中铁十四局集团第一工程发展有限公司 山东日照 276800
摘要：通过检算梯形桁架挂篮的结构受力，掌握梯形桁架挂篮在施工中应用的关键点及薄弱环节，更为控制桥梁在施工中的安全、质量及桥梁整体线型的控制提供有力保障。
关键词：检算；计算荷载；桥梁；状态检算；梯形桁架挂篮
1工程概况
福州福银南连接线联丰1#大桥左幅设计为连续刚构桥，右幅为连续梁的形式，左右幅主桥均采用（62+105+62）悬浇连续箱梁，桥面距离，该桥下跨越国道边山涧溪流及Ｇ324国道，国道宽23米，桥位和国道斜交交角为45度。
本桥主桥箱梁0号节段长12m，混凝土369.16m3，采用托架施工；两边跨各有8.4m的现浇段，边跨合拢段根据现场情况钢管支架现浇施工，中跨合拢段为吊篮现浇，其余各跨由挂篮悬浇施工，梁体自0号节段左右各划分为13个悬浇段对称布置，节段长度分别为3m、3.5m和4m，中跨合拢段长2m，边跨合拢段长度2.0m。梁段最大块重为171.8t。主桥箱梁梁高梁高变化段梁底曲线采用1.8次抛物线。主桥箱梁纵向采用Φs15.2预应力钢绞线，竖向及横隔板横向采用直径25mm预应力精轧螺纹粗钢筋，横向采用普通钢筋。
主桥箱梁主要工程数量：混凝土8086.4m3；预应力钢绞线：468.878t；Φ25精轧螺纹钢：60.051t。
2施工方案总体思路
本桥箱梁1#～13#块箱梁截面采用挂篮悬臂浇筑，所有块段混凝土采用全截面一次浇筑，考虑悬浇梁安全、质量、线型等各因素的影响，通过各悬浇挂篮施工方案比对分析，决定采用梯形挂篮完成本桥的施工任务。
3 挂篮系统
3.1 挂篮的设计及选用
根据本桥的相关资料进行挂篮形式的筛选，选型完成后结合本桥的各块段最不利受力情况进行验算，挂篮形式的选择直接关系到桥梁施工的安全、质量、线型等多方面的成败，经过多次论证、比选后确定本桥使用梯形桁架挂篮施工，当前国内施工中所使用的挂篮更多倾向于轻型挂了的使用，但也都保留了绝对的安全系数以及抗倾覆系数等，挂篮的结构设计主要体现在以下几点：
1.1挂篮设计中减轻自重的途径
钢材选用国内常见的高强轻质钢材，便于设计分析及加工。
结合施工现场情况遴选出安全可靠、受力合理且刚度较大的轻型结构作为主要桁架。
在混凝土施工中挂篮尾部充分利用箱梁的竖向预应力筋平衡抗倾覆力矩用来取消尾部配重，从而达到减轻桁架自重的目的。
1.2挂篮的施工多位于高空，所受的各种外界荷载均应合理考虑，设计时应充分考虑各种不利荷载对桁架结构的影响，从而避免因储备应力不足而造成失稳。
1.3浇筑混凝土施工质量的保障
混凝土施工的外观质量、线形等是挂篮设计时主要考虑的因素，为了更好的指导施工，在挂篮设计阶段应重点对桁架的刚度及挂篮系统其他相关参数的验算，从而能更好的采取有针对性的措控制挠度变形量。
3.2 挂篮的结构及形式
本桥设计的梯形桁架挂篮由主桁系统、底蓝系统、模板系统、行走及锚固系统、悬吊系统组成（见图1-挂篮正面图）结合本桥的节段长度，挂篮起始拼装长度为10m，在墩顶的（0#块）设置锚固悬吊系统，梯形桁架挂篮按照最大块段进行设计，挂篮为无配重自行式挂篮，自重55t，最大设计荷载能力为200t。
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挂篮正面图1
4 实例验算
4.1、荷载取值
混凝土荷载：挂篮设计取全桥每种节段长度中重量最大的计算（1#块、6#块、9#块），均考虑1.05倍的超载系数。
1＃块：梁段后端线荷载：
腹板下：1×5.979×1.05×26×1.2＝195.87 KN/m
底板下：1×1.05×1.05×26×1.2＝34.40 KN/m
梁段前端线荷载：
腹板下：1×5.612×1.05×26×1.2＝183.85 KN/m
底板下：1×0.993×1.05×26×1.2＝32.53 KN/m
6＃块：梁段后端线荷载：
腹板下：1×4.348×1.05×26×1.2＝142.44 KN/m
底板下：1×0.798×1.05×26×1.2＝26.14 KN/m
梁段前端线荷载：
腹板下：1×4.043×1.05×26×1.2＝132.45 KN/m
底板下：1×0.751×1.05×26×1.2＝24.60 KN/m
9＃块：梁段后端线荷载：
腹板下：1×3.524×1.05×26×1.2＝115.45 KN/m
底板下：1×0.672×1.05×26×1.2＝22.02 KN/m
梁段前端线荷载：
腹板下：1×3.285×1.05×26×1.2＝107.62 KN/m
底板下：1×0.635×1.05×26×1.2＝20.80 KN/m
模板荷载：底模76 kg/m2，前后端线荷载为0.76 KN/m，侧模150 kg/m2
施工人员及施工机具堆放荷载：取1.0 KPa/ m2
前后端线荷载为1×1×1.4＝1.4 KN/m
倾倒混凝土产生的竖向荷载：4.0 KPa / m2
底板下前后端：1×4×1.4＝5.6 KN/m
振捣混凝土产生的荷载：取2.0 KPa /m2
底板下、腹板下前后端荷载均为1×2×1.4＝2.8 KN/m
荷载组合：
1＃块前后端线荷载：
后端腹板：195.87+0.76+1.4+5.6+2.8＝206.43 KN/m
后端底板：34.40+0.76+1.4+5.6+2.8＝44.96 KN/m
前端腹板：183.85+0.76+1.4+5.6+2.8＝194.41 KN/m
前端底板：32.53+0.76+1.4+5.6+2.8＝43.09 KN/m
6＃块前后端线荷载：
后端腹板：142.44+0.76+1.4+5.6+2.8＝153.00 KN/m
后端底板：26.14+0.76+1.4+5.6+2.8＝36.70 KN/m
前端腹板：132.45+0.76+1.4+5.6+2.8＝143.01 KN/m
前端底板：24.60+0.76+1.4+5.6+2.8＝35.16 KN/m
9＃块前后端线荷载：
后端腹板：115.45+0.76+1.4+5.6+2.8＝126.01 KN/m
后端底板：22.02+0.76+1.4+5.6+2.8＝32.58 KN/m
前端腹板：107.62+0.76+1.4+5.6+2.8＝118.18 KN/m
前端底板：20.80+0.76+1.4+5.6+2.8＝31.36 KN/m
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图2梯形挂篮主桁架拼装图
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图3梯形挂篮主桁架受力简图
4.2挂篮主桁架
梯形桁架挂篮设计由一片上横联和四片主桁架组成。桁架材料N1、N2为双[]20a槽钢，N3为双][32a槽钢，N4为双][36a槽钢，上横联钢材为双[]20a槽钢骨架，主桁架各杆件采用销栓链接，槽钢均使用δ10 缀板焊接成格构式箱体。中间部位采用L125×10角钢焊成三角斜撑。挂篮的主桁架由上横联和前后横梁连成整体组成挂篮主要受力结构（以下受力计算均采用结力求解器软件计算）。
（1）主桁架杆件轴力验算：
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图4梯形挂篮主桁轴力简图
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图5形挂篮主桁架剪力图
图示15杆为N4杆，材料为2[36a，I=11870×2=23740cm4，W=660×2=1320 cm3，S=389.9×2=779.8 cm3，d＝9×2＝18mm，A=2×60.9＝121.8cm2。
图示69杆为N3杆，材料为2[32a，I=7598×2=15196cm4，W=475×2=950 cm3，S=276.9×2=553.8 cm3，d＝8×2＝16mm，A=2×48.7＝97.4cm2。
图示16、72、48、95杆分别为N1、N5、N5、N2杆，材料为2[20a，I=1780×2=3560cm4，W=178×2=356 cm3，S=104.7×2=209.4 cm3，d＝7×2＝14mm，A=2×28.8＝57.6cm2。
主桁架计算均选取所受荷载最大的内侧杆件进行验算，由图示可知：
N1杆件所受的拉力小于N2，因此如果N2满足要求，故N1一定也满足要求。
N2杆件受拉：
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（满足要求）
N5杆件均受压，最大压力为：445659 N，
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（满足要求）
因为桁架中N3、N4杆件的受力均小于N5，且截面的面积均大于N5，所以也满足要求。
（2）杆件剪力验算：
N3杆件受最大剪力为：425878.5 N，
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（满足要求）
N4杆件受最大剪力为：439836.5 N，
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（满足要求）
（3）杆件弯矩验算：
N3杆件受最大弯矩为：187387
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，
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（经验算不满足要求），根据要求对N3槽钢杆件两侧加焊1cm厚缀板补强，槽钢补强后截面如下：
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图6挂篮杆件弯矩图
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图7补强槽钢
W=（475×2）+2（1×302/6）=950+300＝1250cm3，
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满足要求
N4杆件受最大弯矩为：148692
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，
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（4）主桁架节点验算：
挂篮设计中各节点的连接均采用销接，各节点受力简图如下所示：
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图8主桁架中各节点受力简图
轴销均采用Φ60mm的16锰钢制作：〔
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〕＝120Mpa
根据受力计算得知节点4处所受剪力最大，即：665062N。
其剪应力为：665062÷2÷（3.14×0.032）＝118.4Mpa<120Mpa，满足要求。
（5）主桁架挠度验算：
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图9主桁架挠度计算图
位移计算
杆端位移值 （乘子 = 1）
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通过计算得杆件4的悬臂端处挠度值最大为：1.38cm<L/200=（3.93+0.23）/200=2.08cm，满足要求。
4.3底蓝计算
由挂篮底模线荷载计算简图如下：（只示意1#块，其它块段未示意）
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图10 1＃块后端线荷载
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图11 1＃块前端线荷载
（1）各梁段混凝土作用在前后端的底纵梁线荷载如下表：（单位：N/m）
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1#块底纵梁所受荷载示意图如下：（其它梁段未示出）
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（2）各梁段混凝土作用在底纵梁受力的计算结果：（单位：N，
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）
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通过以上计算结果可知，在混凝土浇筑时1#块和11#块所受的剪力和弯矩最大，分别为：
Qmax＝153036 N，Mmax＝198177
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。
（3）挠度计算：
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（满足要求）
（4）底横梁计算：
根据底纵梁的计算反力结果显示最不利受力状态为1#块段的混凝土浇筑时，底前后横梁的均选用2[36a，I=11870×2=23740cm4，W=660×2=1320 cm3，S=389.9×2=779.8 cm3，d＝9×2＝18mm，A=60.9×2=121.8cm2。
1#块段混凝土浇筑状态后横梁的受力简图如下所示：
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图12浇注状态下后横梁受力简图
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图13浇注状态下后横梁剪力图
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图14浇注状态下后横梁弯矩图
Mmax＝265787.2
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，
Qmax＝256752.8 N，
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（不满足要求）
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（满足要求）
由以上计算结果可知，后横梁的弯曲应力不满足要求，进行补强，剪应力满足要求不再考虑，补强采用构件两侧加焊1cm厚的缀板，截面如下图：
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（满足要求）
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图15
挠度计算：
进行补强的底纵梁：
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（满足要求）
1#块混凝土浇筑状态前横梁的受力简图如下所示：
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图16浇注状态下前横梁受力简图
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图17浇注状态下前横梁剪力图
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图18浇注状态下前横梁弯矩图
Mmax＝47197
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，
Qmax＝169664 N，
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（满足要求）
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（满足要求）
4.4吊杆计算
前吊杆受力：翼缘板222367.5N，腹板169663.9N，底板176038N，顶板155342.9N；
中吊杆受力：底板外512468.8N，底板中-71873N；
内滑梁吊杆受力：根部155343N，前部138699N；
外滑梁吊杆受力：根部222368N，前部198542N；
通过计算得知采用Φ32精轧螺纹钢锚定满足要求
前杆带应力：222367.5/3.14×0.0162＝277MPa＜785Mpa，（满足要求）；
中吊杆应力：512468.8/3.14×0.0162＝637MPa＜785Mpa，（满足要求）；
内滑梁吊杆受力：155343/3.14×0.0162＝193MPa＜785Mpa，（满足要求）；
外滑梁吊杆受力：222368/3.14×0.0162＝277MPa＜785Mpa，（满足要求）；
精轧螺纹钢组装构件的锚固性能：
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（满足要求）。
4.5主桁架后锚验算
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图19内侧桁架受力简图
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图20外侧桁架受力简图
后锚反力为：2×（431+241）＝1344kN，后锚安全系数取2，所需直径32精轧螺纹钢（张拉应力为630kN）的根数为：
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在实际的施工中n取6，后支点配置6根精轧螺纹钢筋作为后锚筋。
则倾覆安全系数为：
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综上可知挂篮各杆件受力满足施工要求。
5现场施工中数据检验
通过梯形桁架挂篮在施工中的应用得知，施工过程中得出的实测值基本都较理论值略偏大，分析其中的主要原因主要是受弹性变形及非弹性变形、昼夜温差以及应力等因素的影响，所以施工中要有针对性的制定相应措施，及时采集应力分析、温度、高程等相关数据，绘制及分析各因素之间的关系，只有不断的分析、总结才能更好的指导后续各节段的施工。
结束语
在本桥的施工中我们以理论结合实际进行实际应用，在整座桥的施工中我们吸收了许多过程中的精华，更是通过验算得知了理论与实际操作相结合的重要性，我们以认真负责的态度完成了悬浇梁施工，并以左幅合拢段3mm误差，右幅2mm误差圆满完成任务，实践证明梯形桁架挂篮在大断面的悬臂浇筑施工中是非常成功的，同时也为梯形桁架挂篮在类似桥梁施工中的应用提供了可靠的依据
参考文献：
[1]徐君兰主编，大跨度桥梁施工控制，第三版，北京：人民交通出版社，2000．
[2]雷俊卿主编，桥梁悬臂施工与设计，第一版，北京：人民交通出版社，2000．