预应力连续梁桥悬臂施工中挂篮的比选及应用研究

赵 丽

(长沙市公路桥梁建设有限责任公司)

悬臂挂篮施工法又称为悬臂灌注法或无支架平衡伸臂法，由于在每段桥梁施工时使用挂篮施工，不需要大型的施工设备而在预应力连续梁桥、特别是在大中跨径桥梁施工中普遍使用。在每段梁段施工时，悬臂施工把挂篮作为承受力平台，通过挂篮分别向两侧逐步地向前对称推进，并灌注混泥土即可完成梁段施工。挂篮作为悬臂施工中的关键设备，那么挂篮的选择及受力平衡方式直接影响工程的结果。

1 挂篮的分类及特点比较

在查阅的大部分的文献中，一般地将挂篮按两种方法进行分类。一种是按抗倾覆平衡的方式，挂篮可分为半压半锚固式挂篮、锚固式挂篮和压重式挂篮;另一种是按构造形式，挂篮可分为型钢式挂篮、斜拉式挂篮、桁架式挂篮和混合式挂篮。桁架式挂篮又可分为平行桁架式、平弦无平衡重式、弓弦式、菱形等，斜拉式也可以分为预应力斜拉式和三角斜拉式。

平行式挂篮(平行桁架式、平弦无平衡重式)自身荷载大，挂篮构件庞大，在实际的施工中一般都不采用。弓弦式挂篮在制作安装比较麻烦，杆件数量大，但是杆件重量都比较轻，多以常备式为主，桁高能够合理地受力且能随弯矩大小而变化。菱形挂篮是比较受欢迎的一种挂篮形式，它受力很合理能一次移动到位，而且结构非常简单。斜拉式挂篮是目前最轻的挂篮之一，重要的是它具有无平衡重的特点;但斜拉式挂篮弹性伸缩较大，长度大，在实际的应用中，特别是在跨度和梁高都比较大的桥梁施工时，就存在有一定的局限。

3 预应力连续梁桥悬臂施工中挂篮的选择及受力分析

3.1 工程背景

H桥是全长为297.43 m，桥面总宽为20.97 m的双向预应力混泥土连续箱梁结构设计，主桥变截面箱梁上部采用连续梁设计的双箱单室，梁底线形按二次抛物线设计。由张拉的时间，纵向预应力束分为前期束和后期束，在浇筑T型时前期束张拉，前期束的整束张拉控制为3 068 kN，配YM15-16型锚具，采用两端张拉，腹板下弯束张拉控制力为1 075fpk，采用16s15.24 mm的钢绞线;在浇筑完T型束以及主桥合拢时进行后期束张拉。

选择挂篮时不能仅仅只考虑桥梁的长短、跨径，更为关键的是箱梁自身混泥土的重量对挂篮的最大承受能力应做为控制目标。H桥的箱梁较一般桥梁，跨径不算大，但桥宽较宽，因此不能忽视挂篮每次所要承受箱梁混泥土的重量和外力。

3.2 挂篮的选择

挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重构架，挂篮的设计要求结构简单，重量轻，坚固不易变形能承受重力，同时要能重复利用，方便装卸。在施工时，挂篮的下面要进行模板钢筋施工，所以安装挂篮时要在底下预留足够的空间，保障施工的作业面。挂篮的锚固悬挂在已施工的前端梁段上，在挂篮上可进行下一节段的模板、钢筋、混凝土的浇筑、压浆等工作，一个节段完成后，挂篮向前推移，再进行下一节段的施工，直到完成所有节段的悬臂浇筑。考虑到H现场实际情况，通过综合分析比较各种挂篮形式的的特点，该桥悬臂浇筑施工采用自锚式三角组合梁挂篮较为合理。

3.2.1 挂篮的主要构件应力分析计算

根据H桥混凝土悬臂施工工艺要求及施工设计图纸情况，单节箱梁长度最长为4 m，最短为3.5 m，因此，经分析决定:采用的挂篮结构，主析、横梁及底模架、行走系统、悬吊系统和模板构成了挂篮的主体结构，行走采用后锚自锚式结构，用焊接的方式把杆件联结，使挂篮在现场可以方便安装。

(1)主桁结构

挂篮的主桁结构由四片三角形析桁架组成，四片主桁的三角形桁架之间通过四根上水平横梁加强形成整个横梁，挂篮前横梁设计为10根32精扎螺纹筋连接底横梁，联结的方式为焊接，主桁桁架各杆件之间通过焊接联结，杆件材料均采用140a。

(2)挂篮荷载确定

挂篮荷载决定于受力最大的梁块，即挂篮对最大的梁块都能满足要求，那么挂篮就能满足要求，因为在每一节箱梁的施工过程中挂篮的受力模型是不变的。根据H桥混凝土悬臂施工工艺要求及施工设计图纸情况发现，第四节箱梁的为最大长度4 m，混泥土的重量达到了863 kN，产生的力矩最大。因此可以根据第四节箱梁来验算确定挂篮荷载。

挂篮的重量:三角主桁梁重 31.09 kN;侧、内膜重80.97 kN;底部横梁61.12 kN、纵梁30.07 kN;底板模板重24.91 N。

由荷载冲击系数(K1)与钢钢结构加工焊缝引起重量的增加量(K2)的乘积得到挂篮结构荷载的安全系数(K)，即K=K1×K2=1.18×0.97=1.14

(3)验算挂篮主要构件的应力

挂篮的主精梁、吊带和锚固系统是主要的受力构件。如其受力图所示，挂篮自身重力、施工荷载、混泥土重力等通过前、后斜梁F2、F3传递到主桁梁F4产生下绕变形。

计算每个主桁梁的受力，所有承受力F

图2 主桁梁受力示意图

这个重量F最后通过前吊带传递到挂篮的4个主桁梁，则每个主桁梁的拉力F1是

由受力分析，F6与F1将构成一个力矩的平衡关系，F2、F3与F4三者之间也构成一个受力的平衡，也就可以得到

竖向受力方面，F5、F6与F1三者之间存在相互平衡光系，构成平衡方程，得F5

再通过建立力学，应用MIDAS软件得出挂篮主桁梁的最大弯矩为6.630 00×105 kN·mm，最大挠度应小于1 cm。由于

所以主桁满足施工要求。

四个主桁梁的受力和构成了整个前横梁承受的竖向力:P总=4×F1=132.63×4=530.52 kN，又因为挂篮前横梁设计为10根Φ32精扎螺纹筋连接底横梁，每根吊带的拉力

P=KP总/10=1.14X530.52/10=60.48 kN ［σ］=331 kN，所以满足施工要求。

3.2.2 挂篮试压

安装完挂篮后应对挂篮进行试压，目的是消除挂篮的非弹性形变，并对挂篮的安全和稳定进行检测。经指挥部、监理和监控小组同意批准后，试验方案方可开始实施。试验方案的目标是获取加载与挂篮变形的关系曲线，所以应对挂篮进行挂篮分级加载试验，为更好地检验全部挂篮的性能，在条件允许的情况下逐个对挂篮进行加载试验。

4 结语

针对当前我国预应力连续梁桥悬臂施工中挂篮的普遍使用的现状，查阅相关文献，对挂篮的分类及特点进行了总结比较，结合H桥现场施工情况进行了实证分析与研究。合理地选择挂篮施工及对挂篮重点构件和受力状况正确分析是不同类型预应力连续梁桥悬臂施工中的关键。H桥的实证试验结果表明:角组合梁式挂篮主要各构件中主桁梁、吊带受力最大，是挂篮设计和施工中重点控制构件。

［1]姚龄森.桥梁工程［M］.北京:人民交通出版社，2003.

［2]倪顺龙，郭光松.京杭运河特大桥设计与施工［M］.北京:人民交通出版社，2006.

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