形狀,單箱單室的截面形式至多可用8個(gè)相對獨(dú)立的內(nèi)外模板(外頂模2塊+外側(cè)模2塊+底模1塊+內(nèi)頂模1塊+內(nèi)側(cè)模2塊)拼接而成。作為待澆梁段混凝土的支撐面,內(nèi)、外頂模支撐翼緣板與頂板的混凝土重量,模板以上的重量則由間隔分布的8根內(nèi)、外縱滑梁承受,內(nèi)、外縱滑梁則把力傳遞到已澆梁段的頂板和前上橫梁上安裝的吊桿上。待澆腹板和底板混凝土的重量則通過底模傳遞給底欄縱、橫梁,通過前、后下橫梁上安裝的吊帶傳力給已澆梁段的底板和前上橫梁。而前上橫梁的所有荷載則都傳遞到三角形主桁架上,三角形主桁架的前支點(diǎn)和后錨點(diǎn)把力再傳給已澆梁段的頂板。澆注某一節(jié)段混凝土?xí)r掛籃構(gòu)件的傳力過程如圖3所示。圖3 澆注混凝土?xí)r掛籃構(gòu)件的傳力過程
4.2 構(gòu)件內(nèi)力的計(jì)算
掛籃必須適應(yīng)整個(gè)施工過程,因施工過程中節(jié)段荷載的不斷變化,掛籃中各桿件的受力也是在不斷變化之中,因此擬訂一個(gè)最不利的施工過程進(jìn)行計(jì)算,既可以優(yōu)化桿件的設(shè)計(jì),又可以確保施工安全。一般而言,擬訂最不利施工過程的依據(jù)是待澆梁段混凝土的總體積最大,總重量最重。按設(shè)計(jì)劃分的單“T”沿36個(gè)梁段的體積分布如圖4所示。因?yàn)楦鳂?gòu)件在所有施工過程中的受力具有相對的獨(dú)立性,有必要根據(jù)設(shè)計(jì)分段的情況把主梁截面細(xì)分,如34#節(jié)段(最長3.5m梁段)混凝土重量可能會(huì)對翼緣板外滑梁和頂板內(nèi)滑梁產(chǎn)生最不利影響,1#節(jié)段(最重2.2m梁段)可能會(huì)對底模縱橫梁以及前后吊掛構(gòu)件產(chǎn)生最不利影響。事實(shí)上,根據(jù)設(shè)計(jì)節(jié)段長度的變化,擬訂1#,11#,21#,34#四個(gè)施工節(jié)段混凝土重量對掛籃構(gòu)件的效應(yīng)可以涵蓋其它施工節(jié)段,掛籃構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算即以這四個(gè)施工節(jié)段為基準(zhǔn),空掛籃狀態(tài)則以1#施工節(jié)段為基準(zhǔn)計(jì)算。
圖4 單“T”沿36個(gè)梁段的體積
計(jì)算中掛籃系統(tǒng)采用空間(桿系+板塊)有限元進(jìn)行彈性分析,其中三角形主桁桿件、橫聯(lián),上、下橫梁,底籃縱梁,內(nèi)、外縱滑梁用梁單元來模擬;吊桿、吊帶用只拉桿單元來模擬;底籃模板采用具有較大剛性的板單元來模擬,計(jì)算模型如圖5所示。這種空間模型較一般采用的平面桿系模型更能反映每根桿件或每塊模板的受力和變形情況,避免了平面桿系模型中三角形主桁片桿件合并帶來的桿件受力、變形平均化問題,對分析各桿件的真實(shí)受力狀態(tài)有益,也對掛籃總體變形及施工標(biāo)高的控制有益。
有限元法計(jì)算中的部分參數(shù)如表1所示。
表1 掛籃構(gòu)件內(nèi)力計(jì)算中參數(shù)的選定
序號
材 料
序號
荷 載
⑴
16Mn鋼
[σ]=200MPa
⑴
施工臨時(shí)荷載重
2.0kN/m2
⑵
A3鋼
[σ]=140MPa
⑵
施工沖擊荷載重
1.5kN/m2
⑶
混凝土
容重γ
26.0kN/m3
⑶
模板重量根據(jù)該節(jié)
所用數(shù)量確定
模板采用
定型鋼模
⑷
結(jié)構(gòu)自重
程序自動(dòng)加載
圖5 空間計(jì)算模型示意(其中符號:△,▽分別表示支點(diǎn)和吊點(diǎn))
圖中 A: 三角形主桁架;B,C,D:上、下橫梁; E: 內(nèi)、外滑梁;F,G:底籃前后吊帶;H:縱滑梁吊桿;I:底籃模板及縱梁
4.3 計(jì)算結(jié)果及分析
表2列出了掛籃在4個(gè)澆筑階段(1#,11#,21#,34#施工節(jié)段)和空掛籃在1個(gè)行走階段(1#→2#施工節(jié)段)的構(gòu)件應(yīng)力計(jì)算結(jié)果。
表2 澆筑階段和行走階段掛籃構(gòu)件的最大應(yīng)力(絕對值)(MPa)
桿件
編號
桿件
名稱
澆筑階段
行走階段
1#
11#
21#
34#
1#→2#
⑴
前后下弦桿
27.2
23.6
23.3
23.1
11.2
⑵
立柱
13.0
11.1
11.0
10.9
4.6
⑶
前后斜桿
40.7
35.1
34.5
34.2
15.0
⑷
前上橫梁
38.4
33.5
34.8
36.2
14.9
⑸
前下橫梁
18.7
15.1
13.1
9.4
4.5
⑹
后下橫梁
22.3
17.5
10.5
6.6
6.0
⑺
底籃縱梁
93.8
73.8
48.8
26.0
3.0
⑻
前吊帶
15.5
13.1
10.2
6.7
3.1
⑼
后吊帶(繩)
35.1
28.1
19.7
11.4
74.7*
⑽
內(nèi)外滑梁
112.4
99.6
113.4
125.1
97.5
⑾
滑梁吊桿
83.0
87.9
94.3
97.9
40.1
注:表中“*”號表示行走階段后吊點(diǎn)采用鋼絲繩。
與表2中五種工況對應(yīng)的掛籃底籃的最大變形分別為:1#:11.3mm;11#:9.4mm;21#:8.8mm;34#:8.0mm;掛籃從1#行走至2#節(jié)段時(shí)為15.8mm 。
從計(jì)算結(jié)果看,掛籃在整個(gè)施工過程中構(gòu)件的應(yīng)力是能夠滿足材料的允許值要求的。澆注混凝土過程中掛籃的變形較小說明掛籃的整體剛度較大,這有益于在實(shí)際施工中對線型及標(biāo)高的控制,進(jìn)而提高施工質(zhì)量。
5、結(jié)束語
韓家店1號特大橋通過選擇三角形掛籃這種合理的掛籃形式,設(shè)計(jì)中充分了解了掛籃在施工過程和走行過程中各構(gòu)件的傳力機(jī)理,對掛籃在各種工況下建立了適用、合理的三維空間有限元模型,以至于能夠比較完整地了解各桿件的受力和變形情況,計(jì)算結(jié)果滿足各施工過程受力和變形的要求。
每一座懸灌施工的大橋都有其自身的特點(diǎn),這需要綜合考慮大橋本身因素以及圍繞大橋伴生的各種因素對掛籃選擇的影響。技術(shù)層面上,對選定的掛籃還需進(jìn)一步優(yōu)化結(jié)構(gòu)形式和桿件的設(shè)計(jì)。輕型、重載的掛籃結(jié)構(gòu)形式對增強(qiáng)施工現(xiàn)場的可操作性、創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益有著重要意義!
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