挂篮技术在预应力混凝土箱梁施工结构计算
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摘要:预应力混凝土连续箱施工技术是桥梁施工水平的重要体现，随着科学技术的发展，挂篮技术在预应力混凝土箱梁施工中应用越来越广泛。本文结合工程实例，就挂篮技术在预应力混凝土箱梁施工结构中的受力计算进行探讨，以保障挂篮各技术指标满足工程的需要。
关键词:挂篮技术；受力分析；计算；稳定性验算
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
城市基础设施建设是促进城市快速发展的重要因素，尤其是大跨度桥梁的建设。挂篮技术作为新时期发展而来的一项施工工艺，具有轻便灵巧、经济性、操作方便和受力合理等优点，目前在桥梁工程的预应力混凝土箱梁施工当中得到广泛的应用。而在挂篮技术的应用过程中，关键是要好工程结构计算的工作，包括荷载计算、挂篮主纵梁受力计算、受力验算以及主纵梁后锚计算等，保障挂篮强度、刚度及抗弯满足工程的需要，从而提高预应力混凝土箱梁施工的安全。本文分析了挂篮技术应用过程中的结构计算，希望对该技术在预应力混凝土箱梁的施工中有所帮助。
1工程概况
某市政桥梁主桥宽16m，跨径布置90m+150m+90m，主桥11#、12#、13#、14#墩上部结构采用双幅变高单箱单室预应力混凝土箱梁。中支点梁高8.5m，跨中梁高3m，箱梁顶板宽15.8m，箱梁节段长度0#段为12m。
2荷载计算
2.1挂篮自重计算
根据挂篮设计图纸计算。
2.2箱梁混凝土荷载计算:预应力混凝土容重按26kN/m3计算。
箱粱控制性节段相关数据表
3 挂篮主纵梁在各种荷载组合下前端受力分析
在计算挂篮主纵梁前端受力计算时,根据节段长度和对应的混凝土重量及各种荷载组合情况下分别计算,找出作用在主纵梁前端上最不利的荷载组合,挂篮前端受力计算:
挂篮自重G自重=G前上横梁+G前下横粱+G滑粱/2+G模板/2+0.6×G底平台
(自重计算时,模板为16t,前上、下横梁和滑梁均按140b工字钢考虑。)
2#节段G混凝土=2.0/4.9×44.6×2.6=47.33t
5#节段G混凝土=(0.5+3.5/2)/4.9×41.6×2.6=49.67t
9#节段G混凝土=(0.5+2)/4.9×38.33×2.6=50.85t
由上述计算知,在荷载组合Ñ情况下,挂篮在浇筑9#节段时,两根主纵梁前端受力最不利,最大受力:
Nmax=1.2×(G自重+G混凝土)=785kN
4挂篮主纵梁、斜拉带、立柱受力计算(不考虑主纵梁和斜拉带的自重)
挂篮主纵梁受力计算图示（悬浇9#节段时为最不利受力状态）
由图示可计算出:
销轴处产生的竖向力N1=855kN；
主纵梁产生的轴向压力N2=1043kN；
斜拉带产生的轴向拉力N3=1356kN；
立柱产生的轴向压力N5=1716kN；
后锚产生的反力N6=762kN；
挂篮空载(前移)时行走小车反力为183kN。
4.1主纵梁总体稳定性验算
主纵梁为压弯杆件,安装时先将斜拉带反顶使主纵梁产生一个正弯矩,使其在浇混凝土时接近一个轴向受压杆杆件,其自由长度L=900cm,A=18814mm2,主纵梁杆件截面的惯性矩Imin=219310000mm4,通过计算得出K=83.4,查表得出纵向弯曲系数51=0.628,故单根主纵梁组焊成箱形时允许的最大压力:
Nmax=A×φl×[δ]=1654kN>N2/2=522kN
4.2主纵梁局部稳定性验算
140b工字钢在组焊时,连接件间的最大距离为150cm,即单根工字钢自由长度为150cm,A=9407mm2,Iy=6928000mm4,计算得出λ=54.2
主纵梁的总体稳定和局部稳定均满足受力要求。
同样可计算立柱(2140b)满足受力要求。
4.3斜拉带受力验算
斜拉带采用D=20mm钢板加工而成,材质为Q345,带宽为250mm,在拉力作用下:
δ=N/A=N3/(2×20×250)=135.6MPa
斜拉带满足受力要求。
φ80钢销受力验算:钢销为双面受剪,材质为45号钢；
τ=N3/2/2A=67.5MPa
斜拉带、钢销满足受力要求。
5前上横梁2Ⅰ25b受力验算
挂篮前上横梁受力计算图示（悬浇9#节段时为最不利受力状态）
由图示,G1在支点处产生的负弯距M1=50.05kN#m；
G2在跨中产生的正弯距M2=115.71kN#m；
故跨中最终弯距M3=M2-M1=65.66kN#m；
横梁相对应的应力δ=M/W=77.8MPa
跨中挠度ω=8mm
前上横梁满足受力要求。
6前下横梁2Ⅰ32b受力验算
挂篮前下横梁受力计算图示
（悬浇9#节段时为最不利受力状态）
为简化和偏安全计算,不考虑模板与横梁的叠加受力,以下计算同。
由图示,箱梁腹板产生的负弯距Ml=3.96kN#m；
箱梁底板和平台自重跨中产生的弯距M2=132.1kN#m；
横梁跨中最大应力δmax=90.9MPa
跨中挠度ω=9.2mm
前下横梁满足受力要求。
7后下横梁2Ñ40b受力计算
挂篮后下横梁受力计算图示(一)
（悬浇2#节段时为最不利受力状态）
由图示一,悬浇混凝土时,支点间最大弯距为M=195.8kN#m；
相对应的应力δ=86MPa
挠度(ω=3mm
8挂篮行走轨道和锚固分配梁计算及锚点间距确定
轨道计算和锚点间距确定:
挂篮行走采用4根140b型钢,由主纵梁计算数据知行走小车反力为183kN。挂篮前移时,行走小车后方选一最近处锚固一组分配梁,则小车前方分配梁与第一组分配梁的最大间距L=400cm时,轨道最大应力δmax=40.4MPa
轨道锚点分配梁计算:
为确保挂篮行走安全,据挂篮主纵梁计算知,单根主纵梁的行走小车反力为92kN；挂篮行走时取抗倾覆安全系数2,设计拟采用2Ñ20a分配梁,按图示可计算分配梁跨中最大应力δmax=103.5MPa
9主纵梁后锚计算
由主纵梁计算知,悬臂浇筑第9#节段时,挂篮后锚为最不利状态且P=381kN,取抗倾覆安全系数2,则要求后锚提供的反力为762kN,选用2140b作后锚分配梁,由图示计算出分配梁跨中应力δ=133MPa
10挂篮下平台纵梁125b受力计算
挂篮主纵梁后锚梁受力计算图示
（挂篮悬浇9#节段时为最不利受力状态）
由图示分别计算出2#、5#、9#节段腹板自重对应纵梁的弯距:
M2=262kN#m；M5=201kN#m；
M9=155kN#m。
抗弯强度验算:
由受力计算图示知,挂篮腹板相对的纵梁(4根125b工字钢)受力最大,故取这4根工字钢来验算。
δmax=Mmax×/W=155MPa>[δ]=145MPa
抗弯强度不满足受力要求。但考虑到计算时取的系数较大,且[δ]=145MPa为工字钢的容许应力,没有达到极限应力,而且计算时没有考虑大块底模板骨架与平台纵梁共同受力,也即偏安全计算,故认为I25b纵梁的抗弯强度满足要求。
抗剪强度验算:τ=9MPa
11结束语
通过对挂篮技术在预应力混凝土箱梁施工中结构计算的研讨，挂篮受力合理，强度、刚度及抗弯满足工程的需要。同时，结合工程的实际应用，发现挂篮技术能够满足施工中的稳定性及材料杆件变形的要求，是一项可行的施工工艺。
参考文献
[1] 黄伟良.预应力混凝土连续箱梁挂篮施工[J].城市建设理论研究.2012年第5期
[2] 孙翊新.民昌路高架桥连续梁宽幅挂篮设计与施工[J].科技资讯.2010年第25期