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1、第1节、挂蓝结构型式简介一、挂蓝承载的力学原理挂蓝承受的力学原理是最基本的杠杆原理。上桁架是杠杆,底模平台是承重篮筐,挂在杠杆前端上。挂蓝,国外称为吊架,也有的称为移动工作车。底模平台和杠杆整体称为挑篮更为贴切。首先回顾一下杠杆原理。详见简图图1所示。三角形挂篮的桁架杠杆效应见图2所示。二、挂篮的结构组成(一)、挂篮结构按功能构造区分以三角形桁架挂篮为例(以下简称三角形挂篮)。按使用功能区分为:上桁架、底模平台、前后悬吊系统、后锚系统、外侧模板、芯模板等六个主要部分组成。外加安全防护结构。其中芯模板质量标准要求不高,一般可以现场自行制作。具体细分为:1、 上桁架是主要的承重杠杆。杆件包括三角桁
2、架、前横(桁)挑梁、后锚梁、中门桁架、中横梁、中支腿、外斜吊架等组成;2、 底模平台是悬浇梁段的工作平台。包括前后托梁、纵向分部梁及面板;3、外侧模板,每只挂篮有两块,包括面板、辅助桁架及走行滑梁、吊杆等组成;4、悬吊系统主要是提升底模工作平台。包括底模平台的前后钢吊带、吊杆,与箱梁底板吊杆(锚杆)、倒链等;5、后锚系统起到锚固抗倾覆作用。包括走行反吊架、安全锁、导轨及锚固杆,工作(悬浇)锚固装置等;6、芯模板和端模,由模板及支撑架组成;7、安全防护结构,包括上下爬梯、围栏、防护网、防落棚、防电罩等。(二)结构图示介绍,详见挂篮结构示意图图36所示。三、挂篮的结构形式1、挂篮的结构形式不管什么
3、样的挂蓝结构,其底模平台都是一样的,结构上没有大的变化。主要是承重的上桁架(杠杆)的变化。各个施工单位考虑自身材料来源、材料型号、桥梁结构要求、桁架刚度、施工方便等因素的差异,在上桁架上多做花样,作出了各式各样的变化,由此衍生出各种结构形式的挂蓝。常见的挂篮形式有菱形挂篮、三角挂篮、桁架挂篮、牵索挂篮等,由万能杆件组拼的挂篮和贝雷桁架组拼的挂篮均属于桁架挂篮。2、各类典型结构挂篮图片简介(1)、梁板式挂蓝型钢梁挂篮特点:杠杆体系明确,结构简单,杆件少,制作、安装、走行、拆卸方便;缺点:悬挑变形大、结构自重大!(2)、下承式桁架梁挑篮反挑杠杆(反作用杠杆)特点:桥面作业面开阔,钢筋笼可以整放入模
4、,腹板处反支点受力集中、需加固,走行反吊结构复杂,C型反扣吊杆制作麻烦,安装、走行、拆卸不方便,;缺点:沉降变形大、结构自重偏大,腹板下桁梁高度受限制!(3)、菱形吊蓝特点:杆件结构简单,制作简易,安装、走行、拆卸方便;缺点:变形大、结构自重偏大,前挑梁操作空间高、作业安全性差,提升杆超高容易侵上方限界,防雷电安全性差!(4)、连体挂篮属于菱形挂篮连体挂篮,在桥上负重解体、安装施工安全风险大,两次倒换施工麻烦。遇到了类似工程,建议变更1号悬浇梁段为支架现浇。(5)贝雷桁架挂蓝(1)贝雷桁梁挂篮(2)特点:利用贝雷桁架做挑梁,杆件就地取材,可节省制造费用,杆件结构简单,安装、拆卸方便;缺点:悬挑
5、沉降变形大、结构自重偏大,挑梁不能和底模平台、外侧模同步前行,走行步骤繁琐,施工周期长。(6)、牵索吊蓝特点:利用斜拉索做悬浇临时拉索,减轻结构重量,C型反扣吊杆制作麻烦,结构复杂,安装、拆卸不方便;缺点:只适用于斜拉桥悬浇,结构自重偏大!(7)、三角形桁架吊蓝此三角形挂篮后锚采用通长锚梁,后锚杆安全系数大,抗倾覆安全性高。特点:杆件结构简单,制作简单,安装、走行、拆卸方便;优点:变形小、结构自重轻便,前挑梁操作空间矮(相对桥面)、作业安全性好!(8)、挂蓝防护:防坠物软防护围和跨越结构支架满防护挂蓝安装四、挂篮结构设计原理1、挂篮结构特点、受力的基本力学原理:杠杆原理;、结构特征:悬挑梁结构
6、;、控制要点:悬挑端下挠度总量控制。2、结构设计原理挂蓝设计过程:先选型算荷载求内力选择杆件型钢类型(EI或EA)算变形最后修订!设计理念:以减轻结构重量为目标,以控制下挠度的变形总量为出发点,通过调整结构刚度EI或EA的手段,使得结构满足相关规范要求。各种结构形式的挂蓝,都是在提高刚度EI或EA的基础上衍生出来的!3、应用的力学基础知识:理论力学、材料力学和结构力学。五、相关施工技术规范对挂篮的设计要求(一)、公路桥涵施工技术规范对悬浇挂篮的要求A、“公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011”关于悬臂浇筑挂篮设计要求:16.5 悬臂浇筑16.5.1、用于悬臂浇筑施工的挂篮,其结构除应满
7、足强度、刚度和稳定性要求外,尚应符合下列规定:1 挂篮与悬浇梁段混凝土的质量比不宜大于0.5,且挂篮的总重应控制在设计规定的限重之内。(新规范取消了下限限制)2 挂篮的最大变形(包括吊带变形的总和)应不大于20mm。3 挂篮在浇筑混凝土状态和行走时的抗倾覆安全系数、自锚固系统的安全系数、斜拉水平限位系统的安全系数及上水平限位的安全系数均不应小于2。4 挂篮的支承平台应有足够的平面尺寸,应能满足梁段现场施工作业的需要。5 挂篮模板的制作与安装应准确、牢固、安装误差应符合本规范第5章的规定。后吊杆和下限位拉杆孔道应严格按设计尺寸准确预留。6 挂篮制作加工完成后应进行试拼装。挂篮在现场组拼后,应全面
8、检查其安装质量,并应进行模拟荷载试验,符合挂篮设计要求后方可正式投入使用。 B、公路桥涵施工技术规范JTJ041-2000对悬浇梁挂篮的要求15.3 悬臂浇筑15.3.1 挂篮、模板、钢筋及预应力筋1、挂篮的设计要求:挂篮质量与梁段混凝土的质量比值宜控制在0.30.5之间,特殊情况下也不应超过0.7.主要设计参数:挂篮总重控制在设计限重之内;允许最大变形(包括吊带变形的总和):20mm;施工时、行走时的抗倾覆安全系数:2;自锚系统的安全系数:2;斜拉水平限位系统安全系数:2;上水平限位安全系数:2。2、挂篮加工试拼及加载试验:挂篮所使用的材料必须可靠的,有疑问时应进行材料力学性质试验。挂篮试拼
9、后,必须进行荷载试验。3、挂篮支承平台除要有足够的强度外,还应有足够的平面尺寸,以满足梁段的现场作业需要。4、现浇梁模板的制作与安装必须正确、牢靠、安装误差应符合本规范第9.6.2条的规定。后吊杆和下限位拉杆孔道应严格按设计尺寸准确预留。(二)、铁路施工技术规范、技术指南对挂篮的要求A、铁路桥涵施工规范【TB102032002】的要求9.5 预应力混凝土连续梁(刚构)9.5.1 施工挂篮除应满足强度、刚度和稳定性外,尚应符合下列规定:1、结构形式和几何尺寸应适应梁段变化,挂篮走行能力及新旧梁段混凝土搭接的需要;2、外侧模板设计应满足翼板底坡度变化的调节,外侧翼板底模宜一端设铰接,另一端设丝杆调
10、节升降;底模板宜设计为整体模板,并应适应梁线变化及加宽的需要。曲线梁模板面宜做成与梁体曲度一致的曲面模板。3、内模板宜设计为插板式或抽屉式;4、端头模板制作和安装必须牢固、可靠;5、挂篮安装,梁体混凝土浇筑,模板拆除及挂篮走行每一种工况的整体稳定系数不得小于2.0。挂篮总重量的变化不应超过设计质量的10。6、混凝土当采用蒸汽养护时,蒸汽养护罩和挂篮应同时设计。9.5.2 挂篮组装后,应全面检查安装质量,按设计荷载作载重试验,测定挂篮各部件的变形量,并消除非弹性变形。B、客运专线铁路桥梁工程施工技术指南【 TZ213-2005】的要求5.2.2 挂篮的设计除应符合强度、刚度及稳定性要求外,尚应满
11、足下列要求: 1 悬臂吊架应有向前走行(滑移)设备。2 施工挂篮行走时其抗倾覆稳定系数不小于2。 3 挂篮总重量的变化,不应超过设计重量的10。 4 浇筑悬臂梁段时,可将后端临时锚固在已浇筑的梁段上。 5 支承平台后端横梁,可锚固于已浇筑梁段底板上。 6 挂篮吊架在浇筑梁段中所产生变形的调整,可采用调整前吊杆高度办法,也可采用预压配重调整办法。C、【TZ3242010】施工技术指南对挂篮的要求3.3.1 悬臂浇筑挂篮设计应符合下列规定:1、挂篮结构必须经过设计计算,具有足够的强度、刚度和稳定性。2、挂篮模板的结构形式、几何尺寸,应能适应梁段长度及高度、腹(隔)板厚度变化和与已浇筑梁段紧密搭接要
12、求。3、挂篮应设有纵向走行设备和抗倾覆设施。挂篮安装、走行及浇筑梁段混凝土等各种工况的抗倾覆稳定安全系数不得小于2.。挂篮锚固系统、限位系统等结构安全系数均不得小于2。4、挂篮重量必须符合设计要求。当设计无要求时,挂篮重量与梁段混凝土重之比值宜为0.30.5。(新增加了挂篮重量条款)5、挂篮应设有调控吊杆高低设备和调整模板前端高程设备。6、梁体混凝土采用蒸汽养护时,蒸汽养护设备应与挂篮同时设计,并计入挂篮重量。3.3.2 挂篮应根据实际可能发生的荷载及其最不利组合进行设计,应考虑的主要荷载如下:1、 最大浇筑节段梁段重量;2、 挂篮自重;3、 最大节段模板重量;4、 施工机具重量及振捣器振动力
13、;5、 施工人群荷载;6、 平衡重重量;7、 冬期施工防寒设施重量。六、挂篮结构的优劣比较现行桥梁施工挂篮结构形式很多。有型钢桁架挂篮、菱形挂篮、三角形挂篮、上导梁挂篮、下导梁挂篮、牵索挂篮(用于斜拉桥)等结构形式。总体比较而言,我认为三角形桁架挂篮较为优秀。理由如下:(一)、三角桁架挂篮的优点1、上桁架可以充分发挥拉杆的抗拉能力,结构可以最轻巧、自重最轻;2、安装、拆卸、走行等操作方法、步骤简单方便;3、前悬吊挑梁操作平台较低,安全性好;4、降低了前吊杆长度,挂篮的沉降量可以最小;5、悬吊杆(带)上方不超限,避免了遇高压线受限难题。(二)、从安全角度考虑,对设计的改进意见1、后锚和走行反吊装置应分开设计、分开设置、单独工作;2、吊杆、吊带、锚杆根数从均衡受力角度出发,宜少不宜多;3、上桁斜拉杆采用钢带会减少结构用钢量; 4、前悬吊杆应以钢带为主承力杆,以精轧螺纹钢筋作为辅助吊杆;5、内模板及滑梁可现场自行制作;(三)、对现行施工技术规范空缺条款的补充要求1、桥面上施工通道净空高度不应小于1.7m;2、在工作状态下,底模板的前后托梁和主桁架前悬吊横梁的最大下弯挠度、底模板的纵向分布梁最大下弯挠度不应大于L/500。3、后锚杆(带)为2根以上的多根时,应考虑不均衡降载系数,提议按70折减。4、前悬吊系统为群吊带(杆)时,应考虑不均衡降载系数,提议按70折减。21
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