悬臂施工方案编制中涉及的 检算内容,中铁大桥局股份有限公司,2008年10月,一、结构检算的目的 二、挂篮的设计和计算 1、挂篮的分类 2、挂篮设计的总体要求 3、挂篮的主要组成部分 4、挂篮的细部构造 5、挂篮的设计荷载 6、挂篮的计算内容 7、挂篮结构选型 三、挂篮对主体结构涉及的检算内容 1、挂篮对主体结构纵桥向受力的影响 2、挂篮立柱或吊点对主体结构横桥向受力的影响 四、大悬臂状态下主梁结构稳定计算 1、主体结构抗倾覆计算 2、墩梁固结主墩的抗弯计算 五、某大桥挂篮悬浇施工检算实例,主要内容,一、结构检算目的,1、简述 近几年，由于国内土建行业的快速发展，一些设计单位的任务非常饱满，设计成果往往对施工过程考虑较少，而施工过程出现各种各样问题也层出不穷，作为施工单位要特别注重施工过程的检算工作，计算内容不仅是临时结构还应包括主体结构工程，其目的是保证施工过程不影响主体结构受力的要求和优化施工组织设计方案。 挂篮悬臂浇注(吊装)施工是桥梁施工中最为普通的一种施工方法，这种施工方法一般将梁体划分为25m的一个节段，以挂篮或吊机为机具进行悬臂对称施工。 挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重结构，其锚固悬挂在已施工的前端梁段上，在挂篮上可进行下一个梁段的模板、钢筋和预应力管道的安装、混凝土灌注和预应力张拉等工作。 这种施工方法对主体结构的影响主要表现在主梁的纵向受力和横向受力两个方面。 设计或施工不当产生的病害主要表现在局部混凝土压碎、截面开裂、主梁后期下挠等。,2、典型刚构桥病害情况,虎门大桥辅航道桥为预应力连续刚构桥，于1996年建成，1997年通车。主桥桥跨布置为（150+270+150）m。桥宽15m，梁高514.8m，采用挂蓝悬臂施工。,虎门大桥辅航道桥,主梁下挠 根据资料，自1997年12月至2000年1月，经过4次实测，发现辅航道桥中跨跨中平均下挠了10.4cm，两个边跨跨中各平均上抬了约0.4cm。 至2003年12月实测，中跨跨中下挠了22cm，其挠度逐年增长。 原因之一：悬臂施工中产生裂缝： 该桥在悬臂施工至22号块以后，由于挂篮后锚点细节处理不当，浇灌混凝土后，挂篮变形，造成新老混凝土梁块界面间出现裂缝。合拢以后对施工阶段产生的裂缝进行压浆处理，但是预应力筋是在相邻界面没有完全贴紧的情况下进行张拉的，这种情况下断面上应力如何分布？与对主梁下挠有什么关联，目前仍无法解释。,主桥跨度组合为（142.5+3245+142.5）m。箱梁截面为单箱单室截面，顶面宽19.6m，底面宽10.0m，薄壁墩处梁高13.0m，合拢段梁高为4.1m。,黄石长江公路桥,箱梁开裂： 1995年12月初开始发现箱梁腹板内外出现与水平呈450左右的斜裂缝。检查出箱梁内侧裂缝119条，外侧裂缝78条，裂缝长大于4m的有37条，其中49条裂缝内外贯通，贯通裂缝宽度大于0.4mm。 下挠： 主跨跨中下挠已达21.2cm，南岸次边跨跨中下挠已达22.6cm。,病害原因分析之一： 由于挂篮刚度较差，造成截面有效尺寸减小，尤其是腹板厚度的负误差增大了箱梁的主拉应力，对腹板裂缝的产生有一定影响。 施工荷载比设计荷载大20%，施工荷载影响了成桥状态的内力，顶板有效预应力降低 ，对主梁下挠有直接影响。,广深客运专线32米箱梁支座板混凝土开裂 最近在广深客运专线由于设计和施工单位没有对运梁车等施工荷载对已架设的32米箱梁进行详细检算，导致在运梁过程中多片32米、24米箱梁支座板混凝土由于局部承压不足而开裂。,挂篮施工是梁式桥悬臂施工的一种最基本的形式。,3、悬臂施工的各种形式,不仅仅只是挂篮施工，各种悬臂施工都有主体结构检算问题。,滑动模板支架系统在轨道架上悬臂现浇施工,设置千斤顶,大节段提升悬臂施工,整节段钢桁梁悬臂安装吊机形式,1、挂篮的分类 目前，挂篮的形式很多，构造上亦有差异，常见的分类方法有: (1)按使用材料分类：有万能杆件、军用梁、贝雷梁等制式杆件组拼和型钢加工两种； (2)按主要承重结构形式分类：桁架式、斜拉式等； (3)按受力原理分类：垂直吊杆式、斜拉式和刚性模板三种； (4)按其抗倾覆平衡方式分类：压重式、锚固式和半压重半锚固式三种； (5)按其走行方法分类：一次走行到位和两次走行到位两种； (6)按其移动方式分类：滚动式、滑动式和组合方式三种。,二、挂篮结构的设计和检算,菱形挂篮,三角形挂篮,桁架式挂篮,鹰嘴式挂篮,（140268140 ），节段重270吨,2.挂篮设计的总体要求,编制挂篮施工方案，挂篮必须具有足够的安全性，应满足悬臂浇筑施工各工况的受力要求，同时应保证主体结构的受力满足规范要求，并由此来确定主桁架的总体布置（主桁桁片数量和间距）。 挂篮在保证安全性的同时，还应具有足够的适用性，满足变形小，行走方便，锚固，装卸容易，还要使安装模板，绑扎钢筋，浇筑混凝土等有较好的空间。 挂篮设计应尽量考虑减少自重，可以有效减小挂篮临时荷载对主体结构的收缩、徐变等非线性变形的影响，从而改善主体结构的成桥线形。,3.挂篮的主要组成部分,挂篮系统主要由主桁架，前、后支点，悬吊系统，后锚固系统或平衡重， 走行系统， 前、后上横梁， 底模平台系统，外模及外导梁吊挂系统，内模及内导梁吊挂系统主桁横向联结系和工作（张拉）平台等组成。（以万能杆件主桁挂篮为例）,4.挂篮的细部构造,（1）主桁架：纵桥向布置，为挂篮的主要承载结构，常用的材料有万能杆件、军用梁和贝雷片等制式杆件，较多的是采用型钢或焊接箱梁，多用Q345B材料。主桁架设计以强度控制为主，采用高强材料尽可能减轻自重。,主桁架,（2） 前、后支点：挂篮前支点主要承受挂篮施工各工况下的竖向压力并传递至前端梁段，挂篮前支点距前端距离一般为500800mm；挂篮后支点主要作为张拉挂篮后锚固时，临时承受挂篮后锚竖向力。,前支点,后支点,（3）悬吊系统：其作用是将底模、张拉平台的自重及其以上的荷载传递到主桁架的前、后上横梁和已浇前端梁段。一般由前吊挂、后吊挂及其相应锚固系统组成。 吊挂结构通常采用：精轧螺纹钢筋、钢绞线、钢吊带等。,前吊挂,后吊挂,（4）后锚固系统与平衡重：其目的为防止挂篮在前移和浇筑混凝土时的倾覆稳定。后锚固系统一般由后锚固横梁和后锚固筋组成；平衡重一般由压重横梁和压重物组成。 混凝土浇筑和挂篮走行工况稳定系数：不小于2.0。,后锚固横梁,后锚固筋,（5）行走系统：现在大部分挂篮设计较常用的走行方式是滑动式，一般由预设在已浇梁段上的轨道和拖拉（顶推）设备组成。 滑动摩擦系数应视具体情况确定，一般取：0.1-0.5。,轨道,（6）前、后上横梁：分别设在挂篮主桁架的前端和中部，分别对应底模平台的前、后下横梁，主要用于将底模平台和内、外导梁系统的荷载传递至主桁架，一般由型钢或焊接桁架组成。,前上横梁,后上横梁,（7）底模平台：一般为纵横梁体系，主要作用是作为箱梁底板浇筑的模板和施工平台，并将混凝土重量通过悬吊系统传递到主桁架，主要由底模、纵梁、施工平台和前、后下横梁等组成。,底模平台,（8）外模及外导梁吊挂系统：外模一般为钢模，根据箱梁实际尺寸布置；外导梁吊挂系统主要用于将外模及其承受的翼缘混凝土荷载传递至主桁架的前、后上横梁或已浇梁段，一般由外导梁、吊带及其锚固系统组成。,外导梁,前吊带,外模,外导梁,后吊带,锚固系统,（9）内模及内导梁吊挂系统：内模根据箱梁实际尺寸布置，可采用钢模或散拼内模；内导梁吊挂系统主要用于将内模及其承受的顶板混凝土荷载传递至主桁架的前、后上横梁或已浇梁段，一般由内导梁、吊带及其锚固系统组成。,内导梁,前吊带,内模,内导梁,后吊带,锚固系统,（10）主桁横向联结系和工作（张拉）平台：横向联结系用于提高挂篮主桁的横向稳定性，一般由型钢焊接或栓接而成；工作平台作为施工时的人员及机具通道，现场可根据实际需要设置；张拉平台设在挂篮主桁的前端，用于张拉，压浆等工作平台。,张拉平台,工作平台,5.挂篮的设计荷载,（1）模板重量：可按平均重为0.8-1.0kPa计，待尺寸确定后再按实际荷载检算。 （2）混凝土震动器和千斤顶的重力和冲击力：按自重的4倍计。 （3）施工人群荷载：2KPa。 （4）最大节段混凝土重量：按设计重量的1.05考虑。 （5）挂篮自重（0.40.5G） （6）风荷载 （7）冲击系数：1.1,挂篮节段施工过程一般分为以下步骤：挂篮空载走行就位。立模。浇注混凝土。混凝土养生后，拆模并张拉预应力。对于挂篮来讲，只有步骤和步骤最不利，故挂篮的检算分为这两个工况。 计算顺序： 底模平台 挂篮吊挂系统 主桁体系,6.挂篮的计算,荷载组合 （1）、荷载组合：混凝土重量+冲击附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重； （2）、荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+风载； （3）、荷载组合：混凝土重量+挂篮自重+人群和施工机具重； （4）、荷载组合：挂篮自重+冲击附加荷载+风载； （5）、荷载组合I用于挂篮主承重系统强度和稳定性计算；荷载组用于刚度计算，荷载组合用于挂篮空载走行验算。,（1）总体稳定性计算,.空载行走时稳定性计算 挂篮稳定性计算的工况：空载行走时的平衡稳定。 （根据K2.0，检算走行时后锚上拔力及其稳定力矩、焊缝应力）,吊带拉力,后拉板提供稳定力矩,倾覆力矩,稳定力矩,吊带拉力,后锚筋锚固力,.浇筑混凝土时挂篮的稳定性计算 挂篮稳定性计算的工况：浇筑混凝土时的倾覆稳定。 （根据K2.0，检算后锚最大上拔力及其稳定力矩，确定后锚张拉力）,后锚固张拉,（2）挂篮构件计算,底模系统的强度和刚度计算。 内、外模系统的强度和刚度计算。 底模平台及内、外模的悬吊系统强度和刚度计算。 前、后上横梁的强度及刚度计算 主桁架的强度和刚度计算。 弹性变形和非弹性变形。,以主桁为例：主桁系统一般由两片主桁横向通过连接系连接组成，单片主桁由下弦杆、上弦杆、前斜杆、立柱和后斜杆构成，为固接体系。横向联接系与主桁之间可设为铰接。,主桁计算模型,弹性变形：主桁+吊带 非弹性变形：模板和连接系统,三、挂篮对主体结构受力的影响,1.挂篮对主体结构纵桥向受力的影响,挂篮对主体结构纵向受力的影响，实际上是施工荷载对主体结构的影响，施工荷载将影响主梁混凝土拉压应力水平以及主梁施工线性等。它的计算结果将直接决定两端悬臂浇筑的混凝土方量和浇筑速度，计算线性将决定挂篮立模标高的设定（施工荷载对后期混凝土徐变也有一定的影响）。,（1）结构施工阶段，按照施工组织设计中的施工顺序和施工周期，分阶段对结构进行施工全过程受力状态、截面应力状态进行计算分析。 （2）结构运营阶段，按照设计荷载、支点位移、温度、收缩徐变、制动力、风载等附加荷载进行截面极限承载能力复核和正常使用阶段下结构内力、应力、变形等各项内容进行计算分析，包括对主梁预拱度分析。 （3）大悬臂下主梁在弯、压作用下的稳定分析。,.计算内容,.计算假定,目前，直线桥梁的内力分析仍按杆系结构在理想弹性状态进行计算。计算假定如下。 （1）两幅桥横向在主墩处用横隔板连接，按单桥进行计算； （2）主梁为全预应力构件，不考虑普通钢筋参与结构受力； （3）主墩在整体计算中按全截面计算出截面内力，再根据内力和换算截面计算混凝土和钢筋的应力； （4）在结构各构件相交而形心不在同一点，均设置刚臂进行连接； （5）不考虑横隔板、桥面系等附属结构参与主体结构受力。,平面（空间）杆系计算模型,. 荷载参数,（1）恒载 结构自重：混凝土容重取26.0kN/m3，主梁横隔板和锯齿块按集中荷载考虑。 二期恒载 （2）活载 设计活载：车道数k1、箱梁偏载系数k2，纵向折减系数k3，故横向分布系数为 k1k2k3。 人群荷载：3.5kN/m2，桥面满人宽度。 检算荷载 （3）附加荷载 体系温度：20.0。局部温差：顶板升温8.0，降温4.0，横向计算箱内 外温差5.0。 支点沉降：按不相邻支点沉降来考虑。 制动力 （4）施工荷载 悬臂施工时挂篮、模板