1 結(jié)構(gòu)概述與參考規(guī)范

1.1結(jié)構(gòu)概述

橋梁懸臂澆筑施工技術(shù)現(xiàn)在已趨于成熟，尤其適用于跨江河、道路或在惡劣環(huán)境下施工的 高墩大跨連續(xù)梁或剛構(gòu)橋施工。工法特點(diǎn):1)受 環(huán)境影響較小，可在惡劣的氣候條件下施工。2)有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。3)能保證安全質(zhì)量,施工速度快。4)施工方法簡單，易于施工人員掌握。5)需較完整的配套機(jī)械設(shè)備，機(jī)械化程度高。

為保證施工的經(jīng)濟(jì)適用性，對(duì)于懸灌梁施工臨時(shí)結(jié)構(gòu)中的0#段托架及掛籃的設(shè)計(jì)尤其重要.托架設(shè)計(jì)可以參考本書第五章,本章以掛籃的設(shè)計(jì)計(jì)算為例做詳細(xì)的說明。

掛籃是指用懸臂澆筑法澆筑連續(xù)梁、T形剛構(gòu)、斜拉橋主梁等混凝土梁時(shí)，用于承受施工荷載及梁體自重.能逐段向前移動(dòng)、經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的主要施工設(shè)備。主要組成部分有承重系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、模板與支架系統(tǒng)。

掛籃占用施工場(chǎng)較小,可以多個(gè)工作面同時(shí)施工，工期相對(duì)較短，橋梁線形易于在施工過程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)控制等特點(diǎn)，是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁、T形剛構(gòu)和懸臂梁分段施工的一種主要設(shè)備,它能夠沿軌道整體向前移動(dòng)。

目前國內(nèi)采用的掛籃種類較多，歸納起來主要有平行桁架式掛籃、三角形組合梁掛籃、菱形掛籃、弓弦式桁架掛籃、滑動(dòng)斜拉式掛籃。各種掛籃的特點(diǎn)如下。

(1)平行桁架式掛籃

其上部結(jié)構(gòu)外形般為等高度桁架,其受 力特點(diǎn)為:底模平臺(tái)及側(cè)模所承重量均由前后吊桿垂直傳至桁梁節(jié)點(diǎn)和箱梁底板上。桁架在梁頂用壓重或錯(cuò)固或兩者兼而有之來解決傾覆穩(wěn)定性問題，桁架本身為受彎結(jié)構(gòu)。掛籃總重量與懸澆梁段的重量比(簡稱掛籃工作系數(shù))一般為0.8~1.0.優(yōu)點(diǎn)是可采用常備式桿件加工費(fèi)用較低。主要缺點(diǎn)是掛籃自重較大,操作不便。

(2)三角形組合梁掛籃

它的結(jié)構(gòu)為三角形組合梁結(jié)構(gòu)，由于其斜拉桿承受拉力，大大降低了主梁的彎矩，從而可 以使主梁采用單構(gòu)件實(shí)體型鋼，尾部通過設(shè)置錨固系統(tǒng)后取消配重。該掛籃工作系數(shù)為0. 5左右，該掛籃因受力合理被廣泛采用，但由于三角掛籃橫梁距箱梁頂面位置較近,使得鋼筋和 混凝土作業(yè)面受到一定影響。

(3)菱形掛籃

主桁結(jié)構(gòu)為五根受力桿件組成的菱形桁架.前懸臂端與底籃通過分配梁垂直懸吊,底籃和側(cè)模隨掛籃主桁同時(shí)前移，內(nèi)模在箱梁底板和腹板鋼筋綁扎結(jié)束后滑移到位。該掛籃也是國內(nèi)采用較多的結(jié)構(gòu)形式,其受力合理、自重輕、前方作業(yè)面寬廣，掛籃工作系數(shù)0.4左右。

(4)弓弦式桁架掛籃

主桁外形似弓形，桁高可隨彎矩大小變化，可在安裝時(shí)施加預(yù)應(yīng)力以消除非彈性變形，通過后錨可取消配重，重量較輕。由于主梁靠近箱梁頂面，掛籃橫梁位置較低，不能形成方便的作業(yè)面。

1.2參考規(guī)范

(1)(鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁(剛構(gòu))懸臂澆筑施工技術(shù)指南)(TZ 324- -2010);(2)(路橋施工計(jì)算手冊(cè));

(3)(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范)(GB 50017 2003)。

2設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1掛籃設(shè)計(jì)基本要求

懸臂澆筑掛籃設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列規(guī)定:

(1)掛籃結(jié)構(gòu)必須經(jīng)過設(shè)計(jì)計(jì)算,具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。因0號(hào)梁段設(shè)計(jì)較短須采用聯(lián)體掛籃進(jìn)行首批懸臂梁段施工時(shí)，除應(yīng)對(duì)掛籃聯(lián)體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算外，還應(yīng)檢算聯(lián)體掛籃解聯(lián)加長等施工工況的穩(wěn)定性,并須編制施工工藝和安全操作細(xì)則。

(2)掛籃模板的結(jié)構(gòu)形式、幾何尺寸應(yīng)能適應(yīng)梁段長度及高度、腹(隔)板厚度等變化與已澆筑梁段緊密搭接要求。

(3)掛籃應(yīng)設(shè)有縱向走行設(shè)備和抗傾覆穩(wěn)定設(shè)施。掛籃安裝、走行及澆筑梁段混凝土等各種工況的抗傾覆安全系數(shù)不得小于2。掛籃錯(cuò)固系統(tǒng)、限位系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)安全系數(shù)均不得小于2。

(4)掛籃重必須符合設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，掛籃重與梁段混凝土重之比值宜為0.3~0.5。

(5)掛籃應(yīng)設(shè)有調(diào)控前吊桿高低設(shè)備和調(diào)整模板前端高程設(shè)備。

(6)梁體混凝土采用蒸氣養(yǎng)護(hù)時(shí)，蒸氣養(yǎng)護(hù)設(shè)備應(yīng)與掛籃同時(shí)設(shè)計(jì)并計(jì)入掛籃總重量。懸臂澆筑掛籃設(shè)計(jì)注意事項(xiàng):

(1)構(gòu)造簡單,拆裝方便，移動(dòng)靈活，結(jié)構(gòu)安全可靠，穩(wěn)定性好，有定剛度 且操作方便。

(2)掛籃的主桁位置必須作用在箱梁的腹板位置處。

(3)對(duì)掛籃的主要受力點(diǎn)處要進(jìn)行局部加強(qiáng)。

(4)掛籃在o號(hào)塊上拼裝，掛籃設(shè)計(jì)時(shí)，主桁長度應(yīng)盡可能短,使得0號(hào)塊的長度能拼裝兩個(gè)掛籃，如0號(hào)塊的長度不夠，需將兩個(gè)掛籃做成聯(lián)體掛籃。

2.2 荷載選取

根據(jù)施工順序,確定各種工況下可能發(fā)生的荷載不利組合進(jìn)行各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算。

參與掛籃計(jì)算的荷載有下列幾種:

(1)掛籃自重,模板及支架自重:

(2)梁段鋼筋混凝土自重;

(3)施工人員、機(jī)具、材料等荷載:

(4)傾倒、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載:

(5)其他可能產(chǎn)生的荷載，如保暖設(shè)施等。

掛籃主桁架作為承重結(jié)構(gòu)，是重要的設(shè)計(jì)計(jì)算構(gòu)件，其計(jì)算內(nèi)容主要包括:各桿件、吊帶及錯(cuò)桿的內(nèi)力計(jì)算和截面設(shè)計(jì)、掛籃的變形和抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算。計(jì)算時(shí)應(yīng)按兩個(gè)掛籃連成一體(0號(hào)塊長度不夠時(shí))、澆筑梁段和空載走行等工況分別進(jìn)行分析計(jì)算。

2.2.1荷載系 數(shù)的選取

依據(jù)原鐵道部頒發(fā)的橋涵設(shè)計(jì)和施工規(guī)范,荷載系數(shù)取值如下:

考慮箱梁混凝土澆筑時(shí)脹模等因素的超載系數(shù):1.06;

新澆筑混凝土重力及支架結(jié)構(gòu)自重荷載分項(xiàng)系數(shù):1.2;

掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù):1.1~1.3;

施工人員、材料、機(jī)具荷載、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載、澆筑混凝土產(chǎn)生的沖擊荷載、混凝 土模板壓力及其他荷載分項(xiàng)系數(shù):1.4；

澆筑混凝土和掛籃行走時(shí)的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù):2.0。掛籃錨固系統(tǒng)、限位系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)安全系數(shù)均不得小于2。

2.2.2荷載取值

在灌筑梁段和空載走行過程中，掛籃主桁架主要承受以下幾種荷載:

①節(jié)段混凝土重量:此項(xiàng)為設(shè)計(jì)掛籃時(shí)的控制重量。

②掛籃自重:主要包括主桁架、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及張拉操作平臺(tái)的重量。

③施工機(jī)具及人群荷載:根據(jù)施工中所用的附著式振搗器、張拉千斤頂及油泵的數(shù)量和施 工人數(shù)計(jì)算，在沒有實(shí)際資料的情況下可按2.5 kN/m'計(jì)算。

④振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載，可按2.0 kN/m2取值，澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的沖擊荷載可取 2.0 kN/m2。

⑤沖擊附加荷載:主要考慮掛籃空載行走時(shí)的沖擊影響，掛籃空載行走時(shí)的沖擊系數(shù)取1.1~-1.3。

⑥風(fēng)荷載:在6級(jí)以上大風(fēng)條件下,很難保證施工質(zhì)量，一般在大風(fēng)情況下就停止掛籃施工，但由于懸臂施工為高空作業(yè)，安全性要求高，所以應(yīng)對(duì)掛籃在可能的大風(fēng)條件下的錨固。風(fēng)荷載數(shù)值可由當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供或查全國風(fēng)壓圖得到。

根據(jù)以上各施工階段的檢算內(nèi)容和荷載情況，荷載組合如下:

(1)混凝土正常澆筑工況

荷載組合I:混凝土重量+掛籃自重+施工材料、機(jī)具和人群重+澆筑混凝土?xí)r的沖擊荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載。

(2)混凝土偏載澆筑工況

荷載組合:混凝土重量+掛籃自重+施工材料、機(jī)具和人群重+澆筑混凝土?xí)r的沖擊荷載+振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載。

(3)混凝土養(yǎng)護(hù)工況

荷載組合Ⅲ:混凝土重量+掛籃自重+風(fēng)載。

(4)預(yù)應(yīng)力張拉工況

荷載組合IV :混凝土重量+掛籃自重+施工材料、機(jī)具和人群重。

(5)掛籃行走工況

荷載組合V :掛籃自重+沖擊荷載+風(fēng)載。

一般情況下，混凝土均為對(duì)稱澆筑，實(shí)際澆筑混凝土工況由荷載組合I控制。養(yǎng)護(hù)和張拉工況一般不是控制荷載。荷載組合V用于掛籃行走驗(yàn)算。

2.3結(jié)構(gòu)簡化說明

主桁結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形計(jì)算:簡化的計(jì)算常假定主桁架每一桁片 承擔(dān)的荷載相同,按平面結(jié)構(gòu)計(jì)算。掛籃澆筑混凝土和空載行走時(shí),需要進(jìn)行抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算，要求抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于2.0。

灌筑混凝土?xí)r后錨及縱梁后端錯(cuò)固在已成梁段上:掛籃的計(jì)算荷載應(yīng)包括梁段重:機(jī)具設(shè)備、材料、施工人員等全部重量，依次確定錨桿及掛籃各桿件的內(nèi)力。

掛籃的變形主要計(jì)算掛籃在荷載作用下掛籃前端的撓度值，為懸臂施工時(shí)掛籃前端的預(yù)留下沉量提供依據(jù)。

其他構(gòu)件檢算:掛籃的懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和走行系統(tǒng)等按一般鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算方法設(shè)計(jì),在此不再贅述，但因掛籃是可移動(dòng)的支架，又屬于高空作業(yè)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有足夠的安全度，尤其要注意懸吊系統(tǒng)的前吊帶(桿),其在脫模過程中,受到的沖擊振動(dòng)較大，而且承受重復(fù)作用，有發(fā)生端部斷裂的危險(xiǎn)，因此懸吊系統(tǒng)的前吊帶(桿)的安全系數(shù)不小于2。

所有計(jì)算均根據(jù)不同的計(jì)算圖示與荷載組合求得各構(gòu)件的較大應(yīng)力,經(jīng)多次調(diào)整結(jié)構(gòu)幾何尺寸，以達(dá)到在滿足規(guī)范要求的前提下，使結(jié)構(gòu)材料省、重量輕。

3設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)掛籃的結(jié)構(gòu)形式及不同工況下的施工荷載組合，從其中選取不利荷載按計(jì)算步驟進(jìn)行檢算。

3.1荷載種類

根據(jù)施工順序.確定各種工況下可能發(fā)生的荷載不利組合進(jìn)行各構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性計(jì)算。

參與掛籃驗(yàn)算的荷載有下列幾種:

(1)掛籃自重,模板及支架自重；

(2)鋼筋混凝土自重;

(3)施工人員、機(jī)具、材料等荷載；

(4)傾倒、振搗混凝土?xí)r產(chǎn)生的荷載；

(5)其他可能產(chǎn)生的荷載，如保暖設(shè)施等。

3.2結(jié)構(gòu)簡化

在計(jì)算過程中，按照材料力學(xué)和結(jié)構(gòu)力學(xué)的假設(shè)進(jìn)行計(jì)算:主桁按照桁架或桁梁組合結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.1底籃計(jì)算

(1)模板面板、縱肋、橫肋計(jì)算:計(jì)算底籃模板面板，面板縱肋、面板橫肋的強(qiáng)度和剛度，并計(jì)算出縱肋或橫肋的支座反力作為底籃縱梁的荷載；

(2)底籃縱梁計(jì)算:將縱肋或橫肋的支座反力作為底籃縱梁的荷載施加在底籃縱梁上，計(jì)算其強(qiáng)度及剛度，然后計(jì)算出縱梁支座反力作為底籃前下橫梁后下橫梁的荷載；

(3)底籃前下橫梁、后下橫梁計(jì)算;將縱梁支座反力作為底籃前E橫梁、后下橫梁的荷載，計(jì)算底籃前下橫梁后下橫梁的強(qiáng)度和剛度并計(jì)算出前下橫梁、后下橫梁的支座反力，分別作為前吊帶和前上橫梁、后吊帶的荷載。

3.2.2頂板模板系統(tǒng)計(jì)算

(1)模板面板、縱肋、橫肋計(jì)算：計(jì)算頂板模板面板、面板縱肋、面板橫肋的強(qiáng)度和剛度,并計(jì)算出縱肋或橫肋的支座反力作為頂板縱梁(即內(nèi)?；?的荷載；

(2)頂板縱梁計(jì)算;將縱肋或橫肋的支座反力作為頂板縱梁的荷載施加在頂板縱梁上，計(jì)算其強(qiáng)度及剛度。然后計(jì)算出頂板縱梁支座反力作為后吊帶前吊帶和前上橫梁的荷載。

3.2.3腹板側(cè)模系統(tǒng)計(jì)算

(1)模板面板、縱肋.豎肋計(jì)算:計(jì)算頂板模板面板、面板縱肋、面板豎肋的強(qiáng)度和剛度，并計(jì)算出縱肋或豎肋的支座反力作為縱梁的荷載;

(2)拉桿計(jì)算:將頂板混凝土側(cè)壓力和施工荷載施加在拉桿上，計(jì)算其強(qiáng)度。

3.2.4翼板模板系統(tǒng)計(jì)算

(1)模板面板 、縱肋、豎肋計(jì)算:計(jì)算翼板模板面板、面板縱肋、面板橫肋的強(qiáng)度和剛度，并計(jì)算出縱肋或橫肋的支座反力作為翼板縱梁(外模滑梁)的荷載；

(2)翼板縱梁計(jì)算將翼板混凝土自重和施工荷載施加在翼板縱梁上，計(jì)算其強(qiáng)度及剛度，然后計(jì)算出翼板縱梁支座反力作為后吊帶、前吊帶和前上橫梁的荷載。

3.2.5 前、后吊帶計(jì)算

前吊帶包括:懸吊前下橫梁的吊帶、懸吊翼板縱梁(外?；?的吊帶懸吊頂板縱梁(內(nèi)模后吊帶包括:懸吊后下橫梁的吊帶，懸吊翼板縱梁(外?；?的吊帶懸吊頂板縱梁(內(nèi)?；?的吊帶。懸吊后下橫梁的吊帶錨固在已澆筑梁段的底板懸吊翼板縱梁(外?；?的吊帶鋪固在已澆筑梁段的翼板，懸吊頂板縱梁(內(nèi)?；?的吊帶錨固在已澆筑梁段的頂板。將前面分析計(jì)算得到的荷載施加在吊帶上，驗(yàn)算其強(qiáng)度和安全系數(shù)。

3.2.6前上橫梁計(jì)算

前上橫梁承受的荷載為前吊帶傳來的荷載,按照兩端懸臂梁計(jì)算其強(qiáng)度和剛度,并計(jì)算出支反力作為施加在單片掛籃桁架上的荷載。

3.2.7主桁架計(jì)算

將前上橫梁的支反力作為荷載施加在主桁架上。計(jì)算主桁架各個(gè)桿件的內(nèi)力，并計(jì)算桁架各桿件的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。并計(jì)算主桁架變形量，包括桁架自身變形、前上橫梁變形、前吊帶變形和前下橫梁變形。另外還需要計(jì)算銷軸抗剪強(qiáng)度。結(jié)點(diǎn)連接強(qiáng)度也需要計(jì)算，可以按(鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范)進(jìn)行計(jì)算。

3.2.8后錨計(jì)算

主要包括后錯(cuò)梁的強(qiáng)度計(jì)算和后錯(cuò)梁吊帶(錨桿)計(jì)算。

3.2.9掛籃走行抗傾覆穩(wěn)定計(jì)算

通過主桁計(jì)算得出的后錨力來驗(yàn)算行走系統(tǒng)后錨小車和錨軌的強(qiáng)度，以及驗(yàn)算掛籃的整體抗傾覆穩(wěn)定性。需計(jì)算掛籃走行不利工況下的傾覆穩(wěn)定。