使用范围 | 连续梁施工 | 整车重量 | 80 T |
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外形尺寸 | 定制 | 发动机功率 | 1200 kw |
最大运行速度 | 2 km/h | 类型 | 菱形三角形挂篮 |
鹿岛菱形挂篮的结构及构造
鹿岛菱形挂篮主要由菱形桁架、悬吊系统、走行系统、模板系统及张拉操作平台五部分组成。
菱形桁架
菱形桁架是挂篮的主要承重结构。主桁构架竖放于箱梁腹板位置,构架的片数可根据主梁的截面特性来定,一般为两片,也有多片的,如吴忠黄河大桥菱形挂篮采用三片构架;主要杆件通常由两片槽钢组焊而成,槽钢的截面由结构分析确定;各杆件间的联结为栓接、焊接或销接。主桁构架间用槽钢或角钢组成的横联连接,在主桁前端节点处放置一根用2根工字钢组焊成的横梁,上设吊点,以做悬吊底模平台和内外模滑梁用,该横梁同时起到将主桁架连成整体的作用。
悬吊系统
由螺旋千斤顶、扁担梁、吊带或吊杆组成,用于悬挂模板系统,调整模板的标高。前后吊带(杆):前吊带的作用是为底模平台提供前吊点,其承受几乎一半的挂篮荷载。当待灌段混凝土重量较大时,一般采用吊带,否则用吊杆。吊带一般用16Mn或性能更好的钢板并布设销孔而成,一般为3m段,分段间用销轴连接,以适应不同梁高的需要。当采用吊杆时,钢材一般用冷拉Ⅳ级精轧螺纹钢筋。每根吊带或吊杆在横梁上放2台千斤顶通过扁担梁调整底模标高。后吊带从箱梁的底板预留孔中穿过,一般用16Mn钢板上布调节孔或45号钢棒螺帽形成,下端与底模平台相连,上端2台千斤顶和扁担梁或螺帽支承在箱梁底板顶面上。后吊带的作用是承受挂篮一半的荷载并将其传至箱梁底板。
模板系统
由外侧模、内模和底模等几部分组成。箱梁外侧模一般采用整体钢制大模板,当梁高变化较大时,可沿梁高分为3块左右,以随梁高变化拆装调整。外侧模支承在外模走行梁上,走行梁前端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板预留孔上,后吊杆与走行梁间设有后吊架,其上装有滚动轴承,挂篮行走时外模走行梁与外模一起沿后吊架滑行。内模一般通过模架放置在两根内模走行梁上,走行梁前端吊在桁架横梁上,后端吊在已浇梁段顶板的预留孔上方,内模可沿走行梁滑行,除角隅处外,平面部分可用组合钢模或木模钉铁皮。底模由底模架、底横梁及模板组成,通过底横梁的前后吊带悬挂在挂篮主桁的前吊点、已浇梁段和外模走行梁上,随主桁一起前移,底模架由型钢组焊成桁架,底横梁由工字钢组焊成格构式梁,底模一般用木模外钉铁皮形成。
张拉操作平台
张拉操作平台通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上,一般用角钢和钢筋组成,平台平面铺以木板供作业人员站立行走。可用手动胡芦调整其高度。
走行系统
挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统及内模走行系统。桁架走行系统布置为:在主桁构架下的箱梁顶面铺设用钢板组焊的轨道,轨道用竖向预应力筋通过短梁固定,轨道顶面放置前后支座,支座与桁架节点栓接,前支座沿轨道滑行(支座与轨道间垫四氯乙烯板),后支座以反扣轮(或后勾板)的形式沿轨道预板下缘滚(滑)动,不需加设平衡重。走行时用2个5T手动葫芦纵向牵引即可。轨道分节以便向前倒用。悬臂灌筑前,需要Ⅳ级冷拉精轧钢筋将轨道上钢轨与桁架后节点锚固,使后支座反扣轮不受力。底模及外模与主桁同步行走。具体步骤为:脱模前用手动葫芦将底模架吊在外模走行梁上,解除后吊带,脱模后,底模随桁架一起向前走行。内模脱模后,内模架落在走行梁上,人工用手动葫芦即可将其移至下一梁段。
(2)菱形挂篮的力学分析
从整体看,挂篮荷载有一半左右通过前吊带(或吊杆)传至主桁上节点,菱形桁架以铰接模式计算杆力,其前下节点支于箱梁顶板前侧,后下节点则通过竖向预应力筋或预埋钢筋锚于梁上。
鹿岛挂篮设计路线
1.悬臂浇筑分段长度
设计挂篮**要决定箱梁悬臂浇筑的分段长度。悬臂梁沿梁长的分段取决于设备和施工条件。每个节段长,节段的数量就少,施工速度就比较快,但每次浇筑混凝土的数量就多,挂篮及其设备就需要相应增大。反之,每个节段短,挂篮的承重要求小,可避免过于庞大的挂篮设备,但节段数量多,挂篮周转次数多,总的施工进度比较慢。总之,悬臂浇筑箱梁分段长度要根据施工条件权衡利弊综合考虑。我国近年来悬臂施工的分段长度一般为3~5m左右,**大达到8m。
2.挂篮横断面
挂篮横断面的布置取决于桥梁的宽度和箱梁横断面形式,一般全断面上使用一个挂篮施工即可,但当桥梁宽度很大(15m以上),箱梁横断面为双箱或多箱结构时,为了使挂篮在施工中具有一定的灵活性,在一个横断面上可用两个挂篮分别施工。我国的广西柳州大桥、武汉江汉二桥均采用这种方案。
3.挂篮设计总体构思
挂篮设计中,往往根据现有资料和实际施工要求,选取挂篮形式、连接方式和杆件,然后进行检算,这是**常用的一种方法。所以选择何种挂篮结构形式就成为挂篮设计的首要问题。
根据国内外挂篮施工现有水平,开发的轻型挂篮应满足实际桥梁悬臂施工的需要,设计要注重整体功能,不片面追求轻型指标,总体构思往往体现在以下几个方面:
(1)减轻挂篮自重途径
①选用一种受力合理、安全可靠、刚度较大的轻型结构作为挂篮承重主桁;
②挂篮用材立足国内生产的高强轻质钢材,并便于加工;
③挂篮浇筑混凝土时,尾部充分利用箱梁竖向预应力筋平衡倾覆力矩以取消配重,从而减轻自重。
(2)缩短挂篮施工周期
①挂篮行走、模板升降等采用液压装置或容易操作的螺旋千斤顶,电气集中控制,靠机械化和自动化来提高生产效率和降低工人劳动强度;
②在后锚受力许可的条件下,挂篮行走时,内外模可同步就位,尽量减少工序,缩短施工周期;
③悬吊系统和锚固系统装拆方便、调整简单。
(3)保证悬灌混凝土质量
模板以刚度控制设计,可采用新型材料制模板,既减轻重量又坚固耐用,且满足所有悬灌梁段使用,不需要更换和修补。制订施工实施细则,严格规范保持平衡施工及限制施工荷载的措施,保证施工安全和质量。
(4)改善施工条件和环境
设计挂篮时应考虑有宽敞的作业空间,便于放置各种机具和操作人员往返;在挂篮主桁架上方设置遮阳雨棚,改善作业环境。
(5)考虑通用性
对挂篮结构作适当处理可适应各种跨径、不同宽度的各类箱箱梁施工。
4.挂篮主桁架计算
挂篮主桁架作为承重结构,是**重要的设计计算构件,其计算内容主要包括:各杆件及锚杆的内力计算和截面设计、挂篮的变形和倾覆稳定计算。计算应按两个挂篮连成一体、灌筑梁段和空载走行等情况分别进行。
(1)荷载系数
依据交通部颁发的《公路桥涵设计和施工规范》,荷载系数取值如下:考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等因素的超载系数为1.05;浇筑混凝土时的动力系数为1.2;挂篮空载行走时的冲击系数为1.3;浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数为2。
(2)施工荷载
在灌筑梁段和空载走行过程中,挂篮主桁架主要承受以下几种荷载:
①**大节段混凝土重量:此项为设计挂篮时的控制重量;
②挂篮自重:主要包括主桁架、悬吊系统、模板系统及张拉操作平台的重量;
施工机具及人群荷载:根据施工中所用的附着式震捣器、张拉千斤顶及油泵的数量和施工人数计算。在没有实测资料的情况下可按2.5kN/m计算。
动力附加荷载:考虑浇筑混凝土时的动力因素和挂篮施工安全方面的重要性,该处动力附加荷载主要考虑两项:a.振动系统产生的振捣力;b.梁段本身在振动中的动力影响,参照浇筑混凝土时的动力系数1.2,则梁段的动力影响为0.2倍的梁段混凝土重。
冲击附加荷载:主要考虑挂篮空载行走时的冲击影响,依据挂篮空载行走时的冲击系数1.3,则冲击附加荷载=0.3×挂篮自重。
风荷载:在6级以上大风条件下,很难保证施工质量,一般在大风情况下就停止挂篮施工。但由于悬臂施工为高空作业,安全性要求高,所以应对挂篮在可能的大风条件下的锚固、行走及整体的稳定性进行检算,以策安全。其数值可由当地气象资料提供或查全国风压图得到。
混凝土偏载:可按灌筑梁段时两侧腹板浇筑混凝土**大偏差计算。
(3)荷载组合
根据以上各施工阶段的检算内容和荷载情况,荷载组合如下:
荷载组合Ⅰ:混凝土重量+动力附加荷载+挂篮自重+施工机具和人群重;
荷载组合II:混凝土重量+挂篮自重+混凝土偏载+施工机具和人群重;
荷载组合Ⅲ:混凝土重量+挂篮自重+风载;
荷载组合Ⅳ:混凝土重量+挂篮自重+施工机具和人群重;
荷载组合V:挂篮自重+冲击附加荷载+风载。
荷载组合Ⅰ~Ⅲ用于主桁承重系统强度和稳定性计算;荷载组合Ⅳ用于变形计算;荷载组合V用于挂篮行走验算。
主桁结构内力与变形计算:简化的计算常假定主桁架每一桁片承担的荷载相同,按平面结构计算。
5.其它构件检算
挂篮的悬吊系统、模板系统和走行系统等按一般钢结构计算方法设计,在此不再赘述,但因挂篮是可移动的支架,又属于高空作业,所以在设计时必须保证有足够的安全度,尤其要注意悬吊系统的前吊带(杆),其在脱模过程中,受到的冲击振动**大,而且承受重复作用,有发生端部断裂的危险,因此悬吊系统的前吊带(杆)的安全系数不小于2。所有计算均根据不同的计算图示与荷载组合,求得各构件的**大应力,经多次调整结构几何尺寸,以达到在满足规范要求的前提下,使结构材料**省、重量**轻。
鹿岛挂篮的加工工艺
对于型钢式挂篮,鹿岛在加工过程中应注意以下环节:
(1)挂篮所用的主要材料包括主桁架、吊带等受力杆件所用材料必须符合国标要求。
(2)确定合理的焊接工艺
由于挂篮杆件多为组焊件,为保证焊接质量,减少焊接残余变形,各杆件焊接前,必须先制定焊接工艺。根据挂篮所用材质选定焊条种类、型号、规格,确定焊接层数,坡口形状,电流大小,进行试焊。重要部位杆件焊接时,焊工必须先进行首焊试验,经试验合格后方准其焊接。试焊后的焊件,进行几何形状检查并探伤,经检查合格后,此工艺方可作为挂篮杆件的焊接工艺。
(3)确定合理的下料方案
由于杆件数量多,尺寸不一,因此,合理的下料方案对结构的受力性能、材料的节省及焊接工作量的大小影响颇大。例如配料时,受拉杆件多采用整料,受压杆件可用短料焊接等。
(4)对节点的处理采用机械加工手段与工地合理的组焊方法相结合,使杆件的加工既在工地加工又有工厂的加工精度,从而保证了工期和效益。
2.挂篮的结构特点
(一)挂篮的组成
组成部分:承重结构、悬吊系统、锚固装置、走行系统和工作平台。承重结构是挂篮的主要受力构件,它承受施工设备和新浇筑节段混凝土的全部重量,并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工完成的梁身上。
挂篮的走行系统可用轨道或四氟乙烯滑板,牵引动力一般用电动卷扬机,它包括前牵引装置和尾索保护装置。为保证浇筑混凝土时挂篮有足够的抗倾覆稳定性,往往在挂篮的尾部设置后锚固,一般通过埋在梁肋内的竖向预应力筋实现,当后锚能力不够时,也可采用尾部压重等措施。
挂篮的主要功能是支撑模板,承受新浇混凝土重量,由工作平台提供张拉、灌浆的场地,调整标高。因此挂篮不仅要求有足够的强度保证,还要有足够的刚度及稳定性,自重轻,移动灵活,便于调整标高等。
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