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1、连续箱梁悬浇挂篮标准化设计 旷新辉，潘诚文等作者简介：旷新辉（1977-） ，男，工程师，电邮：。1连续箱梁悬浇挂篮标准化设计旷新辉，潘诚文，甘 晶，夏俊杰（湖北省路桥集团有限公司，湖北 武汉 430000）摘 要：我国目前所用挂篮大部分为施工单位自行设计制造，处于“笨、重、粗”状态，其结构形式、荷载级别、悬浇长度各异，不利于挂篮周转使用。本文通过调研国内连续箱梁设计参数，提出挂篮荷载分级，设计通用型的可变幅挂篮结构，并对该挂篮细部结构进行分析，给挂篮设计和制造的同行提供一个参考。关键词：连续箱梁；挂篮；标准化；设计一、 前言：挂篮是连续箱梁悬臂施工的主要设备，我国目前所用的挂篮，基本上都是施
2、工单位根据所承建工程的需要，结合自己拥有的器材自行设计制造，大部分都处于“笨、重、粗”的状态 2，其结构形式、荷载级别、悬浇长度各异，不利于挂篮周转使用。本文针对以上情况，通过调查国内现有连续梁桥（含刚构）的设计情况，提出挂篮设计荷载分级，结合菱形挂篮、三角挂篮、弓弦式挂篮的特点，提出了可变幅挂篮的设计思路，通过数学分析方法找出可变幅挂篮的最佳设计尺寸，并对该挂篮细部结构进行分析。抛砖引玉，希望能给挂篮设计和制造的同行提供一个参考。二、 目前国内连续箱梁设计参数：根据国内外连续梁桥（含连续刚构）统计资料分析，支点处主梁高度一般为主跨的1/151/20，跨中高度一般为主跨的 1/301/60，其
3、中铁路桥梁取大值 1。以下表 1表 3 分别为公路连续梁、公路刚构桥、铁路连续梁比较有代表性的桥梁设计尺寸。表 1、公路桥梁连续箱梁设计参数（m/t ）桥梁编号 1 2 3 4 5 6主跨跨径 90 90 110 120 150 165零号块长 11 13 12 12 15 8零号块高 5.2 5.5 6.5 6.8 8.09 8.8顶板宽度 15.3 19 15.5 17.6 12 15.4顶板厚 0.26 0.35 0.25 0.39 0.3 0.28腹板厚 0.8 0.7 0.8 0.68 0.75 0.9底板宽度 7.25 6.92 7.5 9 7 7.5底板厚 0.8 0.8 0.6
4、7 0.85 1.15 1.1合拢段长 2 2 2 2 2 3合拢段高 2.5 2.7 2.5 3 3.39 3顶板宽度 15.3 19 15.5 17.6 12 15.4顶板厚 0.26 0.35 0.25 0.3 0.3 0.28腹板厚 0.5 0.55 0.5 0.46 0.55 0.4底板宽度 7.25 8.78 7.5 9 7 7.5底板厚 0.25 0.35 0.25 0.3 0.6 0.3标准节长 3.54 3.54 34 34 2.53.5 2.54最大悬浇 155 171 182 187 131 156备注：1、海口市新东大桥，60+290+60 ；2 、南水北调丹江口汉江大
5、桥，50+790+50；3、G104 新徐舍大桥，65+110+65； 4、常德沅水大桥，84+3120+84；5、丹江口二桥，88+2150+88 ；6、南京长江二桥北汊桥，90+3165+90。表 2、公路桥梁连续刚构设计参数（m/t ）桥梁编号 1 2 3 4 5 6主跨跨径 170 200 210 240 250 270零号块长 12 18 15 13 16 12零号块高 10.6 12 13 13.5 13.8 14.8顶板宽度 12 12.5 22.5 22 15 15顶板厚 0.28 0.28 0.28 0.25 0.25 0.25腹板厚 0.65 0.7 1.2 0.8 0.7
6、 0.6底板宽度 6.5 6.5 11 11.5 7 7底板厚 1 1.1 1.5 1.2 1.5 1.3合拢段长 2.5 2 2 3 3 2合拢段高 3.6 3.5 4 4 4.3 5顶板宽度 12 12.5 22.5 22 15 15顶板厚 0.28 0.28 0.28 0.25 0.25 0.25腹板厚 0.45 0.4 0.5 0.5 0.4 0.4底板宽度 6.5 6.5 11 11.5 7 7底板厚 0.3 0.32 0.32 0.32 0.28 0.32标准节长 34 3.54.5 2.23.5 2.24 3.54 35连续箱梁悬浇挂篮标准化设计 旷新辉，潘诚文等作者简介：旷新辉
7、（1977-） ，男，工程师，电邮：。2最大悬浇 183 241 242 257 305 240备注：1、紫阳汉江特大桥，95+2170+95 ；2、龙潭河大桥，106+3200+106 ；3、河耳沟特大桥，122+210+122；4、江津长江大桥，140+240+140 ；5、重庆黄花园大桥，137+3250+137 ； 6、虎门大桥辅航道桥，150+270+150。表 3、铁路桥梁连续箱梁设计参数（m/t ）桥梁编号 1 2 3 4 5 6主跨跨径 48 64 80 100 108 120零号块长 8 8 12 14 7 12零号块高 3.6 6.05 6.65 7.85 7.5 9.6顶
8、板宽度 7 13.4 12 13.4 6.5 13.4顶板厚 0.34 0.4 0.4 0.6 0.35 1.2腹板厚 0.6 1.2 0.9 1 0.7 0.9底板宽度 3.8 6.7 6.7 6.7 5.1 6.7底板厚 0.5 1.2 0.92 1.2 1.1 1.2合拢段长 2 2 2 2 2 2合拢段高 2.6 3.05 3.85 4.85 4 5.6顶板宽度 7 13.4 12 13.4 6.5 13.4顶板厚 0.34 0.4 0.4 0.4 0.35 0.4腹板厚 0.4 0.48 0.48 0.6 0.35 0.55底板宽度 3.8 6.7 6.7 6.7 5.1 6.7底板
9、厚 0.3 0.4 0.4 0.6 0.4 0.5标准节长 34 3.54 2.73.5 3.54 34 3.54.5最大悬浇 71 159 137 162 152 196备注：1、枣临铁路 G206 立交 2#大桥，32+48+32；2、郑西客专渭南渭河特大桥，40+64+40；3、杭长客专岳汝立交特大桥，48+80+48；4 、京津城际杨村特大桥，60+100+60；5、宜万铁路双流特大桥，60+108+60 ；6、郑西客专咸阳渭河特大桥，75+120+75。三、 挂篮荷载分级：根据调查的公路连续箱梁、刚构桥，铁路连续箱梁桥结构尺寸和最大悬浇荷载，本文拟将挂篮按照以下荷载级别进行分类：表
10、4 挂篮荷载分级表荷载等级 节段重 t 最大节段长 m 备注轻载 160 3.54 常用中载 200 44.5 常用重载 260 3.55 常用特重载 320 4 不常用备注：由于特重载挂篮不常用，故不单独进行设计，可采用两套轻载挂篮代替一套使用（每腹板采用双桁片） 。四、 通用型挂篮设计理念：1、可变幅的通用型挂篮利用顶部收缩杆（2 号杆）进行角度调节，使其能够适应不同长度的悬浇节段施工。该结构受力状况介于菱形挂篮和三角挂篮之间，与弓弦式挂篮受力类似。其主要受力结构如下图所示：图 1 可变幅挂篮上部结构力学简图2、可变幅挂篮的两个三角架可作为箱梁零号块支架使用，以节约零号块支架措施费用。五、
11、 主要计算公式推导：1、通用型挂篮各杆件角度最优化分析：为确保挂篮结构轻巧，构造了以下一个函数：1)(i)=7=1（ 1） 上式中 Ni 为 i 号杆内力； li 为 i 号杆长度； 为压杆稳定系数，杆件受拉时 取 1，本文中受压杆件 取 0.5。*1)式中 Ni 与杆件的截面积 Ai 成正比，上式为挂篮结构重量的优化函数，当 1)取极小值时挂篮结构最优，以此求出 i 的函数关系。利用几何关系求出 Ni 和 li，代入 1)式化简为：2)AB其中 ；A=7sin(1)sin(3)sin(5)sin(7)sin(2)sin(4)sin(6)B=2cot(1)+3cot(2)+3cot(3)+3c
12、ot(4)+3cot(5)+3cot(6)+3cot(7)当 B 取零值时代表一个特例，杆 1、2 、3为半径为 l7 的一个半圆弧（弓弦式挂篮的优化目标: 节点内接于半圆） 。实际上所有杆件均为直线，必须满足以下方程：a1+a2+a3+a4+a5+a6+a7=2.5 3)挂篮的优化目标是尽量满足 A 和 B 同时取较小值。2)式中 B 变化率大于 A，主要考察 B 式角度取值，考查 cot（x）曲线（见图 2） ，ai 应尽量取 /4/2 之间的角度值，若能保证 ai 中连续箱梁悬浇挂篮标准化设计 旷新辉，潘诚文等作者简介：旷新辉（1977-） ，男，工程师，电邮：。3有部分角度取 /2 则
13、更佳。当 a3、a4 、 a5 取 /2 时为菱形挂篮优化设计目标；当 a1、a4 、 a5 取 /2 时为三角形挂篮优化设计目标；通用型挂篮设计另外一个设计目的是采用挂篮的三角架安装在墩身上作为零号块的支撑架使用，以节约零号块支架投入，此时当a3、a6 取 /2 ，通用型变幅挂篮 2)式化简为：4)AB其中 ；A=7sin(1)sin(5)sin(7)sin(2)sin(4)B=2cot(1)+3cot(2)+3cot(4)+3cot(5)+3cot(7)a1+a2+a4+a5+a7=1.5 5)0.25 a1、a2、a4、a5、a70.5 6)sin(x)cot(x)cos(x)图 2 s
14、in(x)，cot(x)，cos(x) 函数图（x=/4/2）*上图中，当 cot(x)=sin(x)时， sin(x)=0.786，cos(x)=0.618（黄金分割比例） 。考虑到加工方便，同时作为零号块支撑时两个三角架尺寸应一致，令 ， ，则a2=a7a4=a54)式变化为:7)Pl7(2cos(1)+6sin(1)(cot(2)+cot(4)将 代入 7)式，展开a1=1.5 -2a2-2a4化简为：- 7sin(2)(4)(14sin(4+32)74sin(2+4)+54sin(32+34)+14sin(34+2)8)将上式中 a2 与 a4 参数互换，发现函数关系没有发生变化，故上式所代表的曲面一定对称于 a2=a4 平面，在 a2=a4 平面和函数曲面的交线上一定有函数的极小值。故可推测通用型可变幅挂篮最优化的角度关系为：a3=a6=0.5 9)a2=a4=a5=a7=（3/8 -a1/4 ） 10)则通用变幅挂篮优化函数为：27（ cos（ 1） +6sin（ 1） cot（ 3814） ）11)选择黄金分割比例， 令：a2=a4=a5=a7=arccos(0.5-50.5/2)=51.82729237，使得挂篮结构受力合理，造型美观，此时a1=62.69083051。以上为通用型可变幅挂篮优化设计角度。2、通用型可变幅挂篮各尺寸参数的确定：表 5 挂篮杆件尺
