桥梁方案33m宽幅大断面箱梁挂篮施工方案.docx

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桥梁方案33m宽幅大断面箱梁挂篮施工方案

33m宽幅大断面箱梁挂篮施工方案

1工程概况

纳金大桥是规划的“拉萨市第一大桥”，位于拉萨市的东郊，全长1.28km，主桥为（70+117+117+70m）三跨矮塔斜拉桥。

主桥箱梁宽33m，主体结构采用单箱五室断面，箱梁高度从跨中无索区2.5m至主墩中心2m按圆弧线变化为4.0m，有索区每个梁段长5m。

塔中无索区长27m，跨中无索区长20m。

主桥箱梁采用纵、横、竖三向预应力体系，设计采用挂篮整幅悬浇施工。

根据纳金大桥上部箱梁的特殊性，常规的挂篮存在以下问题：

1、箱梁断面大（33m），按常规设计挂篮自重大。

2、由于箱梁单幅宽，挂篮自重大，安装、移动挂篮困难，即整个悬浇施工难度较大。

3、挂篮自重大，会对悬浇箱梁自身受力情况产生影响。

4、用于挂蓝的材料无法回收，一次性投入大，成本增加。

对此，项目部根据纳金大桥的实际现场情况，突破常规，设计了一套宽幅轻型自走式挂篮系统。

见图5.1.1~5.1.3。

图5.1.1挂篮侧面图

图5.1.2挂篮断面图

图5.1.3挂篮现场照片

2设计依据、规范标准

《拉萨市纳金大桥工程施工图设计》

《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ025-86

《公路桥涵施工技术规范》JTG/TF50-2011

《钢结构设计规范》GB50017-2003

《建筑钢结构设计手册》（上下册）、《结构力学》、《材料力学》等。

3挂篮设计

5.3.1挂篮设计参照

以3＃梁段为基础进行挂篮的设计。

3＃梁段在11个挂篮悬浇段中，混凝土方量最大，为210.1m3；梁段浇筑长度最大，为5m。

因此整套挂篮以3＃块为标准进行设计和验算。

其后来的挂篮超载预压也以3＃块为标准进行。

5.3.2挂篮系统结构简介

为节约成本，本次大桥挂篮系统有别于普通常用的菱形和三角形挂篮，其主梁就地取材，采用龙门吊上的三角梁作为主梁。

整个挂篮系统属于后支点式挂篮。

主要组成部分为：

主梁、底模、侧模、翼缘板模板、上横梁、下横梁、梁底纵梁、反压梁以及挂篮行走系统组成。

难点是大桥采用33m挂篮整体浇筑、整体前移。

（一）主梁

主梁三角梁全部采用Q235钢制作，长12m。

上梁为1根组合型钢，由2块15mm厚钢板之间竖向焊接2块10mm厚钢板而成。

下梁构造同上梁。

上下梁之间，用12.6＃槽钢对焊而成的斜撑连接。

上下梁两侧每隔1m焊接10mm厚筋板，构件连接位置同样增焊10mm厚筋板，以加强三角梁的整体受力性能。

主梁见图5.3.1。

图5.3.1挂篮主梁-三角梁

（二）模板系统

底模、侧模、翼缘板模板均采用6mm厚钢板制作，背肋间距均为40cm×40cm。

底模背肋均采用8＃槽钢。

下铺40H型钢作为支撑。

侧模背肋横向为8＃槽钢，竖向为6mm筋板。

背撑采用一对14b槽钢背向支撑，方便对拉螺杆安装。

背撑设置间距为80cm。

翼缘板模板同侧模。

在翼缘板模板下设置了桁架支撑，桁架支撑由14＃槽钢制作而成，设置间距同为80cm。

现场模板见图5.3.2，5.3.3。

图5.3.2翼缘板及腹板模板图5.3.3底模模板

（三）横梁、导梁

挂篮用横梁分为上横梁、前下横梁和后下横梁。

横梁均采用40H型钢制作而成，吊点位置在型钢侧面加焊筋板。

横梁长35m，制作成2根17.5m的横梁，拉运至现场后，用高强度螺栓连接。

导梁用于挂篮的行走，设置在底板下3道，每个翼缘板各2道。

均采用40b槽钢对焊而成，长度13m。

横梁、导梁现场照片见图5.3.4，5.3.5。

图5.3.4现场横梁照片图5.3.5现场滑梁照片

（四）反压梁

反压梁分为后锚压梁和行走小车反压梁。

后锚压梁由2根2.5m长的25b槽钢对焊而成，顶部受力面加焊通长10mm厚钢板。

行走小车反压梁由2根2.5m长的40a工字钢双拼而成，顶部受力面加焊15cm宽的通长10mm厚钢板，并在工字钢受力部位的侧面加焊筋板。

反压梁见图5.3.6，5.3.7。

图5.3.6反压梁照片图5.3.7反压小车成品

（五）行走系统

行走系统主要由前支点小车、行走小车和反压小车组成。

根据2％桥面横坡，通过调整行走小车的高度，将6个主梁调整在同一水平面上。

施工时，每个主梁下放置2根轨道。

行走小车见图5.3.8。

反压小车设置在主梁顶部。

前支点小车设置在梁段前端。

图3.8安装好的行走小车

（六）小型配件

小型配件包括前支点、吊带、吊杆用滚动吊架，专用销座，吊杆吊具等。

均采用Q235钢材在厂家直接定做。

吊杆为经轧螺纹钢。

各种配件见图5.3.9~5.3.15。

图5.3.9滑梁用滚动吊架图5.3.10滑梁用固定吊架

图5.3.11横梁用销座图5.3.12吊杆用吊具

图5.3.13吊杆用枕梁图5.3.14吊带用枕梁

图5.3.15加工完成的吊带

（具体挂篮设置和构件大样图详见《纳金大桥挂篮设计方案》）

4挂篮验算

4.1挂篮模板验算书

（一）基本数据

　　挂篮模板包括底模、侧模和翼缘板，均采用Q235钢的原材料制作而成：

1、E＝206×103N/mm2

2、[σ]＝145MPa

3、[τ]＝85Mpa

（二）挂篮底模验算

3#块为所有挂篮施工中最重的块段，因此以3#块施工对底模进行验算。

底模采用5mm钢板作为面板，8#槽钢作为背肋（布置间距为40×40cm），40H型钢作为纵梁。

1、箱梁自重

3#块C50混凝土210.1m3，混凝土按2.5t/m3计算，混凝土自重525.25t。

3#块钢筋重34459.4kg，钢筋混凝土比值为164kg/m3。

箱梁自重＝钢筋＋混凝土＝5252.5+344.6＝5597.1KN

2、底模工字钢计算

底模纵梁采用40H型钢，其分布间距为：

一般位置，间距65cm～80cm；腹板荷载集中的位置，间距25cm。

具体布置详见下页《3#块底模工字钢布置示意图》。

根据图纸，把不同间距的工字钢独立出来进行计算。

如图所示，采用对称的方法分配箱梁荷载：

将相邻两根工字钢的距离等分成二，垂直对应的箱梁断面荷载单独由一根工字钢承受；腹板位置的采用统一计算所承受断面的荷载，然后再平均分配到每根工字钢上。

S1：

外侧腹板5根工字钢集中受力

S2：

间距70cm单根工字钢受力

S3：

间距65cm单根工字钢受力

S4：

中腹板5根工字钢集中受力

S5：

一侧间距75cm，一侧间距80cm，单根工字钢受力

1）S1断面工字钢计算

①荷载计算

该断面为外侧腹板，在此考虑翼缘板重量全部由翼缘板模板支承。

计算出该截面箱梁面积S1＝3.794m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝3.794×5×2.5＝474.25KN

钢筋＝3.794×5×0.164＝31.11KN

按照2.0荷载系数计算，总荷载＝2.0×（474.25+31.11）＝1010.72KN

（注：

由于考虑2.0的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

②均布荷载计算

工字钢前后吊点间距l＝6.1m，腹板重量由5根工字钢承担，即每根工字钢所受均布荷载q均＝1010.72÷5÷6.1＝33.14KN/M

40H型钢的参数：

Ix=22964.86cm4Wx=1148.24cm3

钢的许用弯曲E应力[σ]＝145MPa，计算能承受最大的均布荷载

[σmax]=Mmax÷Wx

Mmax=[σmax]×Wx

Mmax=145×106×1148.24×10-6＝166494.8N·M＝166.5KN·M

M均=ql2/8

q=8M均÷l2=8×166.5÷6.12=35.8KN/M满均布

q均＝33.14KN/M＜q＝35.8KN/M

能够满足要求，安全。

③抗剪强度计算

计算单根工字钢抗剪强度。

为保证安全，q均按35KN/M取值荷载计算。

（实际q均＝33.14KN/M）

Fs·max=35×6.1＝213.5KN

查得40H型钢截面参数Iz÷Sz·max=22964.86/642.97＝35.7cmd=8mm

τmax=（Fs·max×Sz·max）/（Iz×d）

=Fs·max÷（Iz÷Sz·max）÷d

=2.123×105÷（35.7×10-2）÷（8×10-3）

=74.3Mpa

该型钢设计[τ]＝85Mpa＞τmax=74.3Mpa

④挠度计算：

Wc=5/384×（q·l4）÷（E·I）

其中：

E为206GP，I＝22964.86cm4

故Wc=

＝5/384×（35×103×6.14）÷〔2.06×1011×22964.86×10-8〕

＝13.3mm

[W]=L/400=15.25mm＞Wc=13.3mm

能够满足要求，合格。

2）S2断面工字钢计算

①荷载计算

计算出该截面箱梁面积S2＝0.706m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝0.706×5×2.5＝88.25KN

钢筋＝0.706×5×0.164＝5.79KN

按照2.0荷载系数计算，总荷载＝2.0×（88.25+5.79）＝188.08KN

（注：

由于考虑2.0的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

②均布荷载计算

工字钢前后吊点间距l＝6.1m，即工字钢所受均布荷载q均＝188.08÷6.1＝30.83KN/M

Wc=

＝11.7mm＜[W]=L/400=15.25mm

由于单根工字钢荷载30.83KN/M＜断面S1的每根33.14KN/M，在各项指标（材料、支承长度等）均相同的情况下，S1合格，即S2能够满足要求，合格。

3）S3断面工字钢计算

①荷载计算

计算出该截面箱梁面积S3＝0.823m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝0.823×5×2.5＝102.875KN

钢筋＝0.823×5×0.164＝6.75KN

按照2荷载系数计算，总荷载＝2×（102.875+6.75）＝219.25KN

（注：

由于考虑2.0的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

②均布荷载计算

工字钢前后吊点间距l＝6.1m，即工字钢所受均布荷载q均＝219.25÷6.1＝35.9KN/M

挠度：

Wc=

＝13.6mm＜[W]=L/400=15.25mm

抗剪强度：

τmax=（Fs·max×Sz·max）/（Iz×d）

　　　　　　　=2.19×105÷（35.7×10-2）÷（8×10-3）

=76.6Mpa＜[τ]＝85Mpa

合格。

4）S4断面工字钢计算

①荷载计算

计算出该截面箱梁面积S4＝3.570m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝3.570×5×2.5＝446.25KN

钢筋＝3.570×5×0.164＝29.274KN

按照2.0荷载系数计算，总荷载＝2.0×（446.25+29.274）＝951.0KN

（注：

由于考虑2.0的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

②均布荷载计算

工字钢前后吊点间距l＝6.1m，腹板重量由5根工字钢承担，即每根工字钢所受均布荷载q均＝951÷5÷6.1＝31.18KN/M

Wc=

＝11.9mm＜[W]=L/400=15.25mm

同上，由于单根工字钢荷载31.18KN/M＜断面S1的每根33.14KN/M，在各项指标（材料、支承长度等）均相同的情况下，S1合格，即S4能够满足要求，合格。

5）S5断面工字钢计算

①荷载计算

计算出该截面箱梁面积S5＝0.518m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝0.518×5×2.5＝64.75KN

钢筋＝0.518×5×0.164＝4.25KN

按照2.0荷载系数计算，总荷载＝2.0×（64.75+4.25）＝138KN

（注：

由于考虑2.0的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

②均布荷载计算

工字钢前后吊点间距l＝6.1m，即工字钢所受均布荷载q均＝138÷6.1＝22.6KN/M

Wc=

＝8.6mm＜[W]=L/400=15.25mm

同上，由于单根工字钢荷载22.6KN/M＜断面S1的每根33.14KN/M，在各项指标（材料、支承长度等）均相同的情况下，S1合格，即S5能够满足要求，合格。

6）综上所述

纵梁采用40H型钢在2.0荷载系数下，在没有计算临时结构提高的30％钢材允许应力情况下，强度、刚度、挠度等指标均能达到设计要求，可以认定其安全性。

施工时严格按照设计间距布设H型钢即可。

3、底模背肋计算

底模背肋设置为：

横肋间距40cm，纵肋间距40cm，均采用8#槽钢制作。

参照《3#块底模工字钢布置示意图》，在单根工字钢位置，S3断面间距82cm，且单根型钢承重断面面积最大，以此计算背肋的受力情况。

1）横肋计算

计算出该截面箱梁面积S2＝0.823m2，3#块长度5m，其箱梁荷载为：

混凝土＝0.823×5×2.5＝102.875KN

钢筋＝0.823×5×0.164＝6.75KN

该段箱梁底板面积＝0.82×5＝4.1m2

按照1.8荷载系数计算，箱梁对底板的压力＝1.8×（102.875+6.75）/4.1＝48.1KN/m2

（注：

由于考虑1.8的荷载系数，模板、支架和施工荷载等均不再考虑）

即受力最大的横肋线荷载q＝48.1×0.82＝39.4KN/M

Mmax＝ql2/8＝39.4×0.822/8＝3.3KN·M

W＝Mmax/[σ]

＝3.3KN·M÷145N/mm2

＝22.7cm3

查表可知，8#槽钢Wx＝25.3cm3＞W＝22.7cm3，能够满足要求。

挠度Wc=

＝

（注：

8#槽钢Ix＝101cm4）

＝1.11mm

[W]=L/400=700÷400＝1.75mm

Wc＜[W]，满足要求。

由于82cm间距为最大荷载和最大间距情况下计算的结果，满足要求，则其它间距的横肋均满足要求。

2）竖肋计算

由于横肋计算符合要求，竖肋按照设置的40cm间距，同样以3#块荷载为标准进行计算。

箱梁对底板的压力＝48.1KN/m2

即受力最大的纵肋线荷载q＝48.1×0.4＝19.24KN/M

Mmax＝ql2/8＝19.24×0.42/8＝0.38KN·M

W＝Mmax/[σ]

＝0.38KN·M÷145N/mm2

＝2.6cm3

查表可知，8#槽钢Wx＝25.3cm3＞＞W＝2.6cm3，能够满足要求。

挠度Wc=

＝

（注：

8#槽钢Ix＝101cm4）

＝0.03mm

Wc＜＜[W]=L/400=1.75mm，满足要求。

由于纵肋间距均为40cm，且3#块为悬浇块段中的最大荷载，计算纵肋受力满足要求，则其它梁段纵肋间距40cm满足施工要求。

3）综上所述

底模面板背肋按照40cm×40cm布置横肋和纵肋，受力合格，满足施工要求。

4、底模面板计算

底模面板厚度5mm，背肋设置间距为40cm×40cm。

同背肋计算，以3#块S2断面为标准对面板进行受力分析。

取面板的压力为50KN/m2（实际该断面平均压力1.8荷载系数下为48.1KN/m2），即Pmax＝50kPa。

1）强度验算

选用板区格中三面固结、一面简支的最不利受力情况进行计算。

ly/lx＝400/400＝1.0，查表得：

，

，

。

取1mm宽的板条作为计算单元，荷载q为：

q＝0.05×1＝0.05N/mm

求弯矩：

＝-0.0600×0.05×4002＝-480N·mm

＝-0.0550×0.05×4002＝-440N·mm

面板的截面系数：

W＝bh2/6＝1×52/6＝4.167mm3

应力为：

σmax=

=

=115Mpa＜215Mpa（钢板允许应力）

可满足要求。

求跨中弯矩：

钢板的泊松比v=0.3，故需换算为：

应力为：

σmax=

=

=53Mpa＜215Mpa（钢板允许应力）

可满足要求。

2）挠度验算

满足要求。

3）综上所述

5mm厚钢板按40cm×40cm间距设置背肋，其钢板各项指标满足施工要求。

（三）挂篮侧模验算

　　对侧模来说，新浇筑的混凝土的侧压力是它的主要荷载。

当混凝土浇筑速度在6ｍ/ｈ以下时，且模板倾角≥55°时，作用于侧面模板的最大压力可按下式计算：

　　pm=K·γ·h（纳金大桥侧模倾角α＝68.01°）

　　pm――新浇筑混凝土对侧面模板的最大压力，kpa；

　　K――外加剂影响修正系数，1.2；

　　γ――混凝土容重，25KN/m3；

　　h――有效压头高度，m；

　　根据现场施工情况，混凝土浇筑速度v＝0.5m/h，混凝土温度T＝20℃。

当v/T=0.025＜0.035时，h＝0.22+24.9v/T=0.8425。

　　代入数据，pm=1.2×25×0.8425＝25.275kpa（KN/m2）。

1、侧模背撑计算

根据设计图纸，侧模背撑采用2根14b槽钢背向支撑，每个节段共设置6

道这样的背撑，间距80cm。

以3＃块为例，节段长5m，腹板高度2.647m，即每个背撑承担5×2.647/6＝2.2m2面积的侧模压力。

在不考虑背撑上的对拉杆的情况下，默认背撑仅为两端锚固，中间位置不再设置对拉杆，计算如下：

　　1）均布荷载计算

　　每个背撑承受荷载＝pm×S＝25.275×2.2＝55.6KN，则每一根14b槽钢所受均布荷载q均＝55.6÷2÷2.647＝10.5KN/M

14b槽钢的参数：

Ix=609cm4Wx=87.1cm3

钢的许用弯曲E应力[σ]＝145MPa，计算能承受最大的均布荷载

[σmax]=Mmax÷Wx

Mmax=[σmax]×Wx

Mmax=145×106×87.1×10-6＝12629.5N·M＝12.6KN·M

M均=ql2/8

q=8M均÷l2=8×12.6÷2.6472=14.4KN/M满均布

q均＝10.5KN/M＜q＝14.4KN/M

能够满足要求，安全。

2）抗剪强度计算

计算单根工字钢抗剪强度。

为保证安全，q均按15KN/M取值荷载计算。

（实际q均＝10.5KN/M）

Fs·max=15×2.647＝39.7KN

查得14b槽钢截面参数Iz÷Sz·max=609/52.4＝11.6cmd=8mm

τmax=（Fs·max×Sz·max）/（Iz×d）

=Fs·max÷（Iz÷Sz·max）÷d

=0.397×105÷（11.6×10-2）÷（8×10-3）

=42.8Mpa

该型钢设计[τ]＝85Mpa＞τmax=42.8Mpa

3）挠度计算：

Wc=5/384×（q·l4）÷（E·I）

其中：

E为206GP，I＝609cm4

故Wc=

＝

＝7.6mm

[W]=L/400=6.6mm＜Wc=7.6mm

不合格。

因此必须在背撑中间设置对拉杆以减少挠度。

根据实际情况，计划在背撑中间增加2道对拉，即将背撑分成3段受力，则l＝2.647/3＝0.882m，重新计算挠度Wc=0.1mm＜[W]=0.882/400=2.2mm，合格。

2、对拉杆计算

根据背撑的设置，在侧模上总共设置4道对拉杆，按照最不利的情况计算，1根对拉杆所承受的侧模面积S＝0.8×0.882＝0.7m2。

按最不利情况考虑，对拉杆承受最大拉力为pm×S=25.275KN/m2×0.7m2＝17.7KN，即1.77ｔ。

计划采用Ф16mm钢筋作为对拉杆，[σ]＝145MPa，S＝2.0096×10-4，即

T＝145×106×2.0096×10-4＝29.1KN＝2.91t＞1.77t

满足要求，安全。

3、侧模背肋计算

侧模背肋设置为：

横肋间距40cm，采用8#槽钢制作；纵肋间距40cm，采用8cm宽，6mm厚的钢板作为筋板。

1）横肋计算

侧模最大压力为25.275KN/m2，横肋间距40cm。

即受力最大的横肋线荷载q＝25.275×0.4＝10.11KN/M

Mmax＝ql2/8＝10.11×0.42/8＝0.2KN·M

W＝Mmax/[σ]

＝0.2KN·M÷145N/mm2

＝1.4cm3

查表可知，8#槽钢Wx＝25.3cm3＞＞W＝1.4cm3，能够满足要求。

挠度Wc=

＝

（注：

8#槽钢Ix＝101cm4）

＝0.02mm

[W]=L/400=700÷400＝1.75mm

Wc＜[W]，满足要求。

2）竖肋计算

侧模最大压力为25.275KN/m2，横肋间距40cm。

即受力最大的竖肋线荷载q＝25.275×0.4＝10.11KN/M

Mmax＝ql2/8＝19.24×0.42/8＝0.38KN·M

W＝Mmax/[σ]

＝0.38KN·M÷145N/mm2

＝2.6cm3

查表可知，8cm宽、6mm厚筋板Wx＝6.4cm3＞W＝2.6cm3，能够满足要求。

挠度Wc=

＝

（注：

80×6mm筋板Ix＝25.6cm4）

＝0.06mm

Wc＜＜[W]=L/400=1.75mm，满足要求。

3）综上所述

侧模背肋按照40cm×40cm布置横肋和纵肋，受力合格，满足施工要求。

4、侧模面板计算

侧模面板厚度5mm，背肋设置同底模为40cm×40cm。

底模面板的压力为50KN/m2，即Pmax＝50kPa；而侧模面板的压力Pmax＝25.275kPa。

　　即：

同条件下，底模面板在Pmax＝50kPa的情况下验算合格，则侧模面板在Pmax＝25.275kPa的情况下必然合格。

（四）翼缘板模板验算

　　每个节段翼缘板尺寸相同，同样以3＃块翼缘板进行验算。

　　翼缘板断面积S＝1.59m2

　　节段长度5m，宽度3.75m

　　则翼缘板整体荷载q＝1.59×5×2.5×10÷5÷3.75＝10.6KN/M2

　　按照2.0荷载系数考虑，pm=2.0×10.6＝21.2kpa（KN/m2）

　　由于翼缘板模板同侧模模板构造，侧模在pm=25.275kpa下验算合格，则翼缘板模板同样合格，符合安全要求。

4.2挂篮用梁验算书

（一）基本数据

挂篮用梁包括前上横梁、前后下横梁、后锚压梁和小车反压梁，各种梁均采用Q235钢制作而成：

1、E＝206×103N/mm2

2、[σ]＝145MPa

3、[τ]＝85Mpa

4、抗倾覆稳定系数2.0

5、新浇筑砼动力系数取1.2

6、超载系数取1.05

7、Q235钢密度7850kg/m3

8、C50混凝土密度2500kg/m3

3#块为所有挂篮施工中最重的块段，因此以3#块施工对梁进行验算。

3#块C50混凝土210.1m3，混凝土按2.5t/m3计算，混凝土自重525.25t。

3#块钢筋重34459.4kg，钢筋混凝土比值为164kg/m3。

箱梁自重＝钢筋＋混凝土＝5252.5+344.6＝5597.1KN

（二）上横梁验算

根据《3＃梁挂篮断面图》可知，将上横梁的受力分为5段进行验算。

　　上横梁荷载组合：

　　①砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数

②砼重+挂篮自重

③挂篮自重+冲击附加系数

　　为安全起见，在考虑超载系数、冲击系数、混凝土动力系