三角挂篮与菱形挂篮在悬臂施工中的比较分析

牛新永

62052219890403 **** 甘肃天水 741000

摘要：随着经济的发展,人们对城市道路及航道运输的需求日益增加,城市化进程也出现了迅速的发展。多处河道上原有老式桥梁已不能满足现阶段航道运输及车辆通行需求。大量河道中的老桥需要拆除后新建大跨度悬臂梁桥。受河流空间环境制约,大跨度桥梁大多使用悬臂挂篮施工方法。本文以实际工程出发,对三角挂篮及菱形挂篮进行对比分析,为同类型悬臂施工挂篮形式的选取提供参考。

关键词：悬臂施工;三角挂篮;菱形挂篮;悬臂施工

引言

大跨度桥梁结构施工的技术管理是确保桥梁施工质量的重要手段。目前，铁路工程的运行压力比较高，需要改善铁路桥梁结构的施工质量。桥梁施工技术应根据实际需要选择，加强技术管理，确保铁路桥梁结构施工的整体质量，为铁路进一步发展提供结构保证。

1悬臂施工技术

在悬臂梁施工技术的过程中，桥墩通常被用作施工工作的基点，并被推进到桥的两端。悬臂施工的具体操作过程也是混凝土结构的浇筑过程，在悬臂施工中，必须先进行框架安装，然后再浇筑混凝土结构，悬臂施工也可以与预制技术相结合。首先制作梁结构构件，然后进行构件安装，悬臂施工时，可以采用单一的施工方法，也可以结合两种施工方法的优点。但在悬臂施工中，需严格把控施工质量技术管理。悬臂梁施工技术应用中，由于对桥墩的压力比较高，所以桥墩的施工技术要求相对较高，尤其适用于具有稳定基本结构的一些类型的桥。悬臂梁结构技术用于建造具有大跨度和复杂应力结构的桥梁，适用性较低。

2大跨度悬挑网架的合理结构布置

结构布置既要满足结构的受力要求，又要满足经济合理要求，还要满足建筑专业对于其使用方面的要求。网架有很多种类。按照大类来分，可分为交叉桁架、四角锥体系、三角锥体系。交叉桁架又可分为：两向正交正放网架、两向正交斜放网架、两向斜交斜放网架、三向网架和单向折线形网架5种。四角锥体系则可细分为：正方四角锥网架、正放抽空四角锥网架、棋盘形四角锥网架、斜放四角锥网架和星形四角锥网架。三角锥体系的细分种类则相对较少，主要有：三角锥网架、抽空三角锥网架和蜂窝三角锥网架。网架还可按照弦杆的层数来进行分类。一般的工程项目采用单层网架，有重载和其他特殊要求时，则可增加网架的层数，可采用3层甚至多层网架。但是这种网架由于杆件层数较多，节点构造也相当复杂，造价也较高。北苑北综合交通枢纽工程屋面中间跨度26.1m，两侧各悬挑13.1m，纵向柱间距26.1m。首先根据跨度、荷载以及交通枢纽换乘大厅柱子分布的特点选定其平面形式。柱的排布方式以及空间要求决定了其点支撑的形式。由于2个方向桁架跨度接近，2个方向桁架受力比较均匀。在此条件下，两向正方四角锥能发生整体空间作用，具有良好的受力特性。因此，该工程选用下弦点支撑两向正交正放四角锥网架。

3菱形挂篮与三角挂篮对比分析

3.1有限元模型建立

根据设计图纸,对三角挂篮及菱形挂篮的主要构造进行了结构建模,采用桥梁有限元分析程序MIDASCivil进行结构分析。计算中对传力作了如下的假定。（1）箱梁顶板混凝土、内模支架、内模重量通过内滑梁传力至已浇筑完成的前一个节段的箱梁顶板及挂篮主桁的前上横梁。（2）箱梁翼缘板处模板及混凝土重量通过其下的外滑梁传力至已浇筑完成的前一个节段的箱梁翼板和挂篮主桁的前上横梁。（3）箱梁底部模板及底板、腹板砼重量由纵梁及钢吊带传力至已浇筑完成的前一个节段的箱梁和挂篮主桁的前上横梁。挂篮结构计算模型见下图,包括主桁架、立柱间横向连接系、前上横梁、底篮、导梁等所有的承重系统。

3.2网架与支撑排架柱体系的整体分析

当前结构设计软件较多，但目前尚缺乏一种能够综合对钢网架及下部混凝土或型钢混凝土结构进行整体分析并得到理想求解结果的软件，一般需要采用多种手段联合进行分析。然而，整体分析钢网架与下部混凝土结构或型钢混凝土结构，对于确定其支座做法以及结构的整体安全是非常重要的。若没有合理有效的整体分析往往会导致整体结构不安全或构件过于粗大造成浪费。一般公共建筑，上部屋盖采用钢网架屋面结构而下部采用混凝土或型钢混凝土的情况较为多见。因此，在设计和分析时需采用多种工程分析软件并结合基本的工程力学概念对钢网架及其下部结构进行整体分析，以获得更接近于实际情况的数值模拟结果。北苑北综合交通枢纽大跨度悬臂钢网架屋盖采用如下分析方案。首先利用简化支座模型进行杆件设计，设计完成后进行准确且有意义的整体分析。

3.3主桁架受力分析

由外形观看,三角挂篮、菱形挂篮主桁架均由两个直角三角形构成,主桁5根杆件分别以A1、A2、A3、A4、A5代号进行表示。每个杆件采用相同截面形式型钢方管,尺寸截面400mm×300mm,壁厚14mm。两者主桁整体区别在于菱形挂篮将三角挂篮由A2、A4、A5组成的三角形进行倒置,如图1及图2所示。相应的总体受力也发生改变,在外力作用下,两者挂篮模型各杆件受力经分析如图1及图1所示。A4杆在三角挂篮中为受压杆件,在菱形挂篮中变为受拉杆件;A5杆在三角挂篮中为受拉杆件,在菱形挂篮中变为受压杆件。同时对两者总体受力大小进行比较：三角挂篮A2立杆受力较大为2832kN,A3、A5斜杆受力基本一致为1955kN,故在杆件选取上主控A2立杆的材料强度及截面面积。菱形挂篮A2立杆受力适中为1445kN,A3、A5杆件受力大小相同为1980kN,但一个受压、一个受拉。三角挂篮A2立杆杆件受力几乎为菱形挂篮的2倍,故三角挂篮杆件立杆选取时需进行加强。因此从主桁架轴力情况来说,菱形挂篮优于三角挂篮。

图1　三角挂篮主桁轴力图（单位：kN）

图2　菱形挂篮主桁轴力图（单位：kN）

3.4现场主管拼接

现场主管拼接前，先依据固定劲板位置线布置主管拼接胎架，然后利用全站仪或经纬仪在胎架上放出拼接控制线，根据主管拼接施工图放置需要拼接的主管并焊接固定劲板固定，拼装完成后用于正常桁架拼装。

结束语

综上所述，铁路桥梁施工是一项复杂而系统的工作，其施工技术和质量控制涉及到各个方面的细节，铁路桥梁的复杂性特点要求施工人员需要具备较高专业型，从政策和手段上加强铁路桥梁施工企业的建设，施工技术和质量管理体现在工程的每一个细节中。在施工过程中，桥梁施工工作非常重要，直接影响整体施工质量，为保证工程施工质量，施工中严格按照设计要求进行施工，以保证有效施工的质量和效率，进而可以极大地提高铁路使用年限，保证我国铁路施工企业铁路桥梁施工质量，以此来提高人民生活水平，保证铁路运输的安全运行。

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