宽体挂篮的设计及应用

唐明国

(南京交通建设项目管理有限责任公司，江苏南京 210000)

悬浇法因其无须搭设落地支架、无须大型起重设备和运输设备等突出特点，在大跨径梁桥施工中成为首选的一种施工方法。江苏省内某主桥桥型为双塔单索面混凝土部分斜拉桥，桥面宽26 m，双向六车道。主跨为(63+100+63)m预应力混凝土，主桥支承体系采用墩梁分离体系，主梁为单箱三室，1号块最大重量为400 t，三向预应力体系，采用三角形宽体挂篮施工。

1 挂篮特点

应用在双向六车道以上桥梁且桥面宽度超过20 m的挂篮称做宽体挂篮。其除具备一般挂篮的节约周转材料、效率高等特点外，另有以下特点:1)主桁一般超过2个，多采用4个及以上;2)承载能力强，梁段最大块重量较大，一般超过300 t;3)横向稳定性好，不易变形。

2 挂篮设计及验算

1)挂篮体系由主桁架系统、底平台系统、模板系统、移动及固定系统组成。在设计挂篮时打破了传统主桁架悬臂设计形式，采用了后锚部分长度短于主桁架的悬臂长度的独特设计思路。三角形挂篮装立面布置图见图1。

图1 三角形挂篮立面布置

a.主桁架系统。主桁架是由6片三角形桁架组成的，在前上横梁上设固定联结点，竖向利用精轧螺纹钢连接下挂下横梁及分配梁、纵向外模移动梁以提高主桁的稳定性和刚度。

b.底平台系统。底平台系统由分配梁、前后横梁、横木等组成，底平台上铺设模板。

c.吊带系统。用以连接挂篮主桁架和底模平台，吊杆用直径32 mm的精轧螺纹钢，底板箱梁截面范围内前后设计有前14根与上下横梁联结，后14根与已浇混凝土锚固。所有吊杆处只要是悬挂则用10 t手拉葫芦做保险，同时利于放松移模架。施工中用2只50 t千斤顶对每根锚杆加有约350 kN的预紧力，使底模与成品混凝土夹紧不漏浆，而且承担混凝土浇筑时的部分竖向分力。

d.模板系统。外模板采用钢模板，与内模木模板用对拉螺杆连接，外加支撑固定。内模板支承设在内导梁上。内导梁与外导梁结构一致。在有隔墙的箱室采用组合模板，以便于拆移。

e.移动及固定系统。挂篮移动时，使用千斤顶提升，在支撑点和后压横梁处放上滚筒，由锚固在箱梁上的锚杆来平衡倾覆力矩，由手动葫芦前移。固定时，将支点和后压横梁处的滚筒抽出，采用箱梁翼板及顶底板上留孔穿预应力筋连接并锚固，将将后压横梁与主桁锚固。

2)挂篮验算。

a.主桁受力分析。挂篮是由6片主桁组成，根据对上横梁的受力分析，可知6片主梁受力不相同，取最大受力:p=1.25ql=1.25×90.6×6.625=750.3 kN 来验算主桁。将斜拉式挂篮简化为铰支结构，主桁杆件受力简图如图2所示。

图2 挂篮主桁受力图

b.主桁架挠度验算。计算主桁架挠度以计算C点的竖向位移为准。根据计算可知AB杆，BC杆，BD杆，AC杆所受的轴力为:NAB=1 366.2 kN，NBC=－1 171.1 kN，NBD=－1 777.9 kN，NAC=－899.7 kN。

当荷载变为单位荷载时，AB杆，BC杆，BD杆，AC杆所受的轴力为:¯NAB=1.822 kN，¯NBC=1.562 kN，¯NBD=－ 2.371 kN，¯NAC=－1.2 kN。

C点的垂直位移为:

c.挂篮抗倾覆验算。挂篮在悬臂浇筑时的抗倾覆验算，即是验算主桁后锚的扁担梁。根据图纸设计，每榀主桁后锚梁分别为后锚扁担梁A，B和轨道扁担梁，共8个锚点。根据前面对主桁架的分析，单榀桁架最大的后锚力为750.3 kN。

所以抗倾覆弯矩为:W抗=(300×8)×3.5=8 400 kN·m。

前吊带产生的弯矩为:W=750.3 ×4.8=3 601.4 kN·m。

挂篮在前移时的抗倾覆验算。

第一，荷载。挂篮空载前移时，作用于主桁架前端的荷载:

F1=前横梁自重=6 480 kg。

F2=0.5 × 底篮自重=0.5 ×15 077.04=7 538.52 kg。

F3=0.5 × 滑梁自重=0.5 ×(1 111.7+651.79)=881.745 kg。

F4=0.5×(侧模 +内模)=0.5×(2×12 818.02+2×4 566.7)=17 384.72 kg。

F5=钢吊带自重=3 080.74 kg。

风荷载取800 kPa，作用面积取 3 ×7 ×1.1=23.1 m2。

竖向风荷载:F风=800×23.1×0.4=7 392 kN。

作用于单榀主桁架前端的荷载(冲击系数取1.1):

单个行走小车承受的反力:F=p=20.2 t。

第二，行走小车钢吊带强度。行走小车钢吊带采用16Mn钢，截面为200 mm×20 mm。

第三，行走小车车轴强度。行走小车车轴采用45号钢，直径70 mm。

3 宽体挂篮悬浇施工操作要点

3.1 箱梁0号梁段施工

0号梁段施工一般采用落地支架和墩身预留牛腿托架的方法施工，前者多用在墩身低于20 m时，后者用于墩身较高或不具备落地支架施工条件的情况。该梁段的施工主要是为挂篮提供拼装平台。

3.2 挂篮拼装

在已浇0号块上整体拼装。按照主桁支承、主桁、前后上横桁及吊挂系统、底平台、锚固的顺序逐步安装。拼装完成后，通过葫芦将挂篮前移，再将底模、侧模系统起吊到位，通过吊带销接完成全部拼装。1)主桁结构拼装。在箱梁0号顶面作为工作平台，拼装主桁横向连接件。安装后锚装置，并用张拉油顶对后锚杆施加部分应力(35 t)，以消除间隙和抵抗箱梁混凝土浇筑时的不平衡重力。安装吊带、吊杆、分配梁以及液压提升装置等前后模梁桁片与吊杆。2)底平台和模板结构拼装。使用千斤顶提升，将底模后横梁锚固在已浇筑节段端部底板。翼缘板处钢吊带将外模滑梁吊起。侧模连接成整体后直接悬挂在外模滑梁上。安装侧向工作平台。

3.3 挂篮试验

1)制作挂篮完成后应组织验收，挂篮结构各部位是否按照计算书和设计图进行选材制作。验收合格后在现场进行挂篮拼装，并进行荷载试验的准备工作。2)荷载试验时，加载时应按设计图纸中最大节段的重量的1.2倍考虑，并按 30%，50%，80%，100%，120%的重量采用油顶逐级加压，观查挂篮主桁杆件在逐级加压下有无异常发生并测量其产生的变形值，如加压120%后主桁无异常变化且变形值小于2 cm可认为挂篮安全系数是符合要求的。3)挂篮在0号段上拼装完后，对挂篮进行最大梁段重量的1.2倍进行预压，消除挂篮各结构产生的非弹性变形。桥梁监控过程中应将挂篮的弹性变形量计算到各梁段施工的立模标高中。

3.4 挂篮移动

悬浇段在预应力张拉完成后，可以进行模板落架，挂篮前移。在落模时解除所有与混凝土连接的锚固和对拉螺栓，只有后上横梁及后下横梁有两边侧吊杆相连，前上横梁及前下横梁吊带下落一部分使底平台与混凝土分离，挂篮处于悬空状态。将挂篮后端锚固释放，在支点和后锚横梁处设置滚筒，用手拉葫芦牵引前移到下一节段施工。

3.5 挂篮安装及使用时的注意事项

1)挂篮在上0号块前，须在地面上进行预拼装并检查和检测主要部件是否有异常变形。2)锚固预埋构件是挂篮施工的重要部件，须确保构件的材质合格且无受损现象。锚固预埋件一般会使用部分腹板处的精轧螺纹钢筋。锚固预埋件必须做承载力试验。3)挂篮设计时，支点位置应设置在混凝土箱梁的肋上并应在支点的下方加设钢板，以免箱梁顶板承受较大的集中荷载而遭受破坏。4)要认真做好挂篮的安全防护设施，挂篮的上、下层必须有安全通道，挂篮三面应由工作平台并进行临边设置，对于通车道路或航道上方的挂篮应从挂篮的底部用密目网全封闭。5)挂篮使用前，应按要求进行加载试验，以确定各承载部件能否达到施工要求。加载的重量为设计最重的箱梁段重量的1.2倍。采用逐级加载方法进行并做好有效的防倾覆措施。6)挂篮在移位前，须进一步完善挂篮的安全防护设施确保移动时不会有物件发生坠落，挂篮处的作业人员应暂停施工，行走移位各作业人员接受安全技术交底，明确到各个岗位，将安全隐患进行排查后方可进行挂篮的行走作业。7)挂篮移动应在张拉作业完成后进行。挂篮移动时，应安排专人进行指挥，两侧挂篮对称前移，减少两侧的不平衡从而减小临时固结处的受力;6片主桁在手拉葫芦牵引时必须同步一致工作，严防挂篮行走偏位，造成挂篮受扭力破坏而酿成事故。

4 结语

本工程采用4套挂篮同时施工，有效的缩短了工期，提高了经济效益。由于挂篮是自行设计并制造，经过了多次优化及验算，减小了材料用量，节约了成本。由于宽体挂篮具有自重轻、刚度大、施工易控制、加工简单、拼装方便等特点，因此越来越多的应用在城市环城高架桥梁的双向六车道及以上车道的高墩、大跨径桥梁的多箱室宽体桥梁的悬臂施工。

［1］路桥施工计算手册［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］GB 50017-2003，钢结构设计规范［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.