长江大桥大型前支点挂篮施工设计说明[全面]

1、重庆市涪陵区李渡长江大桥挂篮设计方案设计目 录设计说明1、 工程概述 2、 设计依据3、 设计概要4、 总体构造5、 设计特点6、 设计计算7、 主要施工步骤8、 制作与拼装9、 试载要求设计图纸挂篮系统总图(一) CFL-ZT-00(1/4)挂篮系统总图(二) CFL-ZT-00(2/4)挂篮系统总图(三) CFL-ZT-00(3/4)挂篮系统总图(四) CFL-ZT-00(4/4)承载平台(一) CFL-CZ-00(1/2)承载平台(二) CFL-CZ-00(2/2)张拉机构 CFLZL-00止推机构 CFLZT-00行走反滚轮 CFL-GL-00牵引机构 CFLQY-00前/后锚杆组 C

2、FLQW-00标高调节机构 CFL-BG-00 模板系统(一) CFL-米B-00(1/2)模板系统(二) CFL-米B-00(2/2)24武汉港湾工程设计研究院1 . 工程概述李渡长江大 桥斜拉桥为双塔双索面斜拉桥,全长738米,主跨398米,采用对称三跨布置,即170+398+170=738米.桥面宽度 25.1米.主塔采用H型塔,主梁近边墩处边跨因压重需要采用箱形梁,其余均采用预应力混凝土边主梁结构,桥轴线处梁高2.651米,设2%双向横坡.梁上标准索距7.6米,边跨现浇段索距为3.7米、5.0米.主梁标准截面尺寸如下：矩形边主梁宽2.3米,顶板厚0.24米,横梁厚0.3米,标准节段设2

3、道横梁.在塔根处边主梁宽度 加大 至3.5米.边跨箱梁腹板厚2.3米,顶板厚0.28米,底板厚0.4米,横梁厚0.4米. 标准节段及SB15号节段主梁横断面如图一所示：图一 标准节段及SB15号节段断面 (单位米米)2 . 设计依据 重庆市涪陵区李渡长江大 桥施工设计施工图. 项目设计委托书 钢结构设计规范(GB50017-2003) 钢结构工程施工质量验收规范(GBJ5005-2001) 公路桥涵设计通用规范(JTJ021-89) 公路桥涵钢结构及木结构设计规范(JTJ025-86) 冷弯薄壁型钢结构技术规范(GBJ18-87) 钢结构高强度 螺栓连接的 设计、施工及验收规程(JGJ82-9

4、1) 公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000) 混凝土结构工程施工质量验收规范(GB50204-2002)3 . 设计概要 本挂篮为大 型前支点挂篮,设计承载砼重量510吨.设计将其安全与可靠性放在首要位置,承载平台,牵索系统,锚固系统均给予了 充分的 安全储备.为保证施工质量,设计承载平台刚度 大 ,并在适当位置配置锚杆,以减少箱梁纵横向变形及“错台”量;长大 构件分段制作以满足运输及现场拼装的 要求;满足浇筑、移动及调整等使用功能方面的 要求.本挂篮适用于主梁SB2号SB15号、米B2号米B25号节段浇筑. 4总体构造挂篮由承载平台、牵索系统、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、

5、操作平台及预埋件系统等组成.(见图二) 41 承载平台 承载平台是挂篮的 主体结构,由支承悬浇荷载及模板体系的 平面刚架和挂腿组成.平面刚架由二主纵梁、三横梁组成.两侧主纵梁前端开槽,在主纵梁上设置承力面.42 牵索系统牵索系统的 功能是在挂篮悬浇施工时将斜拉索与挂篮连接起来形成前支点;在悬浇完成后,将斜拉索与挂篮分离,实现索力的 转换.牵索系统由张拉机构及斜拉索组成.张拉机构中的 张拉千斤顶通过撑脚固定在垫块总成上.垫块总成可沿主纵梁头部导轨上下滑动并锁定,因而前支点空间位置可调整.43 行走系统行走系统实现挂篮空载前移功能,由牵引机构及行走反滚轮组成.牵引机构由两台YC70X150千斤顶通

6、过两根精轧螺纹钢筋,同步牵引挂腿下部行走滑靴带动挂篮前移,行走滑靴在主梁顶面辅设的 滑轨上滑动.挂篮行走时由行走反滚轮平衡前倾力.44 定位系统定位系统实现挂篮浇筑前的 定位,由前锚杆组、止推机构及后支点千斤顶组成.挂篮由前锚杆组提升到位,放置在主纵梁尾部的 后支点千斤顶调整挂篮前端的 竖向标高,止推机构承受斜拉索张拉力中的 水平分力.由于挂篮的 自重及构造尺寸都较大 ,再加上本桥主梁断面的 构造特点,使得挂篮横桥向定位的 调整较困难,因此在挂篮前移时,应尽量保证挂篮整体同步平移,并不断观测,随时纠正挂篮的 偏位.当挂篮前端产生横桥向偏移时,可在挂篮后横梁与桥主梁主肋间设反向顶推予以调整;当挂

7、篮挂腿中心线处产生横桥向位移时,在挂篮挂腿与桥主肋间加反向顶推.45 锚固系统 锚固系统包括8组前锚杆组和4组后锚杆组.前锚杆组设在主纵梁中部及侧面,其作用是将承载平台承受的 施工荷载传递到已浇梁段上,后锚杆组设在主纵梁尾部,其作用是平衡挂篮斜拉索初张拉时产生的 后倾力,同时,4组锚杆组亦作为抗风安全锚固点.46 模板系统模板系统由横隔板底模及侧模、主肋侧模及底模、顶板底模、顶模拱架及支架、支撑等组成.横隔板侧模底部通过铰接与承载平台相连,侧模之间采用对拉螺杆连接,横隔板底模位于承载平台前、中横梁之上.前端顶模采用可调撑杆支撑在承载平台上,中间顶模采用拱架支撑,拱架通过铰接固定在主纵梁的 滑轨

8、上.在挂篮前移前,松开对拉螺栓,将边箱梁侧模及横隔板侧模放置于拱架及承载平台上,并与顶模一起随拱架下降至横隔板底标高以下.挂篮前移到位后,再将拱架提升到设计标高位置,立模,浇筑下一节段.拱架用千斤顶顶升到位,并用销轴定位.因而可方便地立模、拆模并将模板系统整体移至下一待浇节段.5.设计特点本挂篮悬浇节段长度 7.6米,现浇桥面宽25.1米,悬浇节段砼质量最大 510t,其设计上具有如下特点：a. 挂篮整体刚度 好,满足了 抗倾、抗风稳定性要求.b. 挂篮操作调整方便,平面及标高调整均采用国产通用设备.c. 挂篮的 主要组成部分承载平台为平面刚架结构,构造简单,受力明确,构件自重较轻.d. 根据

9、各构件受力特点,采用了 不同的 结构形式,在保证平台刚度 和强度 的 前提下,减轻了 平台的 质量.e. 挂篮结构主要采用普通型材制作.f. 挂篮结构及部件采用拼装式,可重复利用.g. 模板系统主要由横隔板及边箱梁底模及侧模、顶板底模及模架支撑等组成.大 部分采用大 模板结构,提高砼外观质量,同时有效的 控制桥形缩短施工周期.h. 中部顶板底模采用拱架支撑,随拱架在挂篮前移前下放至大 桥横隔板以下,挂篮前移到位后再将拱架提升至设计标高位置,便于立模,拆模,模板整体移至下一待浇节段.6. 设计计算6.1 设计荷载 砼荷载 箱梁标准节段质量为420t,SB15号节段质量为510t. 挂篮系统自重

10、人群及施工荷载取1.5kN/米2 风荷载 6.2 计算工况工况：挂篮受水平力牵引前移,风垂直向下(风速13.6 米/s),计算挂篮行走状态的 受力.工况：挂篮行走至新浇梁段最外沿,风垂直向上(风速27.9米/s),计算挂篮行走状态的 稳定性.工况：挂篮位于米B25号节段并定位,设定初张拉索力值为1725kN(单索),水平角度 24.0297,风垂直向上 (风速13.6 米/s),计算挂篮稳定性.工况：米B2号节段,砼浇筑但未凝固,风垂直向下 (风速13.6 米/s),设定索力为1450kN(单索),水平角度 71.1006,计算挂篮工作状态的 受力与变形.工况：挂篮位于米B25号节段,砼浇筑但

11、未凝固,风垂直向下 (风速13.6 米/s),设定索力为3450kN(单索),水平角度 24.0297,计算挂篮工作状态的 受力与变形.工况：挂篮行走至SB15号节段,砼浇筑但未凝固,风垂直向下 (风速13.6 米/s),设定索力为2750kN(单索),水平角度 31.9391,计算挂篮工作状态的 受力与变形.6.3 材料性质6.3.1材料特性 钢的 材料特性：弹性模量E=2.1105 米Pa泊松比0.3密度 7850 千克/米36.3.2容许应力Q235-A：170 米Pa =100 米Pa40Cr： d100 米米 350 米Pad100 米米 385 米Pa6.3.3几何特性 挂篮重心距

12、挂篮尾端9.7529米.6.4 计算模型及结果挂篮整体结构为一弹性支承空间刚架,通过简化构件计算,确定构件截面尺度 及性质(本计算过程略),拼合成整体结构用ANSYS电算进行优化设计.6.4.1 拱架计算计算工况：工况.6.4.1.1工况计算拱架计算模型及结果见图三、四所示.图三 拱架计算模型图四 拱架计算计算变形图 支座反力：水平力 竖向力6.4.1.2 计算结果汇总各杆件内力计算结果如下(取各最不利构件内力值)：部位最大 正应力(米Pa)最小 正应力(米Pa)最大 轴应力(米Pa)最大 弯应力(米Pa)拱圈-42.5-68.3-42.5-25.9梁30.4-36.6-8.530.1撑杆/-

13、15.4/6.4.2 挂篮整体计算6.4.2.1 工况I 计算荷载： 挂篮系统自重 风荷载 风速13.6 米/s 电算模型见图五图五 工况系统整体计算模型 系统应力分布见图六,最大 应力120米Pa(挂腿处) 图六 工况系统各断面应力分布图 系统整体变形见图七,系统整体变形49米米图七 工况系统整体变形图各部件内力计算结果如下(取各最不利构件内力值)：部位主纵梁前横梁中横梁后横梁挂腿综合应力(米Pa)52.740.843.430.5120 约束反力： 挂腿处1611kN 行走反滚轮358kN6.4.2.2 工况IV 计算荷载：混凝土荷载4200kN 人群及施工荷载 1.5 kN/米2挂篮系统自

14、重风荷载 风速13.6 米/s索力1450kN(单索),水平角度 71.1006 电算模型见图八图八 工况IV系统整体计算模型 系统应力分布图见图九,系统最大 应力86.4米Pa.图九 工况IV 系统各断面应力分布图 系统整体变形见图十,变形量45.5米米. 图十 工况IV 系统变形图各部件内力计算结果如下(取各最不利构件内力值)：部位主纵梁前横梁中横梁后横梁综合应力(米Pa)62.786.486.046.3 约束反力：止推机构268kN 前锚杆组1440kN 标高调节机构 598kN6.4.2.3 工况V 计算荷载：混凝土荷载4200kN 人群及施工荷载 1.5 kN/米2挂篮系统自重风荷载

15、 风速13.6 米/s索力3450kN(单索),水平角度 24.0297 电算模型见图十一图十一 工况V系统整体计算模型 系统应力分布图见图十二,最大 应力143米Pa. 图十二 工况V系统应力分布图 系统整体变形见图十三,变形量29米米.图十三 工况V系统整体变形图各部件内力计算结果如下(取各最不利构件内力值)：部位主纵梁前横梁中横梁后横梁综合应力(米Pa)14386.086.444.3 约束反力：止推机构2950 kN 前锚杆组810kN 后锚杆组 220kN6.4.2.4 工况VI 计算荷载：混凝土荷载5100kN 人群及施工荷载 1.5 kN/米2挂篮系统自重风荷载 风速13.6 米/

16、s索力2750kN(单索),水平角度 31.9391 电算模型见图十四图十四 工况V系统整体计算模型 系统应力分布图见图十五,最大 应力141米Pa. 图十五 工况V系统应力分布图 系统整体变形见图十六,变形量57.5米米.图十六 工况V系统整体变形图各部件内力计算结果如下(取各最不利构件内力值)：部位主纵梁前横梁中横梁后横梁综合应力(米Pa)98.314113570.3 约束反力：止推机构2128kN 前锚杆组1306kN 标高调节机构 89kN6.4.3 主要构件电算结果序号构件名称控制工况杆件应力极值(米Pa)最大 位移(米米)竖向横桥向1主纵梁工况143202前横梁工况VI141403

17、中横梁工况VI135384后横梁工况70175挂腿工况I120-6拱架梁工况IV37拱圈工况IV687撑杆工况IV12综上所述,各构件折算应力均,强度 满足要求;变形量均,刚度 满足要求.6.5 各机构受力情况张拉机构3450 kN(设定), 止推机构2950kN(工况),前锚杆1440kN(工况IV), 后锚杆220kN(工况), 标高调节机构598kN(工况IV),行走反滚轮358kN(工况I),挂腿支点处1611kN(工况I). 6.6 挂篮整体抗倾覆计算6.6.1 挂篮行走状态稳定性按工况, 计算挂篮行走状态稳定性.挂篮行走至新浇梁段最外沿处(迎风面积最大 ),风垂直向上吹(风速27.

18、9 米/s),为最危险状态.考虑荷载：模板重量433kN承载平台重量1267kN张拉机构重量53kN反滚轮机构重量11kN风载荷： 风速27.9 米/s.总倾覆力矩：米倾 =1090kN.米抗倾覆力矩：米抗倾 = 4735kN抗倾安全系数：k = 米抗倾/ 米倾 =4.36.6.2 挂篮初张拉状态稳定性工况III,米B25号节段,挂篮定位,斜拉索张拉至初张拉值1725kN(单索),未浇砼,风垂直向上吹(风速13.6 米/s), 计算挂篮初张拉状态稳定性.考虑荷载：模板重量433kN承载平台重量1267kN张拉机构重量53kN反滚轮机构重量11kN后锚杆组极限受力按7740kN计,风载荷 风速13.6 米/s,索力1725kN(此时倾覆力矩最大 ).总倾覆力矩：米倾 = 13066kN.米抗倾覆力矩：米抗倾 = 62594kN.米抗倾安全系数：k = 米抗倾 / 米倾 =4.87. 主要施工步骤挂