重載輕型桁架斜拉式組合掛籃的研究

1、收稿日期 :2002-12-31; 基金項(xiàng)目 :云南省自然科學(xué)基金 (項(xiàng)目編號(hào) :2000E0010Q .第一作者簡介 :王治均 (1976 , 男 , 碩士研究生 , 主要研究方向 :結(jié)構(gòu)及橋梁工程 . E -mail :zhishi6598163. com重載輕型桁架斜拉式組合掛籃的研究王治均 1, 成 蕓 2, 李三珍 1, 寧曉駿 1(1. 昆明理工大學(xué) 建筑工程學(xué)院 , 云南 昆明 650224;2. 同濟(jì)大學(xué)建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 橋梁工程研究分院 , 上海 200092摘要 :主要介紹了重載輕型桁架斜拉式組合掛籃的結(jié)構(gòu)形式 、 特點(diǎn) , 分析了其計(jì)算模型 , 并通過工程算例的驗(yàn)證 ,

2、 表明了該種掛籃結(jié)構(gòu)合理 、 構(gòu)思獨(dú)特 . 與其它結(jié)構(gòu)形式的掛籃相比 , 它受力較為 均勻 、 節(jié)省材料 、 減輕自重 , 是一種較為理想的新型掛籃結(jié)構(gòu) , 有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值 . 關(guān)鍵詞 :重載 ; 輕型 ; 桁架斜拉式 ; 組合掛籃 中圖分類號(hào) :U445.35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A文章編號(hào) :1007-855X (2003 04-0075-04R esearch on a Roof Truss and Cable -state CompositeH anging B asket of H eavy Loads and Light WeightWAN G Zhi 2jun 1, CHEN G Yun

3、 2, LI San 2zhe n 1, NIN G X iao 2jun 1(1. Faculty of Architectural Engineering , K unming University of Science and Tec hnology , K unming 650224, China ;2. Architectural Design and Research Institute of T ongji University , Shanghai 200092, China Abstract :The structure form , characteristics and

4、calculation model of a roof truss and cable -state composite hanging basket are mainly introduced. The tests prove that the structure form of the basket is rational. C ompared with other hanging baskets , this kind of basket bears better -distributed forces , saves materials and lightens weight , th

5、erefore such basket is a new and ideal kind of structure.K ey words :roof truss and cable -state ; heavy loads and light weight ; composite hanging basket0引 言隨著橋梁大跨度方向化以及橋型設(shè)計(jì)的發(fā)展 , 橋梁的跨度增加導(dǎo)致混凝土的澆筑節(jié)段的重量增加 , 這 對掛籃承載能力的要求也越來越高 . 桁架斜拉式組合掛籃是在斜拉式掛籃的基礎(chǔ)上 , 結(jié)合桁架三角型掛籃 的特點(diǎn)而提出的一種新型掛籃結(jié)構(gòu) . 這種掛籃構(gòu)思新穎 、 結(jié)構(gòu)合理 , 并具有實(shí)際應(yīng)

6、用價(jià)值 , 值得研究和探 討 .1重載輕型桁架斜拉式組合掛籃的結(jié)構(gòu)形式桁架斜拉式組合掛籃通常由主梁 (縱梁 、 主桁 、 橫梁 、 斜拉帶系和模板等幾部分組成 . 如圖 1, 圖 2示 意 .主梁是主要的承重結(jié)構(gòu) , 擔(dān)負(fù)灌注梁段和模板等重量 . 每根主梁可以用兩根工字鋼組合而成 . 主梁下 通過鋼墊板 、 枕木支墊在橋面上 , 并利用豎向預(yù)應(yīng)力筋與梁體錨接固定 . 掛籃分離后 , 主梁后端部通過限位 板錨固在已成梁段的橋面上 , 前端懸出已成梁段 , 中間擱置一斜拉橫梁 .考慮到主桁的重要性及通用性 , 主桁均采用鋼板焊接而成 . 主桁的前后拉索通過銷子與立柱及上下弦 相連接 , 這樣可以避

7、免主桁產(chǎn)生附加彎矩 , 使得結(jié)構(gòu)受力合理 .橫梁及斜拉橫梁由槽鋼拼接 (焊接 而成 . 橫梁除把主梁連成整體外 , 主要用來吊掛內(nèi)外模板 ; 斜拉橫第 28卷 第 4期 2003年 8月 昆 明 理 工 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) (理 工 版 Journal of K unming University of Science and Technology (Science and Technology Vol. 28 No 14 Aug. 2003梁是把底模及待灌注梁段混凝土重量通過斜拉帶傳遞給主梁的主要部件 .斜拉帶可用 16Mn 鋼板加工而成 , 是掛籃最主要的受力構(gòu)件 . 每一拉桿做成四段 , 各

8、段端部鉆有孔眼 ,用鋼銷連接 , 以適應(yīng)梁高變化的需要 . 斜拉帶上端通過提升扁擔(dān)梁固定在斜拉橫梁上 . 提升扁擔(dān)梁下置千 斤頂 , 用以調(diào)節(jié)底模標(biāo)高. 圖 1重載輕型桁架斜拉式組合掛籃側(cè)面示意 圖 2重載輕型桁架斜拉式組合掛籃立面示意模板系統(tǒng)由內(nèi)模 、 外側(cè)模和底模組成 . 內(nèi)模模架可用型鋼焊制 , 模板可用木板包鐵皮 .外側(cè)模通過滑梁吊掛在掛籃橫梁上 , 外模架為鋼木混合結(jié)構(gòu) , 豎帶為方木 , 縱梁為型鋼 , 模板為木板加 釘鐵皮 .底?？v梁以槽鋼制作 , 固定在前后托架上 . 縱梁上鋪木板加釘鐵皮 , 后端通過托梁 、 后錨桿等錨固在梁 體底板上 ; 前端通過前托架 、 銷軸座 、 斜

9、拉桿等固定在主梁上的斜橫梁上 .一般而言 , 掛籃主梁后支點(diǎn)錨固放在蹄筋上能夠有效地減少壓重 , 從而達(dá)到減輕掛籃自重的目的 , 因 此在后支點(diǎn)的錨固問題上 , 采用自錨體系 .2重載輕型桁架斜拉式組合掛籃的特點(diǎn)1 桁架斜拉式組合掛籃結(jié)合了斜拉式掛籃和桁架三角型掛籃的優(yōu)點(diǎn) , 采用三角桁架受力代替縱梁受力的方式 , 從而使掛籃在承受自重及模板重量時(shí)結(jié)構(gòu)更合理 , 掛籃自身重量得以減輕 , 同時(shí)桁架與斜拉桿 組合結(jié)構(gòu) , 使得掛籃的水平力可以控制在合理的范圍 , 水平制動(dòng)裝置較為簡單安全 .2 在掛梁前移時(shí) , 是用混凝土梁上預(yù)埋件將上橫梁固定 , 讓上橫梁與掛梁之間可作相對滑動(dòng) , 這種運(yùn) 動(dòng)

10、方式是斜拉組合式掛籃的特點(diǎn)之一 , 它的意義在于掛梁在整個(gè)移動(dòng)過程中 , 整個(gè)掛籃結(jié)構(gòu)重心始終處于 已灌梁段上的安全位置 , 達(dá)到了不加平衡重的目的 .3 該種形式的掛籃可以靈活轉(zhuǎn)動(dòng) . 掛籃的轉(zhuǎn)動(dòng)是以限位器鎖定轉(zhuǎn)點(diǎn) , 并用限位器螺桿頂推主梁后端 移動(dòng) , 這樣就達(dá)到了繞轉(zhuǎn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的目的 . 它解決了輕型斜拉式掛籃在施工過程中均不能解除后錨固的約 束 , 難以使掛籃橫向轉(zhuǎn)動(dòng)的問題 , 在彎橋的懸臂施工中有廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值 .3掛籃結(jié)構(gòu)計(jì)算模型重載輕型桁架斜拉式組合掛籃計(jì)算模型如圖 3, 圖 4所示 .P 擬灌注梁段重量 ; P 1掛籃自重 ; P 2施工設(shè)備重量 ; N 1, N 2三

11、腳架斜拉索的內(nèi)力 ; N 3三腳 架立柱內(nèi)力 ; N 4, N 5主梁內(nèi)力 ; N 6前吊帶內(nèi)力 ; N 7斜拉帶內(nèi)力 ; N , L 掛籃錨力 ; R 1上 掛籃桁架 支點(diǎn)反力 ; R 2上 掛籃錨固點(diǎn)反力 ; R 下 掛籃底模在箱梁底板上的外荷載 . 圖 5箱梁斷面示意圖圖 3兩掛籃連成一體計(jì)算圖 圖 4灌注梁段時(shí)掛籃受力圖 4算 例4. 1結(jié)構(gòu)參數(shù)1 主橋上部結(jié)構(gòu) :130+200+85=415m 三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu) , 由一個(gè) 240m T 構(gòu)和 1個(gè) 160m T 構(gòu)組成的不對稱結(jié)構(gòu) ;2 箱梁為單箱單室斷面 , 箱梁底板寬 12. 2m , 頂板寬 22. 5m ; 3 最大

12、塊件長度 :4.5m ;4 箱梁高度變化范圍 :13.04. 0m. 箱梁斷面如圖 5所示 . 4. 2設(shè)計(jì)荷載1 懸臂灌注混凝土結(jié)構(gòu)最大重量 W max =320t ;2 施工掛籃重 :<160t (含施工荷載及模板 ; 4. 3掛籃設(shè)計(jì)要求箱梁單 T 構(gòu)施工采用掛籃對稱懸臂施工 , 設(shè)計(jì)要求掛籃的最大承載能力不得小于 3200kN , 掛籃自重 及模板等施工荷載重應(yīng)控制在 1600kN 以下 , 不得隨意增加掛籃自重 . 同時(shí)要求掛籃剛度大 、 行走方便靈 活 、 拆裝容易 、 安全可靠 、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用 . 4. 4掛籃設(shè)計(jì)計(jì)算及結(jié)果1 掛籃的計(jì)算主要包括各桿件的內(nèi)力計(jì)算 、 截面設(shè)計(jì)

13、和掛籃的變形計(jì)算 , 計(jì)算按兩個(gè)掛籃聯(lián)成一體時(shí) 、 灌注梁段時(shí)等幾種情況分別進(jìn)行 , 計(jì)算圖式如圖 3, 圖 4所示 .掛籃灌注梁段時(shí) , 后錨及縱梁后端已錨固在已成梁段 , 掛籃的計(jì)算荷載應(yīng)包括梁段重 、 機(jī)具設(shè)備 、 施工 人員等全部重量 , 據(jù)此確定錨桿 、 拉索及掛籃各桿件的內(nèi)力 .在掛籃設(shè)計(jì)中 , 取最不利受力圖式如圖 4示 , 分析計(jì)算中斜拉索的位置經(jīng)過對圖中 A , A , A 三點(diǎn)試 算 , 最后定位在 , 該位置時(shí)斜拉索和立柱受力均比較合理 . 圖中 :P =3200kN , P 1+P 2=1600kN.2 各桿件 (拉索 內(nèi)力和材料如表 1所示 .表 1 桿件內(nèi)力材料表?xiàng)U

14、件編號(hào)N 1N 2N 3N 4N 5N 6N 7桿件型號(hào) I22b I22b HK 300c 2I36b 2I36b 鋼絲繩 300×60(16Mn 鋼加工 內(nèi)力 /kN 258. 23258. 23-1947. 4412. 63-191. 07173. 701548. 69應(yīng)力 /Mpa55. 5355. 5386. 5149. 3322. 8464. 0286. 04掛籃的變形主要計(jì)算在最大荷載作用下 , 掛籃在工作荷載時(shí)的總彈性變形取 1#節(jié)段時(shí)最大變形為 :18. 704mm (掛籃前端的撓度值包括彈性變形和非彈性變形 .3 桁架斜拉式組合掛籃的材料用量如表 2所示 :表 2

15、 一套掛籃主桁工程數(shù)量表構(gòu)件名稱材料 長度 /m 單重 /t數(shù)量共重 /t 前 斜 桿 I22b 7. 430. 27120. 542后 斜 桿 I22b 7. 430. 27120. 542立 柱 HK 300c 5. 000. 88321. 766橫 聯(lián) 11. 821主 梁 2I36b 按 13. 0計(jì) 1. 70523. 410下 縱 梁 4I36a 按 13. 0計(jì) 3. 12026. 240前上橫梁 2I32a 按 6. 5計(jì) 2. 52912. 529后上橫梁 2I32a 按 6. 5計(jì) 2. 52912. 529主上橫梁 2I45a 按 6. 5計(jì) 3. 85813. 858前

16、下橫梁 2I40a 按 6. 5計(jì) 1. 75611. 756后下橫梁 2I40a 按 6. 5計(jì) 1. 75611. 756斜 拉 桿 300×6014. 121. 9823. 96合 計(jì)30. 709本例與菱形掛籃相比 , 主桁系統(tǒng)總重量減輕了約 6t 之多 , 且使用上 , 桁架斜拉式掛籃更 適合于重載輕型懸臂澆筑施工 .5結(jié)束語桁架斜拉式組合掛籃是一種較為理想的重載輕型掛籃形式 , 在塊件重量較大的大跨度橋 梁的施工中有較大的優(yōu)越性 . 尤其對保障山區(qū) 大跨度橋梁混凝土澆筑質(zhì)量有著極其重要的意 義 . 由于該形式的掛籃還處于探討階段 , 故要應(yīng) 用于大跨度橋梁的施工 , 需做

17、進(jìn)一步的試驗(yàn)與 檢驗(yàn) , 在今后實(shí)際施工過程中還要做進(jìn)一步探 索和總結(jié)實(shí)際經(jīng)驗(yàn) , 使之設(shè)計(jì)更趨合理 . 參考文獻(xiàn) :1李三珍 , 蒲懷仁 , 寧曉俊 . 桁架三角型組合掛籃的可行性研究和設(shè)計(jì) J.昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào) ,2002,27(5 :9395. 2雷俊卿 . 橋梁懸臂施工與設(shè)計(jì) M.北京 :人民交通出版社 ,2000. 138139;145149. 3趙青山 . 菱形掛籃的研制及應(yīng)用 J.施工技術(shù) ,1994, (5 :2830.4王武勤 . PC 橋梁懸臂灌注施工掛籃的發(fā)展 J.橋梁建設(shè) ,1997, (4 :5557.(上接第 74頁 式 (14 即為不考慮路面表面換熱系數(shù)及路表溫度變化時(shí)鋼纖維混凝土路面板結(jié)構(gòu)的溫度場解析解 的近似解.圖 1不同時(shí)刻 , 溫度隨深度的變化 圖 2不同深度處 , 溫度隨時(shí)間的變化 3計(jì)算結(jié)果 將 (14 式編程計(jì)算 . 其 中 T 0=10 , T A =40 , 鋼纖維混凝土材料 的 熱 傳 導(dǎo) 系 數(shù) =502914J /(m h , 密 度 =2454kg/m 3, 比熱c =91018J /(kg . 圖 1為利用式 (14 計(jì)算所得 的 t =1h t =4h 時(shí)溫度隨路面板深度變化的結(jié)果 ; 圖 2為利用式 (14 計(jì)算所得的不同深度時(shí)溫度隨時(shí)間變化的結(jié)果 .4結(jié) 論從計(jì)算結(jié)果可以看