波形钢腹板现浇悬臂箱梁异步挂篮设计优化探讨

尹智勇

(中铁二十三局集团第三工程有限公司, 四川成都 610000)

波形钢腹板现浇悬臂箱梁，作为新型连续梁，应用越来越多。与此同时，异步挂篮作为对应施工方法应运而生。各相关单位对异步挂篮进行了设计创新，但目前仍存在诸多缺陷和不足。为了让异步挂篮设计更合理、更经济、更实用，本文通过实例，对目前异步挂篮设计和使用过程中存在的问题进行归纳总结、分析，同时提出相应改进措施，供同行参考，供类似工程项目借鉴。

1 工程背景

地约科1#大桥，位于云南省普洱市墨江县地约科村。该桥位于整体式路基段，桥梁总长455 m。两端各三跨预制梁段(3×30 m)，中间现浇悬臂梁段(边跨72 m+中跨125 m+边跨72 m)，如图1所示。

图1 地约科1#大桥纵断面(单位:cm)

箱梁纵向立面线型如图2所示。此处以中跨合龙段中心线为对称轴截取一半。边跨如图2所示0#块左侧对称轴与中跨对称。

图2 地约科1#大桥现浇悬臂箱梁纵剖面(单位:mm)

箱梁典型横截面如图3所示。顶板和底板为钢筋混凝土，两侧腹板为波形钢腹板。

图3 地约科1#大桥箱梁横断面(单位:cm)

异步挂篮悬臂现浇箱梁施工，标准节段施工步骤如下：

(1)步骤一：安装第N节段钢腹板，然后挂篮将行走到第N节段。模板就位，绑扎第N节段底板钢筋和第N-1节段顶板钢筋，如图4所示。

图4 异步挂篮施工步骤一示意

(2)步骤二：浇筑第N-1节段顶板和第N节段底板混凝土。待第N-1节段顶板张拉后安装第N+1节段波形钢腹板，如图5所示。

图5 异步挂篮施工步骤二示意

(3)步骤三：挂篮行走到第N+1节段。进行下一节段的循环，如图6所示。

图6 异步挂篮施工步骤三示意

2 异步挂篮设计

用于普通钢筋混凝土现浇悬臂箱梁的常规挂篮，设计为同一节段顶板、腹板、底板钢筋混凝土整体一次性同时完成。而波形钢腹板现浇悬臂箱梁的异步挂篮设计，在空间上分为第N-1节段顶板、第N节段底板、第N+1节段钢腹板3个不同部位。

异步挂篮设计示意图见图7、图8。

图7 异步挂篮纵剖面示意

图8 异步挂篮横断面示意

3 设计优化

根据力学计算和实践经验，针对异步挂篮在滑梁设计、悬吊系统、承重系统、液压行走系统几个方面存在的不足进行具体归纳、分析，并提出相应设计优化方案。

3.1 悬吊系统优化

3.1.1 吊耳改进为吊框

原设计中，吊点连接方式为滑梁上焊接吊耳，吊耳中间穿销子连接，具体如图9～图11所示。

图9 滑梁立面示意(单位:mm)

图10 吊耳纵向立面(单位:mm)

图11 吊耳侧面(单位:mm)

由于后锚预埋的位置在纵横方向，尤其是纵向，不一定精确，或者位置临时调整，造成吊点需要相应调整。但采用吊耳穿销子连接，在纵向和横向上位置都被固定死，无法调整位置。导致这种设计，在理论上可行，但实用性差。

设计优化后，将图9所示的吊耳改成滑框。吊点位置在滑梁纵向上可以随意调整。横向20 cm范围内可以调整，大大提高了可操作性和实用性。滑框采用双拼18工字钢，具体如图12所示。

图12 滑框立面示意

3.1.2 钢吊带改进为精轧螺纹钢

原设计中悬吊受力结构采用钢吊带，平均重量14.0 kg/m，需现场耗费人力物力拼接，且花费时间。设计优化后将钢吊带改为φ32 mm精轧螺纹钢，重量仅6.3 kg/m，比钢吊带轻60 %，无需拼接，节约时间。因此，钢吊带不如精轧螺纹钢经济、实用、节约资源。

3.2 滑梁设计优化

3.2.1 尽量减少滑梁接头数量

滑梁长度一般12～16 m，由于受结构尺寸或者运输条件限制，厂家需要分段生产，运至现场焊接拼装。原设计中滑梁节段为两根1.6 m长、一根4.5 m长、一根8.0 m长，三种尺寸，共15.7 m。

设计优化后将节段分为一根7.7 m长、一根8.0 m长，将接头数量从3个减少为1个。减少现场拼装接头数量，有利于保证质量。

3.2.2 高空拼接改进为地面焊接

原设计在浇筑1#块和2#块的时候，如果滑梁最远端与挂篮吊点对齐，滑梁尾端受0#块结构尺寸限制，则滑梁必须截断。随着节段延伸，后期高空拼接。

设计优化后，将滑梁在地面一次性拼接到设计长度，避免高空焊接。更能保证质量，保障安全，尤其对于加快施工进度方面效果显著。

设计优化后滑梁安装不以挂篮最远处吊点为基准，而是以0#块上后锚点为基准，滑梁靠合龙段方向的吊点跟挂篮上精轧螺纹钢的连接采用滑框。这样，滑梁能在滑框内自由移动，不受两个吊点间距离和位置的限制。

滑梁超出0#块和1#块的部分悬挑在滑框靠合龙段方向。后期根据需要调整滑框在滑梁上的相对位置，直到标准节段挂篮正常使用。

3.3 承重系统优化

挂篮上部承重梁、支腿、斜撑、底梁、分配梁、操作平台等构件，需经过结构计算，满足受力和安全要求即可。而非材料型号过分加大，设计过分保守，举例如下：

(1)原设计挂篮底横梁材料为55工字钢。经过计算，采用25工字钢即可满足结构受力要求。若采用32b工字钢，安全系数1.7，比原设计节约材料50 %，同时重量减轻50 %。若采用36b工字钢，安全系数2.2，比原设计节约材料43 %，同时重量减轻43 %。挂篮内滑梁、外滑梁、上部承重梁、支腿、斜撑、分配梁等构件设计优化同底梁类似，不予赘述。

(2)原设计工作面四周的走道，宽度2 m。由于其主要功能为满足人行承重，且利用率低，设计优化后宽度为1 m足够，比原设计节约40 %材料，同时重量减轻40 %。

(3)原设计工作面四周的走道，主要受力杆件采用20b工字钢。由于其主要功能为满足人行承重，且利用率低，设计优化后材料采用 [ 10槽钢足够满足安全和功能要求，比原设计节约68 %，同时重量减轻68 %。

综上所述，挂篮设计时，满足功能、受力和安全要求即可。设计不应过分保守，既浪费资源，又增加挂篮自重，过犹不及，适得其反。

3.4 行走系统优化

3.4.1 行走滚轮优化

为实现滑梁行走功能，原设计为如图12中所示的行走滚轮，笨重，且行走过程中摩擦力偏大，不利于滑梁和挂篮行走。设计优化后采用满足刚度要求的轴承代替。一方面节约资源，减轻重量，另一方面摩擦力小得多，更利于挂篮行走自如。

3.4.2 行走油缸油嘴设计优化

用于挂篮行走的油缸，置于钢腹板的PBL键槽内，油缸外缘与PBL键内侧的间隙较小。原设计中油缸液压油嘴朝侧面，导致无法安装液压管，或者安好液压管后行走过程中容易被摩擦损坏。设计优化后将油嘴位置设计在油缸朝上部位，具体如图13、图14所示。

图13 挂篮行走油缸位置示意

图14 行走油缸横断面

4 结束语

随着技术进步，不断总结与改进，结合现场实践，对异步挂篮的悬吊系统、滑梁设计、承重系统、行走系统等细节设计进行优化和改进，使得其更经济、更安全、更实用。最终促进挂篮设计与波形钢腹板现浇悬臂箱梁施工相得益彰，共同发展。