下承式施工挂篮设计研究

李帆

摘要：文章从挂篮主梁设计、挂篮结构设计、挂篮荷载试验检测、挂篮应用等方面，阐述了挂篮设计理论，并将设计的挂篮应用于某桥梁建设施工中，取得了良好的施工效果，验证了所提出的挂篮设计理论的合理性，可为类似施工提供参考。

关键词：挂篮设计;挂篮结构;压载试验;挂篮应用

This article describes the design theory of hanging baskets from the aspects of hanging basket main beam design，hanging basket structure design，hanging basket load test and hanging basket application，applies the designed hanging basket to the construction of a bridge，and obtains the good construction effect，which verifies the rationality of the proposed hanging basket design theory，thus providing the reference for similar construction.

Hanging basket design;Hanging basket structure;Ballast test;Hanging basket application

0 引言

在桥梁建设中，挂篮作为桥梁梁体浇筑的重要工具，其设计是否合理影响着桥梁的质量及施工效率。所以挂篮设计是施工人员及设计者最为关心的问题，研究挂篮设计具有重要的现实意义。

本文以某桥梁建设施工项目为研究载体，选择下承式施工时分别从挂篮主梁设计、挂篮结构设计、挂篮荷载试验检测、挂篮应用四个方面展开论述，在实践应用中取得良好的施工效果，完善并验证了施工中挂篮设计理论，可为类似施工提供参考。

1 项目详情

以某桥梁建设为例，其主桥属于双塔双索面斜拉桥，起止里程分别为CH0+756.250与CH1+234.750。该主桥为三跨形式，其跨径依次为117.5 m、240 m、117.5 m。主梁与斜拉索均采用双塔门式柱。该主桥及主梁结构分别见下页图1和图2。

2 主梁设计

2.1 主梁断面介绍

主梁选择预应力混凝土肋板式连续梁，混凝土选择等级为C60。将主梁划分为19个部分，并分别依次编号0～18。主梁标准截面桥面宽度为3 460 cm，主梁高度与宽度分别为280 cm、260 cm，面板厚度为280 mm。桥面设计为双向横坡，其坡度为2.5%。梁上索距设计为600 cm，边跨现浇区段索距设计为400 cm。在主梁上设计75道横梁，其位置为每对拉索处，横梁厚度设计值为0.35 m。这样既能保证主梁横向刚度，提升桥面板承力能力，也能避免斜拉索受力不均匀现象的产生。

2.2 施工技术难点解析

（1）主梁边主梁、顶板与横隔板分段进行浇筑。斜拉索施工工艺流程为：浇筑首段混凝土后，依次张拉第n段纵向钢绞线、第n-1段与第n-2段纵横隔板横向钢绞线;安装首次张拉第n段斜拉索后，挂篮移至第n段;再次张拉第n段斜拉索后，浇筑第2段混凝土后完成第n段斜拉索的第3次张拉工作。主梁悬浇时不需要斜拉索辅助完成。

（2）考虑到主梁悬浇施工工艺特性，借助成熟的后支点挂篮悬浇，施工控制难度很大，尤其线性控制与挂篮刚度很难保证。

（3）横断面边主梁、横隔板与顶板单个区段浇筑，其缝隙处混凝土开裂现象较多。

（4）横向预应力索施工困难较多。

3 挂篮结构研究

3.1 挂篮结构设计

施工图纸与设计报告中指出，主梁悬浇挂篮必须达到设计标定的强度和刚度，每个挂篮质量控制在225 t以内。施工方定期对挂篮作用在主梁支点的位置进行计算，结合设计单位意见最终确定。施工单位要充分考虑主梁特性完成挂篮结构设计。

3.1.1 设计目的

基于项目实际情况，挂篮结构必须简洁，受力合理，整体刚度达标，制作简单，便于调整，并且施工投资小，平面与标高调整时设备易获取。

3.1.2 设计理念

在该项目中挂篮主体构造的设计理念具体有以下5点：

（1）按照业主需求，挂篮设计参考国内设计标准，借助极限状态设计理念完成;

（2）挂篮选择下承式挂篮，选择桁架结构设计承载平台;

（3）利用前后双挂腿结构设计行走方式，这样可以提升行走时的结构承受力;

（4）充分结合挂篮施工特性，挂篮设计去除传统的纵向止推與张拉机构;

（5）因为挂篮需要加工后利用集装箱送到施工地点，所以挂篮各部件尺寸不得超出集装箱尺寸。

3.1.3 技术革新

（1）挂篮施工工艺应用广泛，达到主梁边主梁、横隔板、顶板等结构逐次浇筑的施工要求。

（2）行走机构选择液压油缸驱动的全自动步进行行走，省时省力。

（3）悬吊杆角度可以随时调节，使得吊杆受力均衡。

3.2 挂篮结构介绍

挂篮主要构造包括承载平台、悬吊系统、行走机构、模板等部分。

3.2.1 承载平台

承载平台由多个构件搭建，主要有主纵梁、中横梁、后横梁、中挂腿、后挂腿等。两个平行的三角形桁架搭建成主纵梁，主纵梁包括上部水平梁与下部桁架，两者通过螺栓连接。挂篮行走过程中，挂篮的中部与尾部利用中后挂腿悬挂于已浇筑箱梁上，挂腿存在空挡，这样可以消除横隔板预应力张拉时存在的冲突。具体情形如图3所示。

3.2.2 悬吊系统

悬吊系统主要包含支撑座、反力座、精轧螺纹钢筋、螺帽与千斤顶等。支撑座下端设计成球形支撑面，这样使得悬吊杆角度可以调节，均衡所有吊杆受力。

3.2.3 行走结构

挂篮行走实现全自动形式：液压油缸伸缩顶推设在前挂腿，行走滚轮设在后挂腿，油缸两侧依次连接行走滑船与滑动锁定装置销轴。液压油缸伸缩顶推，配合后挂腿上部行走滚轮实现挂篮移动。

3.2.4 模板

模板主要是将钢板覆盖到钢框架上制作，包含主梁模板、横隔板模板、顶模板与拱架。边主梁底模板与侧模板全部借助销轴与底模支撑架连接，并借助可调撑杆实现横向调整。侧模板之间存在5 cm缝隙，利于横隔板模板开模，缝隙上部由薄钢板覆盖。

4 挂篮压载试验

为了保证施工质量，挂篮制作好以后必须通过压载试验测定试验数据，为施工环节提供依据;同时验证设计、制作及安装质量，避免因非弹性形变影响质量的现象发生。

预压荷载设置为标准荷载的1.25倍，标准节段规格为6.5 m×35 m×2.9 m，其质量为425 t。挂篮荷载试验分为两部分：依次是工况1时边主梁、工况2时顶板与中横梁;载荷划分为8个档次，其数值比例分别为0.5、0.75、1.00、1.25、1.00、0.75、0.5、0。由此，划分成16个工况。结合施工时情形，试压材料与主梁的钢筋一致。

4.1 应力试验

挂篮应变测试主要是获得挂篮重要构件应力情况，所以挂篮应力检测选择为主纵梁、中后悬吊杆、中后横梁。其具体检测位置如图4所示。共设有22个检测位置，其中边主梁设有18个。

结合试验数据分析，挂篮各构件的应力数值与试验荷载大致呈线性相关性，表明构件可在材料线弹性范围内应用，以B、D断面检测数据为例，绘制图5～6。

4.2 位移检测

挂篮位移检测设14个位置，其检测数据整理后见下页表1。

通过分析表1数据得出：当载荷系数设置为1.25倍时，挂篮各构件的应力数值和试验荷载呈现为线性关系。这表明构件能够在材料线弹性范围中工作。综上研究，可知挂篮的强度达标且能够保证施工安全。

5 挂篮应用

挂篮浇筑完成每个标准区段后行走到浇筑下一个标准区段位置时，进行浇筑的工序流程如下：下放拱架与顶板模板后拆解横梁侧模板;拆解边主梁端模、侧模板，设置行走滑靴与行走轨道;将轨道拉至指定位置加固，将悬吊系统拆除并下放挂篮;挂篮移动到设定地点，将行走系统和轨道的连接拆解，升高挂篮，使其边主梁底部模板、顶升装置和已浇筑完成的边主梁底部相抵后，调节顶升装置，加固挂篮。

6 结语

该项目挂篮施工与传统的前支点挂篮施工不同，挂篮设计在传统钢结构设计的基础上大胆创新，结构独特，自重小。挂篮充分利用箱梁上部空间，作为混凝土箱梁钢筋框架绑扎作业的场地，同时完成挂篮行走和钢筋框架绑扎的目标，缩短了施工周期。本文将设计的挂篮应用于某桥梁建设施工中，取得了良好的施工效果，完善并验证了施工中挂篮设计理论，为类似施工提供了参考。

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