东南联络线2#双线特大桥联络线挂蓝专项方案.docx

东南联络线2#双线特大桥连续梁挂蓝施工专项方案
一．计算依据
1. 《客货共线铁路桥涵工程施工技术指南》 TZ 203-2008
2. 铁四院《东南联络线2#双线特大桥设计图 第二册》合福施（桥）-522
3. 铁四院《有碴轨道预应力混凝土连续箱梁双线（40+64+40）m预应力混凝土连续梁（挂篮悬臂浇筑施工）》合福施（桥）参94
4.《路桥施工计算手册》  周水兴 等编著
5、《清华大学结构力学求解器》
二、工程概况
东南联络线2#双线特大桥中心里程L1DK3+944.135，桥梁全长711.37米。连续梁跨为17#~20#墩，下部结构为，主墩18#、19#基础采用10根φ1.5米钻孔桩基础，桩长28.5米和28米；承台尺寸为14.6（横向）×9.5（纵向）×3.5米（高度）；桥墩采用双线圆端形实体桥墩，截面尺寸为10（横向）×4米（纵向），墩高为9.35米（含支撑垫石0.35m）；副墩17#、20#基础采用8根φ1.25米钻孔桩基础，桩长为21.5米和19米；承台尺寸为12.3（横向）×6.0（纵向）×2.5米（高度），桥墩采用双线圆端形实体桥墩，截面尺寸为9.2（横向）×3.6米（纵向），墩高为10.25米和7.25m（含托盘、支撑垫石）；。主桥采用主跨为1-（40+64+40）m预应力混凝土双线连续梁，连续梁全长145.5m，位于曲线上。主梁采用GTQZ球型支座，每个支点设两个，中支座为25000t级，端支座为5000t级，固定支座设在18#墩上。
梁体为单箱单室、变高度、变截面结构，箱梁顶宽12.0~12.6m，底宽5.02~5.74m，中支点横隔板处加宽至6.352m。各控制截面梁高分别为：端支座处及边跨直线段和跨中处为2.8m，在中支点处5.2m，梁高按圆曲线变化，圆曲线半径R=195.002m。顶板厚度34cm，腹板厚度分别为50cm、70cm、90cm，底板厚度由跨中的44cm按圆曲线变化至74.3cm，在中支点梁根部增厚至100cm；全桥共设5道横隔梁，分别设于中支点、端支点和中间跨跨中截面，中支点处横隔板厚度2.0m，边支点处横隔板厚度1.35m，跨中合拢段处横隔板厚度0.6m。隔板设进人孔，供检查人员通过。
三、挂蓝选型
因工程所需的挂蓝用量较大，因此在挂蓝选型上不仅要满足设计的受力要求，而且还要充分利用现有的挂蓝设备，尽量减少新制杆件的用量，降低施工成本。我分部按照2套方案进行了比选。方案一：采用三角形挂蓝。该方案挂蓝重量轻、结构受力合理、刚度大，但新制杆件量大、加工精度要求高，制作成本高。方案二：采用贝雷桁架式挂篮。该方案挂蓝重量轻、结构受力合理、新制杆件量少、拼装方便简单，但刚度较三角挂蓝要小，前端扰度相对三角挂蓝较大。
通过对两套方案的比较和计算，并对现有的挂蓝设备进行了调查，选用方案二是可行的。在方案中，主桁架采用贝雷桁架拼装，充分利用了现有的设备，且重量轻，施工成本低。虽然贝雷桁架的强度或刚度不如三角挂蓝的大，但每桁采用4片贝雷桁架无论在强度上还是刚度上均能满足施工要求。混凝土施工时，主桁架前端的扰度可以通过调整挂蓝底模前吊点来满足设计要求。底模采用桁架式钢骨架，均用小型槽钢、角钢焊接而成，结构受力明确，自重轻，刚度大。挂蓝前移采用桁架系和模板系分别前移到位，增加了移动的灵活性和稳定性，使挂蓝的受力体系更合理。
除0#块采用在支架上现浇外，连续梁采用对称平衡悬臂逐段浇筑法施工。
四、挂蓝构造
挂蓝主要由主桁架、外导梁、模板、锚固系统和滑道等体系组成。详见图1-1

4.1主桁架系统
主桁架系统由平行桁架、前横梁、联接系组成，是挂蓝的主要受力结构。一个挂蓝由2行主桁架组成，每一组桁架由4片贝雷梁组拼成。主桁架前端设有一组前横梁，尾部设有两组后锚梁，两组桁架之间设有横向连接系。这样两行分离的主桁架构成一个框架结构成为一个整体。施工时混凝土和模板的近一半荷载通过前吊带传至主桁架，通过后锚梁处的吊带将倾覆力传至已浇筑的梁体来承担。
4.2外导梁系统
外导梁系统由外导梁、吊杆组成，主要用于支撑侧模重量，并随主桁架共同前移。当模板向前移动时外导梁又是模板移动的滑道。外导梁的前端通过吊杆悬挂于前横梁上，尾部则悬挂于已浇筑的梁体翼缘上。吊点处均设有螺旋千斤顶，可方便调整侧模标高。
4.3模板系统
该系统由侧模、底模及内模组成。侧模采用型钢钢骨架，底模采用桁架式钢骨架，5mm钢板为模面板，所以面板的整体性好，刚度大，混凝土的灌注质量高，且外形美观。内模采用木模，施工成本较低且易施工。
侧模悬挂在外导梁和外挂梁上，模板钢骨架上设有圆滚，已供模板前移时使用。利用梁体通风孔，在侧模上设有拉杆，当主桁架前移时兼做模板支撑。底模设有前后托梁。前托梁设有吊点，通过吊带悬挂在前横梁上，后托梁则用后锚杆锚固在已灌注成型的箱梁底板上。

4.4锚固系统
锚固系统由锚固梁、吊带组成。根据该桥的特点，本别采用了两种锚固方式，已平衡挂蓝在模板前移时或灌注混凝土时所产生的倾覆反力。施工1#块时，将预埋在0#块中的直径为32mm的精轧螺纹钢通过连接器锚固在后锚梁上，施工其他块件时，通过预留孔将后锚梁上的吊带锚固在梁体内，从而将倾覆反力传至已浇筑的梁体。

4.5滑道系统
滑道系统由上滑道、下滑道和垫块组成，是支撑挂蓝和挂蓝移动的导向装置。每行主桁架下设置一滑道，上滑道设置在主桁架下弦接点处用30#槽钢现场制作，下滑道利用双拼20#槽钢现场制作，通过垫块与之固定。
东南联络线2#双线特大桥1-（40+64+40）m连续梁悬浇段采用贝雷桁架式挂篮施工其各段基本情况如下：

名称
砼（M3）
重量（T）
长度（M）
高度（M）
底板（M）
腹板（M）
顶板（M）
1#块

2#块

3#块

4#块

5#块

6#块

7#块

8#块

五、挂篮设计
5.1主要材料技术参数
（1）钢筋砼自重G砼=26KN/m3
（2）钢材弹性模量E=2.1×105 Mpa
（3）贝雷片抗弯模量W＝3570CM3
（4）材料允许应力
精轧螺纹钢［бW］=785Mpa
321贝雷［бW］=210Mpa，［τ］=120Mpa
5.2、设计工况及荷载组合
通过对挂篮施工过程进行分析得出挂篮设计工况如下
工况一、浇筑1#块
荷载组合为：混凝土自重+人群机具荷载+挂篮自重+模板自重
工况二：挂篮行走
荷载组合为：挂篮自重+人群机具荷载+模板自重
5.3、荷载取值
超载系数为：K1=1.05;
混凝土浇筑时的动力系数：K2=1.2;
挂篮行走冲击系数：K3=1.3;
人群机具荷载为J=2.5Kpa
六、挂蓝结构复核验算
浇筑1#块时挂篮各部分的受力最大，故取1＃块为对象对挂篮进行验算。
1、箱梁中心高501.3cm
2、底板厚66.5cm
3、节段长300cm
4、腹板厚75cm
5、节段体积48.69m3
6、节段重量126.59T
6.1主桁体系计算
由挂篮结构设计图纸可知，主桁承重系统主要采用8排上、下加强的321贝雷桁架,分成2组用110框架拼装而成。2组主桁之间用I28作平联，同时用[14#设置剪刀撑，以保证结构的整体稳定性。
主桁架为对称的桁架式承载构件联结而成，因此只需计算其中一件的受力和应变情况，可以确定主桁架是简支结构、杆件间以销轴连接，所以不存在超静定问题。
（1） 节段浇注砼最大重量：126.6T,箱梁混凝土浇筑时考虑1.05的超方系数,重量为126.6×1.05=132.9T
（2） 挂篮总重：39T其中：主桁系统及上横梁23T,底模及下横梁7T，边模7T，内模2T；
人群机具荷载为J=2.5Kpa，箱梁底模尺寸为3m×7m，则人群机具荷载为2.5×3×7=52.5kN,计5.25T
（3） ：再加上冲击系数1.2
（126.6×1.05+39+5.25）×0.2=35.4T
以上重量共计：212.6T。这个负荷全部由主桁架和箱梁前节段端部定两者各承担一半，且一侧挂蓝系统由两个挂蓝桁架组成,则挂蓝单侧主桁架前端所受荷载力为212.6÷2÷2=53.15T计算。
6.2挂蓝主桁架强度验算
1、 受力简图：由前可知主桁架中一端负载按53.15T计算(对贝雷片不作均布计算)。
Mmax=53.15*4.85=2578KN.m
每片贝雷片抗弯模量W＝3570CM3
四排双层的可按单排单层的乘以8再乘0.8
弯拉应力
б=M/W=2578*103/(3570＊8＊0.8*10-6)=112.8 Mpa
〈［б容］＝210 Mpa，满足要求；
剪应力
τ＝Q/A＝531.5*103/( 25.48＊8＊0.8*10-4)＝32.6 Mpa
〈［τ容］＝120 Mpa，满足要求；
由支反点平衡求得：R拉＝53.15*4.85/8＝32.2T
每侧由2根32的精轧螺纹钢承担，安全系数
K＝51.3/(32.2/2)=3.2
故主桁架梁和后锚带满足强度要求。
6.3前下横梁的强度及挠度计算
从该桥施工过程知道，浇注砼重量126.6T，并不是挂篮中单一构件承担的。它是由侧模、内模、底模共同承担，所以有必要对其重量进行分配。
根据清华大学开发的结构力学求解器程序建立贝雷桁架式挂篮体系受力计算模型如下:
1、强度计算
从挂篮总图可知，前下横梁有7个吊点，其中2个用于侧模，5（F2）个用于底模，假定翼板及底板以均布荷载作用于下横梁，腹板处以集中力作用于下横梁，如下图：
加2.5%施工负荷：
则Q1=[(19.4+7) ÷4]÷3.25×1.025=2.08T/m
P1= [ (5.17-0.69)×3×0.75×2.6]×1.025=26.86T
Q2=[(92.6+7－26.86× 2 )÷2÷7]×1.025=3.28T/m
弯距（由结构力学求解器求得）：
内力计算

杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 9.13309109 24.9847790 -4.53444876 9.13309109 -6.42322096 19.5955767
2 15.1998373 11.8753605 25.3765170 15.1998373 -14.9716395 22.4350519
3 17.0361052 -0.81171454 33.1488122 17.0361052 -8.88471454 21.9979188
4 16.5883689 2.31866561 28.8154605 16.5883689 -5.75433439 24.8644414
5 14.0087101 5.17299246 28.3244087 14.0087101 -21.6740075 12.6484444
6 7.96261363 -9.54482831 20.3938069 7.96261363 -14.9528283 -11.4531466
--------------------------------------------------------------------------------------------
可知前下横梁所受最大弯矩：
Mmax=33.14KN.m
前下横梁为20、20A型槽钢各两根（组合形式如上图）,用10＃槽钢连接成整体, 其抗弯截面模量为(偏安全计算)
Ix=4×1780+4×28.83×202=53248 cm4
W=1774.9cm3
A=2×28.83+2×32.83=123.32 cm2
根据前下横梁的截面特征计算前下横梁的内部应力为:
σ= M/W σ为前下横梁的内部抗拉应力
M为前下横梁所受最大弯距
W为前下横梁截面抵抗距
弯矩最大处的横梁应力：
σ=Mmax/W=33.14×106÷(1774.9×10-3)
=18.7MPa＜[σw]=145MPa
故前下横梁弯曲强度足够。
τ=N/A τ为前下横梁的内部抗剪应力
N为前下横梁所受最大剪力
A为前下横梁截面面积
τ=Nmax/A=20.25 Mpa<85 Mpa故满足施工要求
位移计算

杆端位移值 ( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 14-转角 u -水平位移 v -竖直位移 14-转角
--------------------------------------------------------------------------------------------
1 -0.00743085 -0.01120012 -0.00121345 -0.00530741 -0.01400647 -0.00084072
2 -0.00530741 -0.01400647 -0.00084072 -0.00272490 -0.01508676 -0.00030574
3 -0.00272490 -0.01508676 -0.00030574 0.00077897 -0.01497057 0.00036403
4 0.00077897 -0.01497057 0.00036403 0.00419075 -0.01336503 0.00101694
5 0.00419075 -0.01336503 0.00101694 0.00657088 -0.01093919 0.00148695
6 0.00657088 -0.01093919 0.00148695 0.00842219 -0.00670302 0.00163364
7 0.00842219 -0.00670302 0.00163364 0.00000000 0.00000000 0.00206000
8 0.00000000 0.00000000 0.00206000 -0.00117942 -0.00550194 0.00185837
--------------------------------------------------------------------------------------------
由上可知：挠度ymax=-15.1mm(向下)<规定允许值20mm
满足要求。
6.4前上横梁的强度计算
与下横梁计算方式相同，受力上增加了2个用于内模吊点，其余吊点位置均不作变化，故计算如下：
F1=1.6T，F2=11.6T，F3=9.9T，F4=5.3T，
F5=[(12.6+2)/4]*1.025=3.74T
弯距（由结构力学求解器求得）：
内力计算

杆端内力值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 轴力 剪力 弯矩 轴力 剪力 弯矩
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 0.00000000 27.8900000 -37.6552794 0.00000000 27.8900000 34.8587205
2 0.00000000 16.2900000 34.8587205 0.00000000 16.2900000 65.8097205
3 0.00000000 6.39000000 65.8097205 0.00000000 6.39000000 70.9217205
4 0.00000000 2.65000000 70.9217205 0.00000000 2.65000000 74.8967205
5 0.00000000 -2.65000000 74.8967205 0.00000000 -2.65000000 70.9217205
6 0.00000000 -6.39000000 70.9217205 0.00000000 -6.39000000 65.8097205
7 0.00000000 -16.2900000 65.8097205 0.00000000 -16.2900000 34.8587205
8 0.00000000 -27.8900000 34.8587205 0.00000000 -27.8900000 -37.6552794
9 0.00000000 0.00000000 -37.6552794 0.00000000 0.00000000 -37.6552794
-------------------------------------------------------------------------------------------
可知前上横梁所受最大弯矩：
Mmax=74.89KN.m

前上横梁为20、32A型槽钢各两根（组合形式如上图）,用10＃槽钢连接成整体,其抗弯截面模量为(偏安全计算) Ix=2*1780+2*7510+2*28.83*35.12+2*48.5*20.92=131988 cm4
W=2926.57cm3
A=2×28.83+2×48.50=154.66 cm2
根据前上横梁的截面特征计算前上横梁的内部应力为:
σ= M/W σ为前上横梁的内部抗拉应力
M为前上横梁所受最大弯距
W为前上横梁截面抵抗距
弯矩最大处的横梁应力：
σ=Mmax/W=74.89×106 ÷(2926.57×10-3)
=25.59MPa＜[σw]=145MPa
故前上横梁弯曲强度足够。
τ=N/A τ为前上横梁的内部抗剪应力
N为前上横梁所受最大剪力
A为前上横梁截面面积
τ=Nmax/A=20.25 Mpa<85 Mpa故满足施工要求
位移计算

杆端位移值 ( 乘子 = 1)
--------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
---------------------------------------- ------------------------------------------
单元码 u -水平位移 v -竖直位移 16-转角 u -水平位移 v -竖直位移 16-转角
-----------------------------------------------------------------------------------------------
1 0.00000000 0.00000000 -0.00256056 0.00000000 -0.00711321 -0.00259691
2 0.00000000 -0.00711321 -0.00259691 0.00000000 -0.01123193 -0.00164056
3 0.00000000 -0.01123193 -0.00164056 0.00000000 -0.01232833 -0.00109364
4 0.00000000 -0.01232833 -0.00109364 0.00000000 -0.01315602 0.00000000
5 0.00000000 -0.01315602 0.00000000 0.00000000 -0.01232833 0.00109364
6 0.00000000 -0.01232833 0.00109364 0.00000000 -0.01123193 0.00164056
7 0.00000000 -0.01123193 0.00164056 0.00000000 -0.00711321 0.00259691
8 0.00000000 -0.00711321 0.00259691 0.00000000 0.00000000 0.00256056
9 0.00000000 0.00000000 0.00256056 0.00000000 0.00000000 -0.00256056
-------------------------------------------------------------------------------------------
由上可知：挠度ymax=13.2mm(向下)
满足要求。
6.5外滑梁的挠度和强度计算
外滑梁主要承受箱梁两侧翼板重量。不考虑外滑梁自重，并设想整个负荷是均布在外滑梁上的q=（9.7T+3T）/300=42.3KG/CM（按3米最重翼板考虑，砼重按9.7T，外模按3T计算）

外滑梁由两根28I工字钢组成，
其W=2×534.4=1068.8CM3
I=2×7481=14962CM4
(1)、根据外滑梁的截面特征计算外滑梁的内部应力为:
σ= M/W σ为外滑梁的内部抗拉应力
M为外滑梁所受最大弯距
W为外滑梁截面抵抗距
Mmax= RA*2.43-q*1/2
=76.6*2.43-42.3*1.5=122.7KN.m
σ=M/W=86.4*103/1068.6
=120.4MPa＜[σs]=145MPa
所以外滑梁弯曲强度足够。
(2)、挠度计算：最大挠度在梁中央：
fmax=ql2（1.25a*l-6/97*l2-a2/4）/4EI
=42.3*48502（1.25 *925*4850-6/97*48502-9252/4）/(4*2.1*105*14962*104)
=3.1mm
根据规范要求，外滑梁变形量不大于L/400=4850/400=12.1mm
因此本设计方案的外滑梁合理。
6.6内滑梁的挠度及强度计算
由前文可知内模承受荷载14.6T，内模自重2T，则一根内滑梁上的重量（14.6+2）/2=8.3T，(按3米最重翼板考虑)假设整个负荷是均布在梁上的，则q=8.3T/350=24KG/CM
内滑梁由两根25I工字钢组成，其W=2×422.2=844.4CM3
I=2×5278=10556CM4
(1)、根据内滑梁的截面特征计算内滑梁的内部应力为:
σ= M/W σ为内滑梁的内部抗拉应力
M为内滑梁所受最大弯距
W为内滑梁截面抵抗距
Mmax= RA*2.43-q*1/2
=60*2.43-24*1.5=109KN.m
σ=M/W=109*103/844.4
=129MPa＜[σs]=145MPa
所以内滑梁弯曲强度足够。
(2)、挠度计算：最大挠度在梁中央：
fmax=ql2（1.25a*l-6/97*l2-a2/4）/4EI
=22*48502（1.25 *925*4850-6/97*48502-9252/4）/(4*2.1*105*10556*104)
=2.3mm
根据规范要求，内滑梁变形量不大于L/400=4850/400=12.1mm
内滑梁强度及挠度满足要求，因此本设计方案的内滑梁合理。
6.7吊带验算
吊带为单根32的精轧螺纹钢，抗拉强度Ryb=750Mpa，允许张拉力为51.3T(按85%的强度控制)，而诸吊带的受力均小于此值。故吊带满足强度要求。
6.8挂篮行走时摇滚、后横梁验算
6.8.1反压验算
砼浇筑完毕后移动主桁架梁，在主桁架梁移动就位时，摇滚受力最大，主桁架梁前端受力Na产生的弯矩由后反压轮的力Nb来平衡。
挂篮自重39T考虑冲击系数1.2
39*1.2=46.8T
以支反力为46.8T计
前吊带Na=46.8/2*8/12.85=14.57T
后吊带Nb=46.8/2*4.85/12.85=8.83T
支反力由4个摇滚来分担此力N=46.8/4=11.7T＜25T
摇滚满足强度要求。
6.8.2横梁验算
因后横梁与前横梁形式一样，所以完全能承受挂篮行走时所承担的挂篮荷载。
6.9挂篮行走时的抗倾覆验算
砼浇筑完毕后，移动主桁架梁，在主桁架梁移动就位时，主桁架梁最容易前翻，此时靠Nb来平衡，Nb=8.83T，由4根精轧螺纹钢分摊，相当于每根精轧螺纹钢受力由1 个摇滚分担，则每个摇滚受力2.2T，摇滚承载力为25T，远远大于所受的力。
挂篮行走时的抗倾覆性满足要求。
挂篮变形计算
挂篮结构为带悬臂的简支梁，在浇筑砼的过程中，挂篮由于荷载的增加而产生挠度。荷载为钢筋砼重量和施工荷载的一半。
主桁架的挠度：(如下图)

弯矩图：

端位移值 ( 乘子 = 1)
-----------------------------------------------------------------------------------------------
杆端 1 杆端 2
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单元码 u -水平位移 v -竖直位移 21-转角 u -水平位移 v -竖直位移 21-转角
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1 0.00000000 0.00000000 0.00062233 0.00000000 0.00000000 -0.00159039
2 0.00000000 0.00000000 -0.00159039 0.00000000 -0.01297275 -0.00293185
可知：Δ1=1.3CM
吊带伸长值：Δ2
由于浇筑砼，长吊带中吊带Pmax=7.78t，该吊带有效长度为6.8m，
Δ2=PL/(EA)=7.78*104*6.8/(21*1010*8.04*10-4)=3.1mm
Σ=13+3.1=16.1 mm＜20 mm
挂篮挠度满足要求。