211256412_某大桥梯形挂篮设计与结构受力分析
价值工程
0引言
预应力混凝土连续刚构桥具有跨越能力强、外形美观、抗震能力强等诸多优点，是一种常用桥梁形式[1-3]。该类
桥梁通常采用挂篮悬臂浇筑施工，
挂篮设计及受力决定大跨度连续桥梁的安全性，
因此挂篮结构是悬臂施工中的关键因素[4-5]，
挂篮在施工中承受梁体自重及施工荷载，逐段向前移动，
需进行特殊设计[6-7]
。目前，挂篮设计没有统一的标准，大多数是根据工程实际情况进行设计，故施工前需
对其进行力学验算，
使其满足施工要求[8-10]
，确保施工过程中的安全。本文以某新建大桥挂篮设计为例，介绍了梯形
挂篮的设计，
并采用有限元软件Midas Civil 分别对在浇筑混凝土状态和空载走行状态的挂篮进行了结构受力分析，
研究结构可为挂篮数值模拟提供借鉴，
具有重要意义。1工程概况
某新建大桥跨径布置为
（65+120+65）m 预应力混凝土连续刚构，本桥为上下行分幅布置。其中主梁上部结构采
用三向预应力混凝土连续刚构，
下部结构主墩采空心薄壁墩，基础采用桩基础；
上部箱梁1~14号梁段采用双悬臂挂篮逐块对称现浇施工；
墩顶0号块两边各外伸3m ，在墩顶预埋牛腿支撑的托架上施工。
2挂篮设计2.1挂篮构造
挂篮由主桁系统、
走的结构悬吊行走系统和模板系统三部分组成，本文仅对主桁系统和行走系统进行分析，
梯形挂篮主桁杆件均采用36#C 型槽钢外贴1cm 钢板对口拼装，
主桁前横梁采用双拼H500×200型钢，
主桁上横梁、后横梁采用双拼H200×100型钢，主桁后锚压梁采用双拼20号槽
钢，底篮前后横梁均采用双拼H400×200型钢，
内滑梁采用两根H400×200型钢，
外滑梁采用一根H400×200、一根H300×150型钢，底篮底板纵梁采用H400×200型钢。  2.2主要技术参数
①混凝土自重26kN/m 3；②钢材弹性模量Es=2.06×105MPa ；③挂篮最大变形⩽20mm ；构件挠度⩽L/400；Q235钢构件：极限抗拉、抗压和抗弯强度设计值为215MPa ，抗剪强度设计值为125MPa ；
容许拉弯应力为
145MPa ，容许剪应力为85MPa ；精轧螺纹钢：
抗拉强度为830MPa ；④挂篮行走时抗倾覆安全系数：4。
3挂篮结构有限元模型3.1有限元模型的建立
为分析挂篮各构件的内力和变形是否满足要求，
采用MIDAS/Civil 进行空间受力分析，分别建立浇筑混凝土状
态挂篮模型、
空载走行状态挂篮有限元模型，因3.5m 长的节段最大悬浇重量为1#梁段，重约172t ；
4m 长的节段最大悬浇重量为8#梁段，
重约133t ，故分别以1#梁段和8#梁段为对象对两种状态下结构受力进行分析。
3.2荷载分配计算
为方便计算受力，
将梁段截面分为若干区域，具体区域划分如图1，其中1号区域将荷载传到外滑梁上，2号区域将
荷载传到内滑梁上，
3~5号区域将荷载传到底篮纵梁上。计算混凝土湿重和荷载分别如表1和表2。
4结构受力分析
4.1浇筑混凝土状态挂篮计算结果4.1.1构件受力分析
挂篮主要由两种材料构成：
Q235钢和精轧螺纹钢，精——————————————————————
—作者简介：汪林（1992-），
男，湖北黄冈人，工程师，硕士研究生，研究方向为公路工程项目建设管理。
某大桥梯形挂篮设计与结构受力分析
Design and Structural Force Analysis of a Bridge with Trapezoidal Hanging Basket
汪林WANG Lin
（云南建设基础设施投资股份有限公司，昆明650000）（Yunnan Infrastructure Investment Co.，Ltd.，Kunming 650000，China ）
摘要：以某大跨径预应力连续刚构桥梁为工程背景，
简要介绍了悬臂浇筑梯形挂篮的设计，并利用有限元软件建立了梯形挂篮施工仿真分析模型，分别计算得到了在浇筑混凝土状态和空载行走状态时的各构件强度、
刚度、位移及整体抗倾覆稳定性，计算结果均满足设计要求，并具有一定程度的安全储备，
可为类似桥梁悬臂浇筑挂篮设计和施工提供理论依据和实践参考。Abstract:Based on the engineering background of a long -span prestressed continuous rigid frame bridge,the design of cantilever pouring trapezoidal hanging basket is briefly introduced,and the construction simulation analysis model of trapezoidal hanging basket is established by using the finite element software.The strength,stiffness,displacement and overall anti -overturning stability of each component are calculated respectively in the pouring concrete state and the no-load walking state.The calculation re
sults meet the design requirements.It has a certain degree of safety reserve,which can provide theoretical basis and practical reference for the design and construction of cantilever casting hanging basket of similar bridges.
关键词：连续刚构；
悬臂浇筑；梯形挂篮；仿真分析Key words:continuous rigid frame ；cantilever casting ；trapezoidal hanging basket ；simulation analysis 中图分类号:U445.4文献标识码:A 文章编号:1006-4311（2023）14-156-03doi:10.3969/j.issn.1006-4311.2023.14.049
图1截面区域1~5
1
2
33
4
451
·156·
Value
Engineering
图2挂篮整体位移图
表3浇筑混凝土状态挂篮构件受力计算结果
工况
主桁前横梁内外滑梁底篮纵梁底篮横梁后锚压梁σ
τ
σ
τ
σ
τ
σ
τ
σ
τ
σ
τ
浇筑1#梁段浇筑8#梁段114.285.325.41970.857.536.630.1176.5164.447.444.2161.897.343.42565.536.841.620.7200.915042.131.4
注：σ-最大正应力，τ-最大剪应力，表中单位均为：MPa.
轧螺纹钢吊杆只承受拉应力，
因此仅验算其抗拉强度及变形。其余构件承受弯矩剪力等内力作用，需对各项强度进行验算，计算结果见表3。
从表3可以看出，
浇筑混凝土状态下挂篮结构受力均满足设计要求
（σ<215MPa ，τ<125MPa ）。根据浇筑1#梁段和8#梁段受力情况对比，浇筑1#梁段处于不利工况，
进而需对该工况下的挂篮位移进行进一步验算。其结果如图2。
图2可以看出，
挂篮最大下挠为18.9mm<20mm ，满足要求。
4.1.2挂篮抗倾覆计算
浇筑1#梁段混凝土时，挂篮主桁架后端通过精轧螺纹钢锚固于已浇筑好的混凝土梁体上，为保证施工安全，需验算挂篮后锚点的安全性。挂篮的支座反力如图3。
图3可以看出，主桁精轧螺纹钢后锚力最大值R=
128kN ，精轧螺纹钢控制应力按830MPa 考虑，
则其提供的锚固力为：
P=830×3.14×322
/4=667.2kN ，抗倾覆安全系数为：
n=P/R=667.12/128=5.3>4，挂篮的后锚固系统是安全的。4.2空载走行状态挂篮计算结果4.2.1构件受力分析
走行工况荷载包括挂篮自重、
冲击荷载（0.3倍挂篮自重）和模板自重，
按材料的容许应力进行验算，Q235的容许拉弯应力为145MPa 。
4.2.2挂篮抗倾覆计算
挂篮底部设有轨道，使挂篮能够沿桥梁纵向移动，轨道由精轧螺纹钢锚固在已浇梁段上，挂篮移动时后端锚固
在轨道上，
计算结果如图4、图5。图4、
图5可以看出，走行时挂篮后锚吊杆最大应力为37.1MPa<830MPa ，
安全系数=22.0>1.2，满足强度要求。走行时挂篮轨道梁锚杆单根后锚力最大需要R=37.1kN ，
精轧螺纹钢控制应力按830MPa 考虑，则单根精轧螺纹钢提供的锚固力为：
P=830×3.14×322
/4=667.2kN ，抗倾覆安全系数为：
n=P/R=667.2/37.1=17.6>4，故挂篮轨道的锚固系统是安全的。
5结论
本文结合某大跨径预应力连续刚构桥梯形挂蓝施工，对挂篮进行了浇筑混凝土状态和空载走行状态施工时的
强度、刚度、位移验算及抗倾覆验算，
各构件强度刚度及整表1混凝土湿重计算
梁段
区域号长（m ）截面面积（m 2）体积（m 3）混凝土自重（kN ）梁段总重（kN ）1#梁段
1（翼缘）2（顶板）3（腹板）4（拐角）5（底板）
3.53.53.53.53.5  1.2792.25
4.8940.3693.539  4.487.8817.131.2912.39116.39204.75
445.3533.58322.051717.448#梁段
1（翼缘）2（顶板）3（腹板）4（拐角）5（底板）
44444
1.279
2.252.5730.3042.077
5.12910.291.228.31
133.02234267.5931.62116.39
1314.46
注：
梁段总重=翼缘重×2+顶板重+腹板重×2+拐角重×2+底板重.表2荷载分配
梁段
区域号
荷载分配（kN/m ）
备注外侧外滑梁内侧外滑梁内滑梁
三根底篮纵梁四根底篮纵梁1#梁段
1（翼缘）
2（顶板）3（腹板）4、5（拐角、底板）9.9823.2829.2542.4127.808#梁段
1（翼缘）2（顶板）3（腹板）4、5（拐角、底板）
9.98
23.28
29.25
42.41
11.23
注：除1区域荷载按面积比（3∶7）分配到外、
内侧外滑梁外，其余均平均分配.
表4空载走行状态挂篮构件受力计算结果
工况各构件
吊杆
底篮后
横梁
轨道梁
最大正应力最大剪应力最正拉应力最大挠度最大正应力最大剪应力
最大
挠度空载走行
91.6
29.1
91.6
26
90.2
7.1
3
注：表中单位均为：MPa.
·
157·
价值工程
图5
轨道锚固系统反力图
体抗倾覆稳定性均满足设计要求。
参考文献院
[1]曹支才，
任万鹏，赵伟博.某大桥挂篮悬臂法施工方案设计及有限元仿真研究[J].公路工程，2020，45（05）：112-116，134.
[2]余伟.大跨度连续刚构桥梁施工控制综合技术研究[J].公路工程，2018，43（02）：162-166，264.
[3]王申，
谢晓杰.大跨径连续刚构桥悬臂浇筑施工稳定性分析[J].公路工程，2019，44（02）：138-142.
[4]陶友海.黑木沟大桥悬臂挂篮结构施工有限元分析[J].施工
技术（中英文），2021，50（22）：65-68.
[5]赵勇，
曾泽颖，陈峰，等.东洲湘江大桥三角挂篮的BIM 精细化设计[J].公路，2019，64（12）：84-88.
[6]毋存粮，
井维东，宋康，等.下导式无主桁斜拉挂篮在宽幅桥梁悬臂施工中的应用[J].施工技术，2017，46（S2）：858-862.
[7]周勇，
田斌，张超.小半径大超高箱梁桥悬臂施工挂篮设计研究[J].公路，2018，63（05）：162-164.
[8]耿雪霄，
黄旭就.基于ABAQUS 软件的三维桁架有限元分析[J].煤矿机械，2012，33（04）：113-115.
[9]郑元勋，
杨培冰.刚构桥梁悬臂施工挂篮设计及预加载试验研究[J].郑州大学学报（理学版），2015，47（04）：108-112，118.
[10]王解军，
黄紫栋，黄佳.不对称布置多跨连续梁桥施工控制计算[J].公路工程，2016，41（05）：147-150，
171.图3
挂篮锚固点反力图
图4
走行时后锚杆内力图
·158·

版权声明：本站内容均来自互联网，仅供演示用，请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系QQ:729038198，我们将在24小时内删除。