某特大桥悬臂箱梁挂篮设计方案探讨
摘要：某特大桥由于地质条件及通航要求，主跨上部采用悬臂箱梁施工。主要对挂篮及支架方案的特点、结构设计等内容进行介绍。
关键词：箱梁 模板 挂篮 小纵梁 横梁 主纵梁 贝雷 吊杆系统
一、 工程简介
某特大桥是某城市交通要道的一个单位工程，全长1277米。该桥设计荷载为：挂车—120级，汽车超—20级，设计行车速度为120 km/h。该特大桥分为引桥和主桥。引桥结构是30米预应力组合箱梁，主桥为52米跨径悬臂箱梁共计6跨。悬臂箱梁根部梁高为2.8米，中部梁高为1.5米，底宽为7米的单室箱梁。本文主要结合该特大桥主跨悬臂箱梁施工特点，进行悬臂箱梁挂篮设计探讨。
图1.桥梁横断面图
图2.第6节段挂蓝施工图
图3.挂蓝施工现场图
二、挂篮设计方案的选定
根据本工程的结构形式，主梁的挂篮施工方案选定如下：
从挂篮安装方便、质量轻及能利用现有材料等原则出发，拟选用自锚平衡式桁架结构作为承重体系。主纵桁梁选定由贝雷拼成，利用角钢将三品贝雷并排组成一个整体作为其中一幅主纵桁梁。底篮的组成：采用两根50号工字钢组成前后上下横梁，两工字钢间采用1㎝厚钢板连接成整体来增加工字钢间的整体性，提高其保险系数。采用20支20号工字钢组成底板下的小纵梁，底板下工字钢间距选定30㎝/道，翼板下选定50㎝/道。吊杆系统：前端采用8根L32精轧螺纹钢及配套的锚具(为提高安全性采用双螺帽锚固)组成;后锚系统采用L32精轧螺纹钢利用已浇好节段作为锚固点，其方法为：通过后端下横梁锚固于已浇节段开孔的底板以及两侧通过开孔的翼板锚固于后端上横梁上。采用悬臂前端接拼贝雷的方法进行挂篮前移，可以大大提高挂篮前移过程中的安全性。内外模支撑采用脚手架及对拉螺杆组成。
三、挂篮的受力计算
选用厚度6 mm钢板作为箱梁模板，内外模板采用加劲肋来满足侧模板刚度和稳定性，加劲肋选用L63×6角钢，纵向间距(中—中)为50cm 。底板钢模下采用横方木增加底板刚度和稳定性，横方木尺寸为12㎝×12㎝，间距为35㎝/道。水平向内外模板采用脚手架及对拉螺杆拉紧。
本文将以该特大桥悬臂挂篮设计中最不利节段为例来阐述主桁架、小纵梁、前后上下横梁及吊杆等重点受力部件。
1、构件重量计算
①、钢模重量(约)
a、钢模重量计算
外钢模：(0.20+2.75+0.64+2.0+3.50)×2×0.006×7.85=0.856 t/m
内钢模：(2.0+1.13+1.30+0.28+0.4)×2×0.006×7.85=0.481 t/m
按受力最不利节段第6节段计算：长3.75 m考虑(挂篮设计长为4.0 m)
钢板重量为：(0.856+0.481) ×4=5.348t
b、外加劲角钢重量计算
外加劲角钢每道重量为：(0.20+2.75+0.64+2.0) ×2×5.721kg/m
=63.96kg/道
假设50 cm一道 则3.75/0.5=7.5道,取8道,
外加劲角钢重量为：63.96×8=512 kg
c、内加劲角钢重量计算
内加劲角钢每道重量为：
(2.0+1.13+1.3+0.28+0.4)×2×5.721kg/m=58.47 kg/道
今取8道重量为58.47 kg/道×8道=467 kg
∴ 模板(钢筋及加劲肋)的重约为：5.348 t+0.512 t+0.467 t=6.327 t
②、钢筋砼节段(包括人群等活动荷载)
(按最重的第6节考虑)75.37t
③、节段底模板重量(考虑采用厚度为此6 mm的钢板)
4.00×0.006×7×7.85=1.319t
④、方木重量
0.12×0.12×8×0.8T/m3×10支=0.922t/10支
⑤、小纵梁重量(考虑工作长度，小纵梁长度取5.2m)
(20支Ⅰ20a)27.9 kg /m×5.2m×20支=2092kg=2.092t/20支
2、结构验算(均为偏于安全近似验算)
①、 小纵梁：
L=450cm
传给小纵梁的总荷载
Q=6.327+75.37+1.319+0.922+2.902=86.840t
假设总荷载均匀分布于小纵梁上(近似)
则 p=86.84/4.5=19.298 t/m
∴Mmax=1/8ql2=1/8×19.298×4.52=48.84806 t/m=4884806kg/cm
要求小纵梁断面模量W=M/[σ]=4884806/1400=3489cm3
今20支Ⅰ20a的W=20×237=4740 cm3≥3489cm3
② 、前下横梁
假设前下横梁承担(1/2)Q(偏于安全)
即(1/2)Q =1/2×86.840=43.420 t
∴ 每延米的重量为43.420/7.0m=6.203T/m=6203kg/m
横梁均布自重80.4kg/m×2+(40×1×100×2×7.85)/1000
=160.8+62.8=223.6kg/m
∴前下横梁承受每延米重量g=6203+223.6=6426.6kg/m
跨中弯距Mmax=1/8gl2=1/8×6426.6×(6.5)2
=33940.48kg/m=3394048kg/m
横梁跨中
I=32240×2+40×1×(23)2×2=64480+42320=106800cm4
∴ 横梁中的最大应力
бmax=MmaxCmax/I=3394048×23.5/106800
=747kg/cm2<1400kg/cm2 可行
③ 、吊杆(略去吊杆自重)
前吊杆(8支)总受拉力
T≈Q/2+下横梁重
≈86840kg/2+80.4kg/m×14.2m×2+40×1×900×7.85×2/1000+32×1×798×7.85/1000+6×1×622×7.85/1000
≈43420+2284+566+200+29=46499kg
∴ 每支吊杆承受拉力
T=46499/8=5812.375kg
∴ 每支吊杆中的拉应力
б=5812.375/8=726.547kg/cm2<2700 kg/cm2
a) 、后锚杆：
从前吊杆的应力可知后锚杆(同样采用了8支Φ32的转轧螺纹钢筋)的应力也不会超过其容许应力。
b) 、主纵梁——贝雷钢架梁(略去贝雷钢架自重)
通过前吊杆作用在贝雷钢架梁上的力为
S=46270+前上横梁+调整横梁+8支前吊杆
=46270+(80.4×14.2×2+40×1×900×7.85×2/1000)+(27.9×2.4×2.+14×1×240×7.85/1000)+8.0×6.31×8
=46270+2848+160+403.84
=46270+(2283+565)+(134+26)+403.84
=49681.84kg
∴ 枕梁位置贝雷的M=49681.84×4.50m
=223568.28kg/m
∴ T=M/1.4=223568.28/1.4=159691.629kg
∴б=T/(12.74×12)=159368/(12.74×12)=1044.56kg/cm2<2000kg/cm2
可行
三、结 语
该特大桥的施工实践证明，该挂篮的设计是科学合理的，设计中大大减轻了自身重量，具有装拆方便、质量小、结构简单、受力明确、坚固稳定、并可利用其他闲置材料的优点。在其他相似悬臂浇筑箱梁工艺中可以参考借鉴。
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