掛籃施工力學(xué)計(jì)算模型與實(shí)現(xiàn)

掛籃施工力學(xué)計(jì)算模型分析與實(shí)現(xiàn)摘要掛籃是橋梁施工的一種常用臨時(shí)設(shè)備，正確實(shí)現(xiàn)掛籃施工力學(xué)計(jì)算是確保掛籃施工安全的基礎(chǔ)，但如何實(shí)現(xiàn)掛籃力學(xué)計(jì)算目前學(xué)術(shù)界和工程界還沒有統(tǒng)一認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)三角型掛籃的結(jié)構(gòu)及受力特征對(duì)掛籃各組成構(gòu)件進(jìn)行規(guī)劃分解，得到了一系列彼此獨(dú)立又相互聯(lián)系的簡(jiǎn)支梁、連續(xù)梁或平面剛架等簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)及其相關(guān)力學(xué)計(jì)算模型，并可方便地借助路橋施工計(jì)算專家系統(tǒng)RBCCE計(jì)算實(shí)現(xiàn)，得到能夠反映掛籃實(shí)際受力和變形情況的力學(xué)計(jì)算結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了掛籃施工力學(xué)計(jì)算過程的簡(jiǎn)單化、標(biāo)準(zhǔn)化和高效率。關(guān)鍵詞橋梁掛籃計(jì)算施工分類法：文章編號(hào)：1引言掛籃是預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁或連續(xù)剛構(gòu)懸臂施工中常用的臨時(shí)設(shè)施，主要由主構(gòu)架、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走行系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)構(gòu)成，其類型豐富多樣，可以是三角形、菱形、平行弦桁架、弓弦桁架及斜拉式掛籃型式；錨固方式可以是錨固式、壓重式或半錨固半壓重式方式進(jìn)行錨固；走行時(shí)可以滑動(dòng)式、滾動(dòng)式或滑動(dòng)與滾動(dòng)組合式等；另外，掛籃的懸吊系統(tǒng)可以采用精扎羅紋鋼筋或鋼帶形式等[1][2][3]。因具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、重量輕、剛度大的特點(diǎn)，目前常用的掛籃型式主要為精扎羅紋鋼懸吊和錨固的三角形及菱形掛籃。工程上大多數(shù)掛籃盡管類型不同，標(biāo)準(zhǔn)化程度低，但具有相同或類似的力學(xué)特征。正確把握掛籃在混凝土澆注或走行期間的受力和計(jì)算特征，是實(shí)現(xiàn)掛籃在混凝土澆注或走行期間進(jìn)行力學(xué)檢算的基礎(chǔ)，也是確保掛籃施工安全的前提。理論上，采用空間有限元建模能夠得到反映掛籃力學(xué)行為特點(diǎn)的力學(xué)計(jì)算結(jié)果[4][5]，但因掛籃本質(zhì)上為一空間懸吊結(jié)構(gòu)，各個(gè)構(gòu)件連接關(guān)系及約束條件復(fù)雜，要建立起能夠準(zhǔn)確反映掛籃施工力學(xué)行為特征的三維模型通常費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且容易出錯(cuò)，計(jì)算結(jié)果難以評(píng)價(jià)，不便于現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù)人員應(yīng)用。實(shí)際上，掛籃在施工過程中受力明確，具有良好的結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，可以通過對(duì)掛籃進(jìn)行規(guī)劃分解，將其分解成若干便于實(shí)現(xiàn)的簡(jiǎn)單構(gòu)件加以分析計(jì)算，這樣可使得掛籃力學(xué)計(jì)算簡(jiǎn)單化和規(guī)范化，所得到得的計(jì)算結(jié)果可以較好地反映掛籃實(shí)際受力和變形狀態(tài)。掛籃力學(xué)檢算內(nèi)容豐富，除了需要對(duì)掛籃各個(gè)組成構(gòu)件進(jìn)行力學(xué)計(jì)算外，還需要針對(duì)構(gòu)件間的一些連接、模板等進(jìn)行力學(xué)檢算，本章重點(diǎn)介紹三角掛籃荷載組合計(jì)算方法，主三角構(gòu)架、前上橫梁、前下橫梁、前后橫梁、底?？v梁及內(nèi)外模滑梁等主要受力構(gòu)件的受力及計(jì)算模型特征，并對(duì)其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行介紹。2掛籃施工各組成構(gòu)件受力與計(jì)算模型分析對(duì)掛籃進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算的前提是掌握掛籃在節(jié)段混凝土澆注和走行期間的施工力學(xué)行為特征。下面以一用于單箱單室箱梁橋，且采用精扎羅紋鋼筋錨固和懸吊的三角型掛籃為例進(jìn)行分析說明。圖1為一三角形掛籃立面與橫斷面布置圖，圖2為掛籃后錨、前支座立面局部放大圖，圖2為前、后吊桿布置圖。該掛籃的主要受力構(gòu)件包括：主三角架、外模滑梁、內(nèi)模滑梁、前上橫梁、前下橫梁、后下橫梁，前下吊桿、后吊桿、外模吊桿及內(nèi)模吊桿等，可以通過建立各組成構(gòu)件簡(jiǎn)化的計(jì)算模型來實(shí)現(xiàn)它們的力學(xué)計(jì)算。各組成構(gòu)件的計(jì)算模型簡(jiǎn)化包括構(gòu)件的結(jié)構(gòu)、約束條件及所受到的外荷載簡(jiǎn)化。圖1掛籃立面和橫斷面示意圖變截面梁段簡(jiǎn)化掛籃施工的混凝土梁段一般為變截面箱型截面梁段，在梁段混凝土澆注過程中所受到的外荷載主要為梁段鋼筋混凝土重量、掛籃自重及人員機(jī)械等附加荷載等。為便于計(jì)算，可以偏于安全地將變截面梁段簡(jiǎn)化為等截面梁段。等截面梁段截面采用變截面梁段的最大截面。圖2(a)為連續(xù)梁縱斷面圖示意圖，1#塊為變截面梁段，相應(yīng)的等截面梁段為圖2(b)，其截面為圖2（a）中1#塊之最大截面。圖2變截面梁段梁段混凝土荷載分塊根據(jù)掛籃的構(gòu)造及受力特點(diǎn)，需要將梁段橫向分割為A、B、C三區(qū)域來分別考慮澆注期間的梁段混凝土對(duì)掛籃的影響，其中，A區(qū)代表梁段底板和腹板，B區(qū)代表箱室頂板，C區(qū)代表翼緣板，見圖3；為了計(jì)算底模縱梁受力，還需要將A區(qū)細(xì)分為D、F區(qū)，其中，D代表腹板區(qū)，F(xiàn)代表底板區(qū)。不同區(qū)域?qū)?duì)掛籃的相關(guān)構(gòu)件產(chǎn)生影響，其中，A區(qū)混凝土荷載將對(duì)底模、底模縱梁、前下橫梁和后下橫梁、前吊桿及后吊桿產(chǎn)生影響；B區(qū)混凝土荷載將對(duì)內(nèi)模、內(nèi)?；骸?nèi)模吊桿產(chǎn)生影響；而C混凝土荷載將對(duì)外模、外?；骸⑼饽５鯒U產(chǎn)生影響。無圖通3景修梁段混凝土在選橫向區(qū)域分割賤示意圖荷載組合潑掛籃鹽施工力學(xué)計(jì)算兄時(shí)，還需要將奸梁段分塊荷載徑與模板、人群皆、材料、機(jī)具拾等荷載進(jìn)行進(jìn)斤行組合（注：蕩一般不考慮風(fēng)何荷載的影響，踢當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)較大魚時(shí)，要求停止貪混凝土澆注或臟走行）。飾當(dāng)對(duì)盯掛籃怨進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算餓時(shí)，荷載組合掩方法是：抱Gi=1.2磚×談(狂梁段分塊混凝供土重吼量?jī)?貝分塊區(qū)域枯掛籃趨自桿重秩+英分塊區(qū)域模芬板干)+1.4爬×膠分塊區(qū)域施工涉人員、材料機(jī)借具荷載。范當(dāng)對(duì)雀掛籃糞進(jìn)行剛度檢算沖時(shí)，荷載組合斷方法是：竄Gi鼻=夠分塊區(qū)域梁段脅混凝土重與量露+侍分塊區(qū)域巴掛籃淺自禿重辯+填分塊區(qū)域模板寇自織重紛+鍛分塊區(qū)域施工娛人員及材料機(jī)吳具荷載。朝其中胃，模i=雖1充，王2阿，披3灰，君4櫻，廈5貢分別對(duì)應(yīng)泉于興A肌、夕B邁、防C渴、嘩D奇、丸F絹區(qū)的荷載組合策。猶當(dāng)三掛籃諷走行時(shí)，荷載奉組合方法是：諷G=1.2×源(拐掛籃扎自子重松+答模板自桌重石)讀。粗（窮4遼）底模縱梁計(jì)仙算籮底?？v梁支撐揪于前下橫梁和罩后下橫梁上，據(jù)其上布置有底原模模板，用于外支撐底模模板轉(zhuǎn)及雷B防區(qū)混凝土重量站?？梢詫⒌啄⒖v梁簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)珠支梁進(jìn)行計(jì)算洋，簡(jiǎn)支梁長(zhǎng)度綿為前下與后下莖橫梁的水平間害距障L承，所受的荷載予可近似為均布雹荷雀載肅q狂i宅，見逮圖悲4掩。愈qi=Gi/墻ni/L批i頁(yè)，否其中磨：危i=丸4晶、鹽5蓮，分別代顆表擴(kuò)F扎、接D楊區(qū)的相關(guān)變量粗；薦Gi藝-茅為棕D住區(qū)掀或驗(yàn)F靜區(qū)組合荷載；便ni鬼-駁為扔D奸區(qū)桐或飾F孟區(qū)底?？v梁根蔽數(shù)。躁圖技4鼻貍底?？v梁計(jì)算鴿模型示意圖瑞（煉5顧）前下橫梁計(jì)揪算草前下橫梁主要洲是由雙工字鋼遲或雙槽鋼組成勞的組合型鋼鋼橋梁，用來承受嶺底?？v梁產(chǎn)生蛾的作用力，并呀通過前下吊桿妨懸吊起來。前于下吊桿本質(zhì)上揮屬于彈性結(jié)構(gòu)焦，在前下橫梁臉計(jì)算模型簡(jiǎn)化洪時(shí)，理論上需濕要將前下吊桿學(xué)模擬為一種彈議性支撐，但考懷慮到朝掛籃順結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性竄，且其前下吊亞桿布置于箱室證腹板區(qū)域的兩貓側(cè)附近，吊桿懶變形基本相同晴，因此，可以精將前下橫梁在庸前下吊桿處模仗擬為一個(gè)固定纏鉸支座或活動(dòng)境鉸支座，這樣箱前下橫梁即可叫簡(jiǎn)化為一根受血若干集中荷載隙的超靜定連續(xù)史梁計(jì)算模型。詢圖答5蹤為前下橫梁計(jì)鈔算模型澇，轉(zhuǎn)P面4壤、斑P記5福分別訪為請(qǐng)D四區(qū)戲、落F詢區(qū)底?？v梁傳另遞下來的集中險(xiǎn)力，對(duì)應(yīng)于詞圖候4停計(jì)算模型下的斤支座下的前端宣支座反力。雷Pi=Gi/柱ni/于2肥，其中：丟i=勝4松、堂5日，分別代朽表尼F何、膀D嚷區(qū)的相關(guān)變量啟；含Gi掛-表為吧D丈區(qū)啦或誰F距區(qū)組合荷載；寄ni運(yùn)-捏為勤D屬區(qū)哨或截F饒區(qū)縱梁根數(shù)。倆圖茫5絹隱前下橫梁計(jì)算駕模型示意圖誠(chéng)（筋6隸）后下橫梁計(jì)拍算怕后下橫梁計(jì)算勒方法與前下橫債梁計(jì)算方法類猶似，在此不做謹(jǐn)詳述。盒（率7劈）內(nèi)、外?；`梁計(jì)算的內(nèi)外模滑梁計(jì)濱算模型均可以掘簡(jiǎn)化成底?？v左梁計(jì)算模型形先式（見萍圖蹤4趟），均布荷麻載槽q匠i燦也可按相同的識(shí)公式計(jì)算，但美公式中的符號(hào)歌含義有所不同燙，其中：轉(zhuǎn)i=逗2腿、呀3肢，分別代悄表訂B宵、撕C賊區(qū)相關(guān)變量；存Gi它-皺為積B包區(qū)莫或釋C斤區(qū)組合荷載；替ni俊-突為顯B有區(qū)蒼或良C蔑區(qū)滑梁根數(shù)。老（牽8貨）前吊桿計(jì)算是前吊桿錨固于哄前上橫梁上，嗎可細(xì)分分為前鉛下吊桿和前上摟吊桿兩種類型漏，前者下端懸倉(cāng)吊前下橫梁，辦主要用于承奇擔(dān)粥A朱區(qū)混凝土、底朽模及底模縱梁儀的重量，而后漫者下端懸吊內(nèi)蛇模或外?；吼I，主要用于承劇擔(dān)龜B打、推C綱區(qū)混凝土、底果模及底?？v梁智的重量。前吊紐桿的軸向拉籠力格F港i身計(jì)算公式為：勺Fi=Gi/韻ni/娃2幼，其中：頓i=躬1閱、扔2屆、抵3兵，分別代究表希A讓、柿B哀、抱C揭區(qū)的相關(guān)變量葵；寫Gi筑-廉為貢A書區(qū)扣、潔B敵區(qū)憑或繭C洋區(qū)的組合荷載孟；留ni錄-念為酬A騰區(qū)伶、雜B臣區(qū)許或稠C柜區(qū)的吊桿總數(shù)偽。嘆（姥9鼠）前上橫梁計(jì)井算醋與前下橫梁或美后下橫梁一樣聰，前上橫梁主沒要是由雙工字造鋼或雙槽鋼組吉成的組合型鋼授鋼梁，支撐于無三角主構(gòu)架的夏前端，用來為攔前吊桿提供懸中吊錨固支撐，膨主要承擔(dān)箱欲梁賢A街、邊B片、館C減三區(qū)混凝土、乳內(nèi)外模板、模慈板滑梁、前上災(zāi)橫梁、前下橫壓梁及相應(yīng)的人憑群材料機(jī)具等蹤荷載，可以簡(jiǎn)半化為一簡(jiǎn)支外三伸梁模型進(jìn)行兼力學(xué)計(jì)算，見息圖議6距，圖寬中雖F間1齊、課F熄2公、姨F蹈3機(jī)分別為前下吊鑒桿、內(nèi)模吊桿航和外模吊桿的族拉力。飲圖乓6杜棋前上橫梁計(jì)算愈模型示意圖監(jiān)（棍1王0霞）主三角構(gòu)架遺計(jì)算妹主三角構(gòu)架后冤端錨固于已澆種梁段上，在立罩桿處通過前支德座支撐于走行晃軌道上，用于瘡承受前橫梁上斧的各種吊桿拉艙力，相應(yīng)的力俊學(xué)計(jì)算模型如絨圖裝7緞所示，為一由番斜桿、水平桿巾或立桿組成的腔平面剛架結(jié)構(gòu)告計(jì)算模型，前液端所受的計(jì)算贈(zèng)荷直載賊P鏟為：山P=(G1+刺G2+G3)鈴/4表圖搭7損俘主三角構(gòu)架計(jì)恩算模型示意圖擁（徑1譜1范）后錨桿拉力滑計(jì)算師后錨桿對(duì)應(yīng)于開主三角構(gòu)架的防支座反蛋力散R鉆，其數(shù)值為主床三角構(gòu)架前端若荷場(chǎng)載預(yù)P共（見辛圖廈7碰）。當(dāng)一個(gè)主演構(gòu)架有三對(duì)后氏錨桿時(shí)，則一兵根后錨桿所受售的力為：N=R/6。嚷3汪掛籃鮮施工力學(xué)計(jì)算宋實(shí)現(xiàn)科基于上各組成之構(gòu)件的受力及劍計(jì)算模型的分呈析，吹掛籃謎各組成構(gòu)件的劣力學(xué)計(jì)算過程糊和內(nèi)容主要可覆歸結(jié)為：容梁段最大橫截忌面區(qū)域分割及鞏各區(qū)域荷載組傾合計(jì)算；痰建立底?？v梁抱、前下橫梁、繡后下橫梁、前貢上橫梁、內(nèi)模遮滑梁、外?；擦旱葮?gòu)件的有股限元計(jì)算模型晚，并按強(qiáng)度檢廣算要求進(jìn)行桿木件有限元力學(xué)孩計(jì)算，查詢計(jì)伶算結(jié)果；草建立三角構(gòu)架浙平面桿件有限安元模型，分別等按強(qiáng)度檢算和母剛度檢算要求乞進(jìn)行結(jié)構(gòu)力學(xué)踐計(jì)算；號(hào)計(jì)算各前吊桿余、后貓桿拉力船計(jì)算，計(jì)算前見吊桿件變形。臨通常，可以借顫助寨Mida徹s陶、潛ANSY阿S觀等目前流行的服國(guó)際通用有限李元進(jìn)行蕩掛籃想各組成構(gòu)件進(jìn)街行力學(xué)計(jì)算，懷但由于這些軟散件的通用性，打沒有針對(duì)霞掛籃憲的受力及計(jì)算格模型特征，計(jì)機(jī)算效率較低、躁荷載取值與計(jì)烤算過程不規(guī)范倆，不能實(shí)現(xiàn)各邊組成構(gòu)件的協(xié)妙同計(jì)算。這對(duì)遷于力學(xué)知識(shí)不甜是很豐富的現(xiàn)留場(chǎng)工程技術(shù)人窄員來講，健掛籃升計(jì)算也將是一濃個(gè)復(fù)雜的過程遼，而且容易出晶錯(cuò)。急本文選擇路橋追施工計(jì)算專家魔系痰統(tǒng)裝RBCC偷E屬進(jìn)行四掛籃左各力學(xué)計(jì)算責(zé)。央RBCC責(zé)E籃為石家莊鐵道招大學(xué)研發(fā)的一點(diǎn)款高性能專門君針對(duì)路橋施工想計(jì)算的高性能淡集合成化軟件符，內(nèi)涵豐富的濤路橋施工計(jì)算滑專業(yè)功能。該氏軟件能夠?qū)ｉT牢針對(duì)勺掛籃胖的結(jié)構(gòu)特征、退力學(xué)特征進(jìn)行探有限元自動(dòng)建均模。對(duì)于三角我主構(gòu)架，可以筐選擇創(chuàng)建和操拼作功能圖形對(duì)竊象的方式便捷叼實(shí)現(xiàn)其力學(xué)計(jì)酒算釘[7]預(yù)，而對(duì)于其它律組成構(gòu)件，則忘只需要在繪制扯出最大梁段截斑面對(duì)象及截面粱區(qū)域分割線后呈，在其旁邊繪朋制一條酸掛籃得計(jì)算指示線，喜箭頭指向截面島對(duì)象，見遞圖垃8諷（晶a努），然后打開訪該指示線定的對(duì)話框，輸芬入趁掛籃掛籃劉吊桿、底?？v侵梁、各橫梁、爭(zhēng)內(nèi)外模等構(gòu)件長(zhǎng)的橫向或縱向哈布置參數(shù)及材淡料參數(shù)，即可其自動(dòng)創(chuàng)建各組欄成構(gòu)件計(jì)算模極型的計(jì)算模型鋤，其中包括計(jì)央算模型的單元吩節(jié)點(diǎn)自動(dòng)劃分邀，單元截面特晴性和材料參數(shù)怎自動(dòng)輸入及外涌荷載和支座約鳳束自動(dòng)布置等璃，并可便捷查打詢桿件截面應(yīng)勸力、位移，檢傅查構(gòu)件的強(qiáng)度省和剛度。貿(mào)圖掀9(b逗)企顯示膛了株RBCC腸E捧實(shí)現(xiàn)某輪掛籃企計(jì)算的下橫梁濱計(jì)算模型及彎克矩圖。銅圖伶8(a)領(lǐng)僻梁段最大截面它對(duì)象滴；擦(b蒙)澇前下橫梁計(jì)算茂模型與計(jì)算結(jié)恐果4結(jié)論爆掛籃湊是橋梁施工中揪一種常用臨時(shí)呆施工設(shè)備，對(duì)豬其進(jìn)行正確的農(nóng)施工力學(xué)計(jì)算給是確保濱掛籃核設(shè)計(jì)合理和施補(bǔ)工安全的基礎(chǔ)敞。通過對(duì)眨掛籃昂這一空間的懸劇吊結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)逐構(gòu)特征和受力捧特征分析，可廊以將其規(guī)劃分勒解為一系列彼版此獨(dú)立又相互為聯(lián)系的簡(jiǎn)支梁?jiǎn)琛⑦B續(xù)梁或平嶺面剛架等簡(jiǎn)單羅結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)鳴分析，并借助嗓路橋施工計(jì)算舅專家軟件加以擊實(shí)現(xiàn)，這樣既押可以得到能夠兵反映渾掛籃暫實(shí)際施工受力丸與變形特征的債各組成構(gòu)件的船計(jì)算模型和計(jì)潮算結(jié)果，使復(fù)僑雜會(huì)掛籃粘計(jì)算過程變成西簡(jiǎn)單、規(guī)范而柱且容易實(shí)現(xiàn)的揪計(jì)算過程，實(shí)能現(xiàn)了魄掛籃形力學(xué)計(jì)算的簡(jiǎn)巡單化、標(biāo)準(zhǔn)化建和高效率，所戰(zhàn)介紹的公掛籃別計(jì)算實(shí)現(xiàn)方法泊特別適合于現(xiàn)述場(chǎng)一線工程技爹術(shù)人員應(yīng)用。腐參回帽考慌盛文拳土獻(xiàn)販[1診]椒王武卸勤萬.P挺C另橋梁懸臂灌注符施工掛籃的發(fā)孟展耗[J]強(qiáng).疏橋梁建穿設(shè)桂,1997(繳4)陷[2瀉]困陳金乖水逢.唇幾種施工槳掛籃乓的設(shè)計(jì)與比盟較嬸[J].昌橡公路與汽復(fù)運(yùn)投,2005