菱形挂篮在悬臂现浇箱梁施工中的应用

卿高国

湖南湖大建设监理有限公司，湖南 长沙 410000

随着我国高速公路的快速发展，国家运输道路系统日益完善。上跨铁路、河道等桥梁增多，施工中需使用悬臂挂篮施工工艺，而菱形挂篮具有加工便捷、作业面空间充足等优势，因此大跨连续梁桥挂篮多选用菱形挂篮。文章以道水特大桥施工为例，阐述菱形挂篮在大跨度桥梁悬臂现浇箱梁中的应用要点。

1 工程概述

道水特大桥（45+80+45）m连续梁梁体采用变高度变截面箱梁，一联总长度为169.84m，边支座中心至梁端距离为0.5m。箱梁截面采用单箱单室直腹板，边支点及跨中梁高为2.5m，中支点梁高5.0m，梁底变化段曲线采用二次抛物线。箱梁0号段、1号段长12m，在支架上浇筑。2～10#段采用挂篮悬臂浇筑施工，每个T构两侧各有9个悬浇节段，分别为3×3m+6×4m。挂篮设计为菱形挂篮，由菱形桁架、提吊系统、走行和锚固系统、内模系统、外模系统和底模系统组成。

2 挂篮结构受力分析

2.1 荷载取值

（1）恒载。恒载主要包括梁体钢筋混凝土重和支架模板重，各材料容重如下。①钢筋混凝土容重：q1=26kN/m3（考虑1.05倍超灌系数）。②钢模板荷载：q2=0.75kN/m2；③钢材容重：γ钢=78.5kN/m3。④其余荷载：按杆件的实际重量取值。

（2）活载。①施工人员及设备机具荷载：q3=2.5kN/m2。②振捣混凝土时产生的振动荷载：q4=2.0kN/m2。

（3）荷载组合。挂篮设计应根据使用过程中在结构上可能出现的荷载，强度、稳定性按承载能力极限状态进行验算，并取基本组合进行设计；刚度应按正常使用极限状态进行验算，并取标准组合进行设计。永久荷载的分项系数应取1.2，可变荷载的分项系数应取1.4。

2.2 材料参数

（1）Q235钢：抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=215MPa；抗剪强度设计值fv=125MPa；节点销子的孔壁承压应力[σbs]=210MPa；弹性模量E=2.06×105MPa。

（2）Q345钢：抗拉、抗压和抗弯强度设计值f=310MPa；抗剪强度设计值fv=180MPa；节点销子的孔壁承压应力[σbs]=300MPa；弹性模量E=2.06×105MPa。

（3）40Cr合金钢：承压应力[σ]=280MPa；剪切应力[τ]=300MPa。

（4）45号钢：弯曲应力[σw]=220MPa；剪应力[τ]=125MPa。

2.3 计算工况分析

计算工况：工况一2号段长3m，工况二5号段长4m。根据荷载取值和组合，考虑挂篮实际受力情况，分别对箱梁2号段、5号段截面高端和截面低端的腹板、底板、顶板、翼板荷载所受的混凝土自重、模板自重、施工人员及设备机具荷载、振捣混凝土产生振动荷载计算并合计，合计荷载作为检算挂篮各构件强度、刚度和稳定性验算荷载。

2.4 计算结果

挂篮的各部件承载能力强，材料的刚度与稳定性达标，可保证挂篮施工安全。计算结果如表1～表3所示。

表1 工况一底篮计算结果表

表2 工况二底篮计算结果表

表3 后锚固梁及前上横梁计算结果表

3 箱梁悬臂浇筑施工

3.1 挂篮的设计原则

为满足梁体分段变化要求，悬臂现浇箱梁的分段长度必须按照最大长度进行设置，此处设置为4.0m；悬浇混凝土结构重量，最大重量值为1037kN；工程中所用的后锚筋材质为A32精轧螺纹钢；混凝土浇筑过程中，胀模等超载系数设置为1.05；挂篮空载行走状态下冲击系数取1.3；混凝土浇筑与挂篮行走的抗倾覆稳定系数设置为2.0；活载分项系数设置为1.4；恒载分项系数设置为1.2。通过手拉葫芦向前逐步牵引实现挂篮前移，挂篮行走必须分步完成。

3.2 挂篮的基本组成部分

主梁悬浇段施工采用菱形挂篮，其特点如下：整体前行，主梁模板一次走行到位，结构简单，受力明确，安全可靠，操作方便。每个主墩上各安设一套挂篮，两个T构同步施工。

挂篮由下列系统组成：主桁架、底篮组件、行走及锚固组件、模板和附属结构（操作平台、护栏、手拉葫芦等）组件。

3.3 挂篮荷载试验

为确保桥梁整体结构稳定，在挂篮设计阶段，必须对各阶段挂篮的应力水平与变形状态进行测算。因挂篮负荷水平较高，使用周期长，为保证悬臂施工安全，在施工前挂篮必须通过静载试验，试验所得数据必须与理论设计参数比较。

（1）测试目的：对挂篮实际负荷水平进行预测，检验其横向稳定性与结构安全性；对计算参数进行校验；对挂篮加工与拼装质量进行检验；检测挂篮的变形，并清除挂篮非弹性变形，同时为施工立模高程调整提供依据。

（2）测试方法：①加载方法。挂篮静载试验采用底模加预压块逐级加载的方法，总荷载为重量最大节段施工荷载的1.2倍。预压时按50%、80%、100%、120%四级加载。每级加载后持荷60min后进行变形观测。全部加载完毕后每隔1h测量一次变形点，连续预压4h，当最后两次测量时间段的两次变形之差小于2mm时即可结束。开始分级卸载（100%、80%、50%、20%），并逐级观测变形值，测量点布置在上下横梁、后横梁（各2处）、底模2处及翼板2处，挂篮预压示意图如图1所示。②挠度测试。前端挠度在主梁上贴标尺用水准仪测量，后锚端竖向位移测量同前端。

图1 挂篮预压示意图（立面图）

4 结束语

综上所述，挂篮结构受力状态是确保悬臂施工质量的关键所在，文章依托道水特大桥在悬臂现浇箱梁施工项目，对菱形挂篮结构设计计算工况，确定参数并计算荷载，荷载传送贯通、明晰，得出菱形挂篮荷载与抗剪强度均符合悬臂现浇箱梁施工要求。实践表明，菱形挂篮制作成本低，安装方便，操作简单，结构整体稳定、安全，该挂篮在道水特大桥悬臂现浇箱梁施工中的应用效果理想，具有推广价值。