悬臂施工用菱形挂篮分析

熊辉 XIONG Hui

（柳州铁道职业技术学院，柳州 545007）

（Liuzhou Railway Vocational Technical College，Liuzhou 545007，China）

摘要： 结合普安1＃段混凝土悬臂浇注施工过程，对施工中使用的菱形挂篮进行内力及稳定性分析，计算分析结果通过了各项强度及稳定性指标。

Abstract: Combined with the process of 1# section cantilever concrete pouring construction, this paper analyzes the internal force and stability of the construction with rhombic hanging basket. The computational analysis results show that the strength and stability indicators can meet the requirements.

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关键词 ： 悬臂浇注施工；菱形挂篮；内力；稳定性

Key words: cantilever pouring construction；rhombic hanging basket；internal force；stability

中图分类号：TU318 文献标识码：A

文章编号：1006-4311（2015）06-0138-02

1 工程背景简介

普安1、2号桥为分离式单幅桥，主桥为85m+160m+85m预应力混凝土连续刚构。主桥连续刚构上部结构为变截面箱形梁，单箱单室三向预应力构造，其中主墩上的0号块长14m，顶面设2%横坡，底板横向水平，顶板横坡由腹板高度调整。顶板宽度12.5m，底板宽7m；顶板厚度为50cm，腹板厚度为70cm，底板厚度100cm。砼方量455.97m3，重量为1185.52t,箱梁分段最大重量213.1吨。挂篮设计也悬臂阶段重量最大段的1#节段为设计荷载，由于箱梁为单箱单室，所以挂篮采用两片主桁，两主桁间距为6.3m，挂篮底模长5.0m，前下横梁长9.3m，后下横梁长13.1m。挂篮的后下横梁采用两根槽钢焊接而成，底板纵梁、前下横梁为工字钢，前、后上横梁为桁架结构，立柱用钢板焊接成箱形截面。

2 主要材料属性及有限元模型

计算程序分别采用大型结构分析有限元程ANSYS和MIDAS，由于两种程序计算结果基本吻合，所以以下分析结果均采用程序ANSYS来作说明。挂篮计算模型采用三维空间模型，模型一共5212个单元。模型中1号段混凝土采用Solid45体单元，菱形挂篮的立柱、下弦杆、前上横梁、后上横梁、前下横梁、后下横梁以及底板下纵梁均采用Beam188梁单元，菱形挂篮的前后竖向吊带以及前后腹杆均采用Link10拉杆单元。

1号段箱梁采用50#混凝土，混凝土的弹性模量取3.5×108Pa，泊松比取0.2，密度为2600kg/m3；挂篮主要构件均采用普通钢材，钢材的弹性模量取2×1011Pa，泊松比取0.33，密度为7800kg/m3。菱形挂篮整体图和菱形挂篮整体构件图见图1、图2。（注：为了偏安全考虑，模型在一些部位或者构件上作了简化。）

3 菱形挂篮内力计算结果

有限元分析计算如图3，4所示，计算结果分析如下：

①菱形挂篮在底板下纵梁处竖向位移较大，其最大值为0.016m。②菱形挂篮后上横梁上缘、底板下纵梁下缘以及后下横梁中部最大主应力较大，其最大值出现在后下横梁中部的锚固点上，其最大值为343MPa，由于此应力值在模型中为施加约束的地方，所以会产生应力集中，但在实际中由于后下横梁在混凝土的制约下，不会产生较大的应力值。除应力集中部位外，整个挂篮的杆件在施工中产生的最大应力值为152MPa，小于钢结构容许应力。

4 菱形挂篮屈曲分析

菱形挂篮的前两阶屈曲模态如图5，6所示。

通过菱形挂篮特征值屈曲计算，可以看出结构前三阶屈曲模态值分别是1.153、1.153和2.042。

结构在临界荷载作用下，变形主要为吊杆和底板下纵梁横向摆动，由于结构很难在横向产生激扰力，这种变形几乎不会发生，所以结构屈曲分析结果也安全。

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参考文献：

[1]钢结构设计规范GB 50017－2003，中国工程建设标准化组织翻译，中国建筑工业出版社出版，2006，9.

[2]陈绍蕃，顾强.钢结构基础，中国建筑工业出版社出版，2003，2.

[3]祝效华.ANSYS高级工程有限元分析范例精选，电子工业出版社，2004，10.