大跨度懸澆箱梁三角掛籃施工系統(tǒng)受力分析

大跨度懸澆箱梁三角掛籃施工系統(tǒng)受力分析

1上部結(jié)構(gòu)方案近年來，預(yù)制混凝土懸籃橋連續(xù)箱梁廣泛應(yīng)用于交通行業(yè)的大型橋梁建設(shè)項(xiàng)目領(lǐng)域。以景馬高速干河大橋?yàn)槔鳂驒M跨100m寬的直線，上部結(jié)構(gòu)為50m85m59m。預(yù)制混凝土砌塊的一部分是單箱、雙室和連續(xù)箱梁。施工中采用三角掛籃施工系統(tǒng)進(jìn)行懸澆箱梁作業(yè),其主要由主梁承重系統(tǒng)、吊桿系統(tǒng)、底模平臺(tái)系統(tǒng)、側(cè)模及加固系統(tǒng)、內(nèi)外行走系統(tǒng)和后錨固系統(tǒng)組成,現(xiàn)運(yùn)用MIDAS空間軟件建模分析其各承重系統(tǒng)受力情況。2計(jì)算參數(shù)的配置2.1施工負(fù)荷包括施工時(shí)的人群荷載及機(jī)具荷載,取2.5kPa。2.2混凝土重量取26kN/m3;各種型鋼及計(jì)算參見相關(guān)手冊(cè)。2.3負(fù)荷系數(shù)和負(fù)荷組合類型2.3.1載荷系數(shù)灌注混凝土?xí)r的動(dòng)力系數(shù)取1.2;掛籃走行時(shí)的沖擊系數(shù)取1.3;灌注混凝土和掛籃走行時(shí)的抗傾覆系數(shù)取2.0。2.3.2控制設(shè)計(jì)最大荷載箱梁荷載:灌注混凝土箱梁的最大重量為63.58×26≈1653.2kN(3號(hào)塊),考慮到灌注混凝土?xí)r的動(dòng)力因素和安全性,控制設(shè)計(jì)最大荷載W=1.2×1653.2=1983.8kN;掛籃自重:680kN。2.4內(nèi)力驗(yàn)算計(jì)算中,最大塊重1983.8kN,長(zhǎng)度3.5m,是全橋掛籃懸臂施工荷載中最大的一個(gè)節(jié)段,驗(yàn)算采用1號(hào)節(jié)段進(jìn)行內(nèi)力計(jì)算。施工現(xiàn)場(chǎng)情況及驗(yàn)算模型如圖1、圖2所示。3掛籃底部模型的壓力分析3.1標(biāo)準(zhǔn)模中的鋼板檢驗(yàn)1號(hào)塊梁高4.535m,驗(yàn)算取腹板位置,底模為δ=5mm厚鋼板,面板按35cm×15cm四面固結(jié)板計(jì)算。3.1.1振動(dòng)混凝土創(chuàng)造荷載箱梁自重(最大):4.535×26=117.9kPa;施工人員、材料、機(jī)具荷載2.5kPa;振動(dòng)混凝土產(chǎn)生荷載:2.0kPa。荷載組合計(jì)算:∑P=1.2×117.9+1.4×(2.5+2)=147.8kPa。3.1.2彈性試驗(yàn)建立面板受力模型如圖3、圖4所示。經(jīng)計(jì)算,底面板最大應(yīng)力為44.0MPa<[σ]=205MPa,滿足受力要求,基本無變形。3.2建立受力模型[6.3槽鋼與面板整體建立模型,受面板相同的壓力荷載,建立其受力模型如圖5、圖6所示。經(jīng)計(jì)算,[6.3槽鋼所受最大應(yīng)力為6.3MPa,滿足受力要求。4三角形沉積層幾個(gè)承載層的壓力分析4.1縱梁計(jì)算腹部板的垂直梁腹板下縱梁由4根I28a組成,間距20cm。4.1.1施工荷載荷載根據(jù)所取計(jì)算截面數(shù)據(jù),腹板下混凝土荷載P1=γH=26×(4.198+4.535)/2=113.5kPa。施工荷載P2=2.5kPa,振搗荷載P3=2kPa。荷載組合:∑P=1.2P1+1.4(P2+P3)=142.5kPa,則單根工字鋼線荷載為q。4.1.2圖122工字鋼自重通過程序自動(dòng)加載,利用midas建立其受力模型如圖7～圖9所示。經(jīng)計(jì)算,I28a腹板下縱梁最大應(yīng)力為171.1MPa<[σ]=205MPa,滿足受力要求,后支點(diǎn)反力R1=58.5kN,前支點(diǎn)反力R2=43.5kN。4.2縱梁試驗(yàn)基本方法底板下縱梁由5根I28a組成,間距70cm。4.2.1工字鋼線荷載根據(jù)所取計(jì)算截面數(shù)據(jù),腹板下混凝土荷載P1:施工荷載和振搗混凝土產(chǎn)生的荷載:荷載組合:∑P=1.2P1+1.4(P2+P3)=28.2kPa,則單根工字鋼線荷載為q。由此可見,底板單根工字鋼其受力小于腹板下工字鋼受力,因此無需再驗(yàn)算其受力,僅求其支點(diǎn)反力。4.2.2截面特性分析工字鋼自重通過程序自動(dòng)加載,利用midas建立其受力模型如圖10、圖11所示。經(jīng)計(jì)算,最大彎矩M=42.5MPa,剪力Q=110.9kN查表可知I36b截面特性如下:計(jì)算前下橫梁彎曲應(yīng)力:剪應(yīng)力τ=QS2Id=110.9×541.2×1002×16574×12=15.1τ=QS2Ιd=110.9×541.2×1002×16574×12=15.1MPa<[σ]=85MPa后下橫梁結(jié)構(gòu)受力分析,建立其受力模型如圖16～圖19所示。經(jīng)計(jì)算,工字鋼受力最大為62.0MPa,則單根工字鋼受力最大為31MPa,變形1mm,滿足受力要求。4.4前和上梁計(jì)算4.4.1b槽鋼截面特性前上橫梁采用2I40工字鋼,支撐在3片三角架上,兩片三角架之間的間距為5.1m,主要承受前下橫梁傳來的吊桿反力和頂板混凝土及箱梁翼緣板混凝土重量。[32b槽鋼截面特性:慣性矩Ixc=8056.8cm4;慣性矩Iyc=335.6cm4;z0=2.16cm中立柱的自由長(zhǎng)度l0=3.0m,則中立柱壓桿的截面積、慣性矩為:慣性半徑:取值較小的ix進(jìn)行驗(yàn)算,則λx=300/12.1=24.8,查表知其穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.9σmax=NψA=1575.3×1030.9×110.2×102=158.8ψ=0.9σmax=ΝψA=1575.3×1030.9×110.2×102=158.8MPa<[σ]=205MPa滿足受力要求。4.7兩種滯后錨制度從以上可知,三角架后錨受力R2=920.2kN。因每組主桁后錨采用6根?32mm精軋螺紋鋼,精軋螺紋鋼的容許應(yīng)力值為785MPa,容許張拉力為513kN,則后錨容許力[F]=4×513=2052kN>920.2kN且安全系數(shù)K=[F]R2=2052920.2=2.2Κ=[F]R2=2052920.2=2.2,滿足受力要求。4.8吊桿的張拉力吊桿為直徑?32mm精軋螺紋鋼,允許張拉力為531kN,而各吊桿中受力最大的只有254.7kN,所以吊桿強(qiáng)度足夠,強(qiáng)度不需驗(yàn)算。5梁移就位階段混凝土澆筑完后待張拉完畢,壓漿強(qiáng)度達(dá)到一定的要求后,移動(dòng)主桁架,在主桁架梁移就位的過程中,主桁架最易前翻,此時(shí)靠反扣輪組和豎向?32精軋螺紋鋼來平衡,由反扣輪組傳遞給軌道,然后分?jǐn)傆陬A(yù)埋的豎向?32精軋螺紋鋼,后錨采用四根精軋螺紋鋼,因此其安全系數(shù)K能滿足要求。前支點(diǎn)反力，后支點(diǎn)反力，最大變形4.3前、后、下梁的計(jì)算前下橫梁采用工字鋼，建立其受力模型如圖12～圖15所示。4.4.2板面積midas建立模型頂板混凝土截面如圖20所示。翼板面積頂板面積則：故前上橫梁利用midas建立模型如圖21-圖24所示。經(jīng)計(jì)算，工字鋼手里最大為變形3mm，均滿足受力要求。4.5前支點(diǎn)受力，后錨反力掛