獨(dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力斜拉橋掛籃施工方案設(shè)計(jì)掛籃計(jì)算

XX市XX大橋掛籃設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)中交XX工程設(shè)計(jì)研究院有限公司二OO七年六月院長：(教授級(jí)高級(jí)工程師)總工：(教授級(jí)高級(jí)工程師)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：(助理工程師)項(xiàng)目審核：(高級(jí)工程師)參加人員：(工程師)(工程師)目錄設(shè)計(jì)說明工程概述設(shè)計(jì)依據(jù)設(shè)計(jì)概要總體構(gòu)造設(shè)計(jì)特點(diǎn)設(shè)計(jì)計(jì)算主要施工步驟制作與拼裝試載要求問題設(shè)計(jì)圖紙掛籃系統(tǒng)總圖（一）XLGL-ZT-00（1/5）掛籃系統(tǒng)總圖（二）XLGL-ZT-00（2/5）掛籃系統(tǒng)總圖（三）XLGL-ZT-00（3/5）掛籃系統(tǒng)總圖（四）XLGL-ZT-00（4/5）掛籃系統(tǒng)總圖（五）XLGL-ZT-00（5/5）承載平臺(tái)（一）XLGL-PT-00（1/2）承載平臺(tái)（二）XLGL-PT-00（2/2）模板系統(tǒng)（一）XLGL-MB-00(1/2)模板系統(tǒng)（二）XLGL-MB-00(2/2)張拉機(jī)構(gòu)XLGL-JG-01前錨桿組XLGL-JG-02后錨桿組XLGL-JG-03行走反滾輪XLGL-JG-04頂升機(jī)構(gòu)XLGL-JG-05止推機(jī)構(gòu)XLGL-JG-06牽引機(jī)構(gòu)XLGL-JG-071.工程概述XX大橋?yàn)楠?dú)塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔梁墩固接體系。全長188米，跨徑組合：108m（主跨）+80m（錨跨）。主梁采用雙主肋梁板式結(jié)構(gòu)，梁高2.5m，高跨比1/43.2。肋高2.27m，肋寬2m，兩肋間距25.7m，近塔處加寬至3m。橋面板厚度28cm。主梁沿縱橋向每隔6m布置一道內(nèi)橫梁（標(biāo)準(zhǔn)間距），尾段密索區(qū)加密至3m，與梁上索距一致。尾段6.5m范圍為實(shí)心體，作為，錨跨尾段壓重。斜拉索采用扇形布置，全橋共16對(duì)索，梁上標(biāo)準(zhǔn)索距6m，塔上為1.9m～2.1m。其中M2#～M16#采用掛籃懸澆。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段及M1#節(jié)段主梁橫斷面如圖一所示：圖一一般節(jié)段及M1#節(jié)段斷面（單位mm）2.設(shè)計(jì)依據(jù)《XX市高架道路工程施工圖設(shè)計(jì)》3.1標(biāo)（K1+815.697～K2+303.697）XX大橋第一冊(cè)橋梁工程第一分冊(cè)總體布置及主橋工程（B1版）《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）《鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50205-2001）《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTGD60-2004）《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ025-86）《冷彎薄壁型鋼結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》（GB50018-2002）《鋼結(jié)構(gòu)高強(qiáng)度螺栓連接的設(shè)計(jì)、施工及驗(yàn)收規(guī)程》（JGJ82-91）《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》（GB50204-2002）3.設(shè)計(jì)概要本掛籃為前支點(diǎn)掛籃，設(shè)計(jì)承載砼重量375噸。設(shè)計(jì)將其安全與可靠性放在首要位置，承載平臺(tái)，牽索系統(tǒng)，錨固系統(tǒng)均給予了充分的安全儲(chǔ)備。為保證施工質(zhì)量，設(shè)計(jì)承載平臺(tái)剛度大，并在適當(dāng)位置配置錨桿，以減少箱梁縱橫向變形及“錯(cuò)臺(tái)”量；長大構(gòu)件分段制作，最大質(zhì)量小于10t，以滿足運(yùn)輸及現(xiàn)場(chǎng)拼裝的要求；滿足澆筑、移動(dòng)及調(diào)整等使用功能方面的要求。本掛籃適用于主梁M2#～M16#節(jié)段澆筑。4．總體構(gòu)造掛籃由承載平臺(tái)、牽索系統(tǒng)、行走系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、操作平臺(tái)及預(yù)埋件系統(tǒng)等組成。（見圖二）4．1承載平臺(tái)承載平臺(tái)是掛籃的主體結(jié)構(gòu)，由支承懸澆荷載及模板體系的平面剛架和掛腿組成。平面剛架由二主縱梁、三橫梁組成。兩側(cè)主縱梁前端開槽，在主縱梁上設(shè)置承力面。4．2牽索系統(tǒng)牽索系統(tǒng)的功能是在掛籃懸澆施工時(shí)將斜拉索與掛籃連接起來形成前支點(diǎn)；在懸澆完成后，將斜拉索與掛籃分離，實(shí)現(xiàn)索力的轉(zhuǎn)換。牽索系統(tǒng)由張拉機(jī)構(gòu)及斜拉索冷鑄錨組成。張拉機(jī)構(gòu)中的張拉千斤頂通過撐腳固定在墊塊總成上。墊塊總成可沿主縱梁頭部導(dǎo)軌上下滑動(dòng)并鎖定，因而前支點(diǎn)空間位置可調(diào)整。4．3行走系統(tǒng)行走系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掛籃空載前移功能，由牽引機(jī)構(gòu)及行走反滾輪組成。牽引機(jī)構(gòu)由兩臺(tái)YC70X150千斤頂通過兩根精軋螺紋鋼筋，同步牽引掛腿下部行走滑靴帶動(dòng)掛籃前移，行走滑靴在主梁頂面輔設(shè)的滑軌上滑動(dòng)。掛籃行走時(shí)由行走反滾輪平衡前傾力。4．4定位系統(tǒng)定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)掛掛籃澆筑前前的定位，由由前錨桿組組、止推機(jī)機(jī)構(gòu)及頂升升機(jī)構(gòu)組成成。掛籃由由前錨桿組組提升到位位，放置在在主縱梁尾尾部的頂升升機(jī)構(gòu)調(diào)整整掛籃前端端的豎向標(biāo)標(biāo)高，止推機(jī)構(gòu)構(gòu)承受斜拉拉索張拉力力中的水平平分力。由于掛籃的自重重及構(gòu)造尺尺寸都較大大，再加上上本橋主梁梁斷面的構(gòu)構(gòu)造特點(diǎn)，使使得掛籃橫橫橋向定位位的調(diào)整較較困難，因因此在掛籃籃前移時(shí)，應(yīng)應(yīng)盡量保證證掛籃整體體同步平移移，并不斷斷觀測(cè)，隨隨時(shí)糾正掛掛籃的偏位位。當(dāng)掛籃前端產(chǎn)生生橫橋向偏偏移時(shí)，可可在掛籃后后橫梁與橋橋主梁主肋肋間設(shè)反向向頂推予以以調(diào)整；當(dāng)當(dāng)掛籃掛腿腿中心線處處產(chǎn)生橫橋橋向位移時(shí)時(shí)，在掛籃籃掛腿與橋橋主肋間加加反向頂推推。4．5錨固系統(tǒng)統(tǒng)錨固系系統(tǒng)包括88組前錨桿桿組和4組后錨桿桿組。前錨錨桿組設(shè)在在主縱梁上上面，其作用用是將承載載平臺(tái)承受受的施工荷荷載傳遞到到已澆梁段段上，后錨錨桿組設(shè)在在主縱梁尾尾部，其作作用是平衡衡掛籃斜拉拉索初張拉拉時(shí)產(chǎn)生的的后傾力，同同時(shí)，4組錨桿組組亦作為抗抗風(fēng)安全錨錨固點(diǎn)。4．6模板系統(tǒng)統(tǒng)模板系統(tǒng)由橫隔隔板底模及及側(cè)模、主主肋側(cè)模及底模模、頂板底模模、頂模拱拱架及支架架、支撐等等組成。橫隔板側(cè)模底部通通過鉸接與與承載平臺(tái)臺(tái)相連，側(cè)側(cè)模之間采采用對(duì)拉螺螺桿連接，橫橫隔板底模位位于承載平平臺(tái)前橫梁梁之上。前前端頂模采采用可調(diào)撐撐桿支撐在在承載平臺(tái)臺(tái)上，中間間頂模采用用拱架支撐撐，拱架通通過鉸接固固定在主縱梁的滑滑軌上。在掛籃前移前，松松開對(duì)拉螺螺栓，將主主肋側(cè)模及及橫隔板側(cè)側(cè)模放置于于拱架及承承載平臺(tái)上上，并與頂頂模一起隨隨拱架下降降至橫隔板板底標(biāo)高以以下。掛籃前移到位后后，再將拱拱架提升到到設(shè)計(jì)標(biāo)高高位置，立立模，澆筑筑下一節(jié)段段。拱架用千斤頂頂頂升到位，并并用銷軸定定位。因而而可方便地地立模、拆拆模并將模模板系統(tǒng)整整體移至下下一待澆節(jié)節(jié)段。5.設(shè)計(jì)特點(diǎn)本掛籃懸澆節(jié)段段長度6m，現(xiàn)澆橋橋面寬300.7m，懸澆節(jié)節(jié)段砼質(zhì)量量最大3755t，其設(shè)計(jì)計(jì)上具有如如下特點(diǎn)：：掛籃整體剛度好好，滿足了了抗傾、抗抗風(fēng)穩(wěn)定性性要求。掛籃操作調(diào)整方方便，平面面及標(biāo)高調(diào)調(diào)整均采用用國產(chǎn)通用用設(shè)備。掛籃的主要組成成部分承載載平臺(tái)為平平面剛架結(jié)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造造簡單，受受力明確，構(gòu)構(gòu)件自重較較輕。根據(jù)各構(gòu)件受力力特點(diǎn)，采采用了不同同的結(jié)構(gòu)形形式，在保保證平臺(tái)剛剛度和強(qiáng)度度的前提下下，減輕了了平臺(tái)的質(zhì)質(zhì)量。掛籃結(jié)構(gòu)主要采采用普通型型材制作。掛籃結(jié)構(gòu)及部件件采用拼裝裝式，可重重復(fù)利用。模板系統(tǒng)主要由由橫隔板及主肋底模及側(cè)模、頂頂板底模及模模架支撐等等組成。大大部分采用用大模板結(jié)結(jié)構(gòu)，提高高砼外觀質(zhì)質(zhì)量，同時(shí)時(shí)有效的控控制橋形縮縮短施工周周期。后端頂板底模采采用拱架支支撐，隨拱拱架在掛籃籃前移前下下放至大橋橋橫隔板以以下，掛籃籃前移到位位后再將拱拱架提升至至設(shè)計(jì)標(biāo)高高位置，便便于立模，拆拆模，模板板整體移至至下一待澆澆節(jié)段。6.設(shè)計(jì)計(jì)算算6.1設(shè)計(jì)計(jì)荷載砼荷載箱箱梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)節(jié)段質(zhì)量為為315t，M2#節(jié)段質(zhì)量量為3755t。掛籃系統(tǒng)自重人群及施工荷載載取1.5kkN/m22風(fēng)荷載工工作風(fēng)速133.6m/s非工作風(fēng)風(fēng)速22.11m/s6.2計(jì)算算工況工況Ⅰ：掛籃受水平力力牽引前移移，風(fēng)垂直直向下（風(fēng)風(fēng)速13..6m/s），計(jì)算算掛籃行走走狀態(tài)的受受力。工況Ⅱ：掛籃行走至新新澆梁段最最外沿，風(fēng)風(fēng)垂直向上上（風(fēng)速222.1mm/s），計(jì)算算掛籃行走走狀態(tài)的穩(wěn)穩(wěn)定性。工況Ⅲ：掛籃位于M116#節(jié)段并定定位，設(shè)定定初張拉索索力值為11272kkN（單索索），水平平角度277.3377°，風(fēng)垂直直向上(風(fēng)速13..6m/s)，計(jì)算掛掛籃穩(wěn)定性性。工況Ⅳ：掛籃位于M166#節(jié)段，砼砼澆筑但未未凝固，風(fēng)風(fēng)垂直向下下(風(fēng)速13..6m/s)，設(shè)定索索力為3817kNN（單索），水水平角度27.3337°，計(jì)算掛掛籃工作狀狀態(tài)的受力力與變形。6.3材料料性質(zhì)6.3.1材料料特性鋼的材料特性：：彈性模量量E=2..1×1005MPaa泊松比μ＝0..3密度ρ＝7850kgg/m36.3.2容許許應(yīng)力Q235-A：：[σ]＝170MPa[[τ]=1000MPPa40Cr：d>1000mm[[σ]＝350MMPad<100mmm[σ]＝385MMPa6.3.3幾何何特性6.4計(jì)算算模型及結(jié)結(jié)果掛籃整體結(jié)構(gòu)為為一彈性支支承空間剛剛架，通過過簡化構(gòu)件件計(jì)算，確確定構(gòu)件截截面尺度及及性質(zhì)（本本計(jì)算過程程略），拼拼合成整體體結(jié)構(gòu)用ANSYYS電算進(jìn)行行優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)。6.4.1拱拱架計(jì)算計(jì)算工況：工況況Ⅳ。6.4.1.11工況Ⅳ計(jì)算拱架計(jì)算模型及及結(jié)果見圖圖三、四所所示。圖三拱架計(jì)算算模型圖四-1拱架架計(jì)算變形形圖圖四-2拱拱架應(yīng)力分分布圖支座反力：水平平力豎向力6.4.1.22計(jì)算結(jié)果果匯總各桿件內(nèi)力計(jì)算算結(jié)果如下下（取各最最不利構(gòu)件件內(nèi)力值）：：部位最大正應(yīng)力（MMPa）最小正應(yīng)力（MMPa）最大軸應(yīng)力（MMPa）最大彎應(yīng)力（MMPa）拱圈84.33261.326.1梁62.90.15e-7716.254.2撐桿//-17.6/6.4.2掛掛籃整體計(jì)計(jì)算6.4.2.11工況I計(jì)算荷載：掛掛籃系統(tǒng)自自重風(fēng)荷載風(fēng)速速13.66m/s電算模型見圖五五圖五工況Ⅰ系系統(tǒng)整體計(jì)計(jì)算模型系統(tǒng)應(yīng)力分布見見圖六，最大應(yīng)應(yīng)力121MPa（掛掛腿處）圖六工況Ⅰ系統(tǒng)各斷面應(yīng)力力分布圖系統(tǒng)整體變形見見圖七，系統(tǒng)整整體變形332.4mmm圖七工況Ⅰ系統(tǒng)整體變形圖圖各部件內(nèi)力計(jì)算算結(jié)果如下下（取各最最不利構(gòu)件件內(nèi)力值）：：部位主縱梁前橫梁中橫梁后橫梁掛腿綜合應(yīng)力（MPPa）54.739.53426.3121約束反力：掛掛腿處12255.55kN↑行走反滾滾輪3044.24kkN↓6.4.2.22工況=44\*ROMAANIV計(jì)算荷載：混凝凝土荷載33750kkN人群及施工荷載載1.5kN/mm2掛籃系統(tǒng)自重風(fēng)荷載風(fēng)速速13.66m/s索力3317kkN（單索索），水平平角度277.3377°電算模型見圖八八圖八工況=4\**ROMMANIV系統(tǒng)整整體計(jì)算模模型系統(tǒng)應(yīng)力分布圖圖見圖九，系統(tǒng)最最大應(yīng)力995.9MMPa。圖九工況=4\\*ROOMANIV系統(tǒng)各斷斷面應(yīng)力分分布圖系統(tǒng)整體變形見見圖十，變形量量36.55mm。圖十-1工況=44\*ROMAANIV系統(tǒng)變形形圖圖十-2前橫梁變形形圖各部件內(nèi)力計(jì)算算結(jié)果如下下（取各最最不利構(gòu)件件內(nèi)力值）：：部位主縱梁前橫梁中橫梁后橫梁綜合應(yīng)力（MPPa）95.979.54839約束反力：止推推機(jī)構(gòu)12264.66kN←前錨桿組組27188.7kN↑后錨錨桿組89.3316kNN↓頂升機(jī)構(gòu)622..91kN↓6.4.3主主要構(gòu)件電電算結(jié)果序號(hào)構(gòu)件名稱控制工況桿件應(yīng)力極值（MPa）最大位移（mmm）豎向橫橋向1主縱梁工況=4\\*ROOMANIV95.931—2前橫梁工況=4\\*ROOMANIV79.534.2—3中橫梁工況=4\\*ROOMANIV4829.8—4后橫梁工況=4\\*ROOMANIV3925.3—5掛腿工況I121--6拱架梁工況=4\\*ROOMANIV66——拱圈工況=4\\*ROOMANIV88.420—撐桿工況=4\\*ROOMANIV12——綜上所述，各構(gòu)構(gòu)件折算應(yīng)應(yīng)力均≤[σ]，強(qiáng)度滿滿足要求；；變形量均均≤，剛度滿滿足要求。6.5各機(jī)構(gòu)受受力情況張拉機(jī)構(gòu)33117kN（設(shè)定）,止推機(jī)構(gòu)12664.6kkN（工況況=4\*RROMANNIV）,←前錨桿27188.7kNN（工況=4\**ROMMANIV）,↑后錨桿89.3316kNN（工況=4\**ROMMANIV）,↓頂升機(jī)構(gòu)6222.91kkN（工況=4\**ROMMANIV），↓行走反滾輪3004.244kN（工況I），↓掛腿支點(diǎn)處12255.55kN(工況I).↑6.6掛籃整整體抗傾覆覆計(jì)算6.6.1掛籃籃行走狀態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定性按工況Ⅱ，計(jì)計(jì)算掛籃行行走狀態(tài)穩(wěn)穩(wěn)定性。掛掛籃行走至至新澆梁段段最外沿處處（迎風(fēng)面面積最大），風(fēng)風(fēng)垂直向上上吹（風(fēng)速速22.11m/s），為最危險(xiǎn)險(xiǎn)狀態(tài)?？紤]荷載：模板板重量448kN承載平臺(tái)重量7749.33kN張拉機(jī)構(gòu)重量110.3kkN反滾輪機(jī)構(gòu)重量量9.9kNN風(fēng)載荷：1..12kN/m2?？們A覆力矩：MM傾=833..4kN..m抗傾覆力矩：MM抗傾=28001.3kkN抗傾安全系數(shù)：：k=M抗傾傾/M傾=28011.3/833..4=3.3666.6.2掛籃籃初張拉狀狀態(tài)穩(wěn)定性性工況=3\\*ROOMANIII，M16#節(jié)段，掛籃籃定位，斜斜拉索張拉拉至初張拉拉值11005.7kkN（單索），未未澆砼，風(fēng)風(fēng)垂直向上上吹(風(fēng)速13..6m/s),計(jì)算掛籃籃初張拉狀狀態(tài)穩(wěn)定性性。考慮荷載：模板板重量448kN承載平臺(tái)重量7749.33kN張拉機(jī)構(gòu)重量110.3kkN反滾輪機(jī)構(gòu)重量量9.9kNN后錨桿組極限受受力57555.6kkN（按整副掛籃籃計(jì)），風(fēng)載荷0..409kkN/m22，索力2914..6kN（此時(shí)傾覆力力矩最大）?？們A覆力矩：MM傾=84220.2kkN.m抗傾覆力矩：MM抗傾=434425.55kN.mm抗傾安全系數(shù)：：k=M抗傾/M傾=434225.5//84200.2=55.167.主要施工工步驟掛籃施工中,均處于兩兩種狀態(tài)：：行走狀態(tài)態(tài)和澆筑狀狀態(tài)。7.1行走狀態(tài)態(tài)脫模；放松張拉千斤頂頂并拆除張張拉千斤頂頂與斜拉索索的連接；；拆除止推機(jī)構(gòu)，接接長鋼板滑滑道；拆除后錨桿組；；放松前錨桿組，掛籃下降降（2000mm），掛腿落至至鋼板滑道道上；安裝頂升機(jī)構(gòu)千千斤頂，且且油缸伸長長；安裝行走反滾輪輪，頂升機(jī)機(jī)構(gòu)千斤頂頂油缸縮回回；安裝牽引機(jī)構(gòu)，將將掛籃前移移并定位。7.2澆筑狀態(tài)態(tài)安裝頂升機(jī)