預制箱梁體系中吊籃結構預應力計算

    某高速公路工程項目全線采用高架橋設計，整橋采用先簡支后連續結構體系，簡支箱梁分成左右兩幅單獨預制。在簡支變連續后澆筑帶施工過程中，需要借助臨時輔助設施，臨時輔助設施主要由吊籃支架和下部吊籃二部分組成。在設計制造之前，應對施工過程中可能出現的荷載工況進行結構計算，為施工荷載控制和裝置結構優化提供參考依據。

    吊籃支架裝置主要由三角支架、吊桿及平臺底梁三部分組成，考慮到箱梁外側懸臂較長，且有外側護欄預埋件的安裝干擾，吊籃橫橋向自后排支撐向外延伸達7.5  m，底部平臺向里延伸達5.8  m，且施工作業位置距離地面高度達20 m，屬于高空作業，施工期間安全性至關重要。材質采用Q235，底梁、橫梁、立梁由雙C14#構成，上部斜撐主要由C10#槽鋼構成，吊桿由2C8#槽鋼構成，吊桿區域斜撐、橫撐由60 mmx60 mmx4 mm的矩形管構成，底部平臺部分除部分采用C 12#槽鋼外，其余由L40x4角鋼構成，具體組裝圖見圖1、圖2。施工過程中荷載主要考慮結構自重、鋼板重量、側模板重量、人員荷載(人員荷載按500 k}計算)。

    蓋梁二側設置寬度1mx18m的掛籃，由卷揚機提升至梁底，并由6根扁擔梁將二側掛籃懸掛在蓋梁上。扁擔梁由C 12#槽鋼構成，吊桿由C 10#槽鋼構成，平臺橫向由LSOxS通長角鋼構成，吊桿側與護欄側橫撐由L40x5構成，斜撐由L30x4構成，具體尺寸見圖3、圖4，施工過程中施工荷載主要考慮結構自重、花紋鋼板重量、人員荷載(人員荷載按500 k}計算),1個臨時支座重量(按270 k}計算)。

吊籃支架計算中，僅人員荷載位置具有不確定性。裝置由吊車提升至后連續段，安裝就位前底部平臺遠離豎向吊桿一側處于懸臂狀態，安裝就位后懸臂端與蓋梁進行固定，豎向位移受到約束[f31。故分別考慮以下最不利工況:人荷載集中于外側豎桿;人員荷載集中于內側豎桿;人員分布于平臺中間;人員集中于平臺懸臂端部。經計算，當荷載位于外側吊桿時，最大應力148.2 MPa;荷載位于內側吊桿處時，最大應力128.4 MPa;荷載位于平臺中間時，最大應力117.1MPa。均小于Q235設計允許應力，故應力滿足要求[[4]
    在底部平臺懸臂端未固定約束前，當人員荷載集中于底部平臺懸臂端部時，此時上部連接橫梁應力較大，達到206 MPa，安全富余系數較小，其余桿件最大應力158.4 MPa，故此時應進行端部限載，考慮250 k}人員荷載，此時最大應力為159.1 MPa。故在施工過程中，人員從橋面沿豎向吊桿下到底部平臺及在底部平臺工作過程中，在懸臂端部與蓋梁固定之前，底部平臺荷載宜限制在250 k}較為安全。
    考慮懸臂端部與蓋梁固定之后裝置受力情況。當500 k}人員荷載位于外側吊桿時，此時最大應力為106 MPa;當荷載位于內側吊桿時，此時桿件最大應力為114.2 MPa;當荷載位于平臺端部時，此時最大應力為120.4 MPa，應力均滿足設計要求。

    底部平臺懸臂端未固定約束前，人員荷載位于懸臂最端部時撓度變形最大，此時最大撓度為45mm，撓跨比45 mm/5 600 mm=1/124，超出規范要求;當進行限載250 k}時，最大撓度24 mm，撓跨比28 mm/5 600 mm=1/233，滿足允許要求。底部平臺懸臂端部與蓋梁約束固定后，兒種施工荷載組合下結構最大撓度變形12 mm，撓跨比12 mm/5 600mm=1/466，此時滿足規范允許要求。

    為確保施工過程中吊籃支架裝置不發生整體性失穩，需對其進行抗傾覆計算。本裝置可以以后排支撐是否發生拉力為判斷傾覆的標準。當荷載集中于外側吊桿時，此時后排單個支撐最大反力為-2.8 kN，且為拉力。前排單個支撐反力為5.3 kN，為壓力。此時裝置發生整體失穩?？紤]在后排支腿所在的平臺增加混凝土配重塊。當混凝土塊重量為1.5 t時，后排支撐開始以壓力為主;當混凝土塊重量為2.5 t時，此時后排單個支撐壓力為2.1 kN，前排單個支撐壓力為28.9 kN，此時裝置整體抗傾覆滿足安全性要求。同時，可以考慮裝置的后排支撐與下方箱梁的吊裝孔之間利用錨固螺栓連接，在施工中起到安全防護作用。

    下部吊籃結構計算時，僅人員荷載和1個臨時支座荷載位置具有不確定性，分別考慮以下不利工況:荷載均位于平臺中部護欄一側;荷載均位于平臺中部吊桿一側;墩身二側吊籃荷載不對稱(單邊空載，單邊滿載);荷載集中于橫向懸臂端護欄一側;荷載位于橫向懸臂端吊桿一側。

    考慮荷載集中于橫向懸臂端外側時，豎桿和扁擔梁最大應力為116 MPa，滿足規范要求，但與豎向吊桿連接的懸臂端桿件有應力集中現象，最大應力達到232 MPa，與Q235允許應力較為接近。最大撓度21 mm，撓跨比21 mm/1 000 mm=1/48，超出了規范值1/200，故需要改變結構體系或進行局部加強。結合工程實際情況，有二種方案可供選擇:在不改變吊籃裝置的情況下，考慮卷揚機繼續帶力工作;優化吊籃裝置，考慮扁擔梁外伸，增加吊桿與護欄一側豎向連接。

    在不改變吊籃裝置的情況下，考慮卷揚機繼續帶力，特別是護欄懸臂一側。當人荷載和1個臨時支座荷載集中于吊籃順橋向外側時，構件最大應力為125.2 MPa;當人荷載和1個臨時支座荷載集中于吊籃順橋向內側時，構件最大應力為107.8 MPa;當荷載均位于懸臂一側時，豎桿和扁擔梁最大應力為98.1 MPa，但橫向懸臂外側桿件應力集中現象明顯，最大應力達到261 MPa, 'r}過Q235允許應力，故應進行加強或橫向懸臂端限載。驗算橫向懸臂一側400 k}重量，當荷載位于外側時，此時構件最大應力為145.8 MPa，當荷載集中于內側時，構件最大應力128.4 MPa}

    本裝置可以以支撐處反力是否出現拉應力為結構是否發生側翻失穩的判斷標準?？紤]墩身二側吊籃荷載不對稱(單邊空載、單邊滿載)情況，當荷載位于平臺端部橫向一側時，最大反力為12.5 kN,最小反力1.95 kN，均為壓應力;荷載位于平臺中部時，最大反力為5.67 kN，最小反力1.92 kN，均為壓應力。故墩身二側吊籃荷載不對稱時，結構穩定性滿足要求。

    考慮到裝置應力和變形較大，主要是由于結構體系不合理，即底部1 m平臺寬度較寬，懸臂較長導致，故改變結構體系，讓6根扁擔梁外伸1 m，再利用豎桿與外側護欄連接。經計算，荷載集中于護欄外側時，構件最大應力95.2 MPa;荷載集中于吊桿內側時，構件最大應力98.6 MPa;荷載均布于吊桿、護欄之間時，構件最大應力為84.2 MPa;荷載位于吊籃橫向懸臂端部時，構件最大應力115.5 MPa;單邊荷載位于吊籃橫向懸臂一側(墩身二側荷載呈反對稱布設)時，構件最大應力104.5 MPa。均小于Q235設計值220 MPa，應力滿足規范要求。同時，各工況下構件最大撓度13.2 mm，出現在荷載集中于吊籃底部橫向懸臂端部時，最大撓跨比13.2 mm/2900 mm=1/220，滿足規范要求。

    同時考慮墩身二側吊籃荷載不對稱情況(單邊空載、單邊滿載)，分別按工況6(荷載位于單邊外側)、工況7:(荷載位于單邊內側)，工況8(隨機荷載位于橫向一側)，分別進行驗算。計算結構最大應力114.5 MPa，小于設計值215 MPa;扁擔梁支撐反力均為壓應力，最大為19 kN，最小為1.75 kN，說明扁擔梁二側未出現脫空現象，整體抗傾覆滿足要求。兒種工況下構件最大撓度14 mm，最大撓跨比14    對于吊籃支架結構，在底部平臺懸臂端未與蓋梁固定約束之前，應進行端部限載，最大人員荷載宜控制在250 k}范圍內;后排支撐處應增加混凝土配重塊以防止裝置傾覆，配重塊重量宜不小于2.5 t}底部平臺懸臂端與蓋梁固定約束后，應力、變形均在規范允許范圍內，滿足安全性要求。
    對于下部吊籃結構，為防止吊籃外側變形過大，可以采用卷揚機繼續帶力工作或扁擔梁外伸，改變裝置結構體系。利用卷揚機帶力工作，吊籃裝置橫向一側端部應進行限載，最大不超過400 k}為宜。
    同時，在實際施工操作過程中，應嚴格控制荷載大小，禁止超載，并定期對裝置進行安全性檢查。如需增加荷載，應進行重新驗算后方可實施。

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