三角形挂篮设计及悬灌施工探讨

彭飞

摘要 为探索桥梁宽度增大后挂篮设备在连续钢构梁悬臂浇筑施工中应用的技术要点，文章以某跨河宽幅变截面预应力混凝土连续箱梁桥为例，结合桥梁实际提出三角挂篮施工方案，并对三角挂篮结构展开设计分析，对其受力性能进行模拟。基于此，从挂篮施工和连续箱梁悬灌施工等方面对宽幅箱梁桥三角挂篮施工要点展开探讨。结果表明，挂篮悬挂于已经张拉锚固的箱梁梁段后可为模板安装、钢筋绑扎、预应力管道安装、混凝土灌注、压浆等提供施工平台。三角形挂篮因结构合理、受力均衡，在宽幅箱梁桥结构中具有广阔的应用前景。

关键词 三角形挂篮；设计；悬灌混凝土；合龙

中图分类号 U445.4文献标识码 B文章编号 2096-8949（2024）03-0078-03

0 引言

挂篮是连续钢构梁悬臂浇筑施工中常用的设备，其可靠性对桥梁施工安全及质量十分关键，挂篮设备在桥梁工程中的应用由来已久，但随着交通量的增大以及桥梁设计宽度的增加，对挂篮施工提出了更高要求。在桥面变宽后，挂篮主桁架间距必须增大，在一定程度上削弱了挂篮结构的横向稳定性，也为安全施工埋下隐患。部分施工单位凭借工程经验展开挂篮结构设计，受力验算时对横向稳定性考虑不周，仅通过增设各类横联的方式预防挂篮失稳。

为此，该文依托跨河桥梁实际，对三角挂篮在宽幅箱梁悬臂浇筑施工中的应用展开分析研究，以期为挂篮设备在宽幅桥梁施工中的较好应用提供参考。

1 工程概况

某桥梁长1.12 km，主桥以上主要按照混凝土连续箱梁形式设计，该箱梁结構采用的是变截面形式，逐孔逐跨则采用50 m宽悬臂浇筑梁体+4×80 m悬臂浇筑梁体+50 m悬臂浇筑梁体结构；桥梁总设计宽度为14.5 m，箱梁底部和侧部翼缘板设计宽度依次为8 m和3.25 m。分别按照3.5 m和4 m确定悬浇施工节段的长度。

通过挂篮结构展开该混凝土连续箱梁桥悬臂浇筑的过程中，梁段依次被划分成不同节段以展开分次分段浇筑施工；为保持结构受力平衡，主墩两侧对应节段主要展开对称悬浇；对于0#段则借助支架法展开混凝土浇筑施工，剩余的节段完全通过挂篮浇筑完成。此后，采取常规方式（即边跨—中跨）展开合龙。考虑该预应力连续箱梁桥为变梁高设计，挂篮中的钢模板结构必须能够顺着桥梁建设方向自由移动，包括底模、侧模、内模等在内的其余结构则全部采取分离式设计，为挂篮结构截面尺寸的优化调整提供可能[1-3]。

2 三角形挂篮设计

2.1 三角形挂篮结构

结合施工进度及安全要求，该桥梁3#墩及5#墩2个T构采用挂篮施工，必须配备4套挂篮。为节省空间，提升工效，采用普通轻型三角挂篮，该形式挂篮包括锚固系统、走行系统、模板系统和承重系统等部分，主要部件有三角形桁架、底平台、吊点、模板等。

（1）桁架。三角挂篮以三角桁架为主要的承力结构，承重大梁主要借助布置在其前部和后部的支点支撑在纵向走行滑道结构处，挂篮向前走行的过程完全借助以上两类支点实现。此类挂篮的桁架结构主要包括若干组桁架大梁，其间主要借助万能杆横向联结。此类架体最终通过相应型号的销轴支设在纵向大梁结构处。相应数量的斜拉板则通过高强螺栓联结纵梁、立柱等主体性结构。

（2）底部平台。此类平台的承重系统主要设定在前后下横梁处。考虑节段前部以及后部梁底的高程全部采用非固定设计思路，只能借助支撑铰座结构实现底篮纵梁与下横梁体系的联结。前、后下横梁处均分别设置2根工字钢双拼部件。

（3）吊点。该预应力混凝土箱梁桥施工所采用的三角结构挂篮以吊点为关键性传力体系，结合该体系受力特征，吊点装置的类型主要有主、副、边、中等，适用于不同的结构。为取得较好的底平台高程控制效果，必须将千斤顶调节装置布置在以上各种类型的吊点的相应位置，最终借助吊杆实现吊点和底平台下部横梁之间的有效联结。此外，将设计强度750 MPa、直径Ф32 mm的精轧螺纹钢材料提前预埋在箱梁腹板结构中，同时设置竖向预应力后锚筋，起到提升三角挂篮结构受力稳定性及施工可靠性的效果。

（4）模板。该结构主要包括底模、端模、内模、外侧模等，为优化三角挂篮结构整体受力，减轻重量，以木模板为其内模结构的主要材料，剩余部件则全部使用钢模板。内模体系主要借助内支架于箱梁内部相应位置处悬吊布置；而外模体系主要借助托梁在上横梁相应位置悬吊设置；借助相应数量的拉杆及高强螺栓将该三角挂篮结构中的内、外模有效联结。最后在底平台分配梁位置处支设底模。

2.2 三角形挂篮传力原理

对于此种形式的挂篮结构而言，内、外顶模主要起到支撑和分担顶板及翼缘板重量的关键性作用，故主要作为即将浇筑施工梁段的支撑体系使用。此类部件以上的结构重量则相应分摊至纵滑梁后由其承担，经过以上传递后挂篮结构受力最终由底篮纵横梁、前上横梁、底板结构分担[4-7]。

2.3 受力分析

该研究主要借助Ansys软件建立该预应力混凝土箱梁桥三角形挂篮有限元分析模型，为保证模拟分析结果存在较大的安全裕度，相关参数按照施工阶段的最大荷载进行取值。与常规的一般平面杆系模型相比，按照该研究设计思路所构建起的空间有限元模型能较好展示出各杆件、模板的受力程度以及潜在的变形属性，较好防止一般平面杆系模型内由于三角形主桁架杆件合并等操作而造成的杆件受力、变形等过程及结果的均化现象[8-10]，对三角挂篮整体变形控制及施工高程控制也更为有利。

纵梁、底模前横梁及上前横梁最大内力和应力模拟结果，具体见表1。根据表中结果，纵梁下弦杆横桥向剪力较大，斜杆上下部均为压应力。在底模前横梁处设置纵梁，其反力集中施加至底篮前横梁，将吊杆锚固点作为约束处理后所得出的约束反力即为吊杆力。根据模拟结果，斜杆受力较大，上弦杆受力较小。

根据表中的受力情况模拟取值，该预应力混凝土箱梁桥挂篮悬臂浇筑施工期间全部构件应力模拟值均符合钢结构材料应力限值；混凝土悬臂灌注整个期间三角形挂篮不会发生超出允许值的变形，意味着该桥梁结构所采用的挂篮方案切实合理，挂篮结构整体具备较大的刚度，便于施工过程中高程及线形控制。

3 挂篮施工

该预应力混凝土连续箱梁桥三角形挂篮施工流程如图1所示。限于篇幅，该研究仅对其中关键性的流程展开分析。

3.1 0#段现浇

该桥梁主要将0#段布置在桥墩上方，必然面临较大的圬工工程量。为保证施工质量，必须将通过万能杆件所拼装而成的支架结构提前牢固设置在墩顶结构的左右两侧，此后依次展开桥墩最末尾节段位置处预埋铁件的施工以及节点板的拼装与焊接。待以上施工过程全部结束后，借助预压过程将支架结构所潜在的非弹性变形进行消除，同时采取适用的检测手段展开支架相应杆件下挠程度以及强度等参数取值情况的检测[11-15]。

3.2 挂篮安装

将预制场预制且初步拼装好的各部件运抵工地，将试拼场地暂且设置在岸边平台处，按照设计操作流程以及起吊设备额定起重量展开相应组件的拼装施工，从而将各杆件拼装成完整的三角形结构。此后借助拖船和浮吊等辅助性运输船舶将挂篮成品运抵0#段箱梁顶拼装。

3.3 挂篮结构的预压

三角形挂篮结构作为新安装的结构，必定存在潜在的非弹性变形，若在安装后直接施工，必然引发较大的变形和移位，不利于施工安全和质量控制。为此，在桥位处对此类挂篮结构依次进行静载试验以及挂篮刚度、强度及稳定性的实时检验，取得较好地消除非弹性变形的效果。通过油压千斤顶向挂篮分级施荷预压，为保证预压期间结构安全与稳定，各T构2台挂篮应同时施荷预压，按照设计荷载的20%、40%、70%、90%、100%逐级加载[4]，待张拉至设计荷载后持荷12 h并卸荷。其间检查挂篮各桿件焊缝开裂情况，记录荷载值和位移变形观测值。其中，悬臂浇筑施工期间三角形挂篮变形的比较见表2。相应梁段挂篮变形实测值全部小于理论值，挂篮结构安全稳定性有保证。

4 连续箱梁悬灌施工

4.1 梁段混凝土灌注

采用泵送方式展开梁段混凝土悬臂灌注施工，为确保结构线形匀顺，必须在已浇筑梁段实测记录的基础上适当调整后浇筑梁段，以不断消除误差。各梁段均按照底板、腹板、顶板的次序一次灌注成型，以减少接缝。混凝土灌注施工期间所需布置的定位筋网架按0.5～0.8 m间距设置，避免混凝土灌注期间波纹管上浮。

4.2 直线段混凝土现浇

按照设计方案，此预应力连续箱梁梁桥直线段长5 m，该段落所对应的过渡墩恰好布置于水体之中，借助钢管桩结构打进河床起到固定效果。桩顶则主要借助万能杆件展开相应拼装。该直线段所对应的另外一个水中墩则布置在岸坡处，主要通过支架法展开其桩身混凝土的灌注施工。以上过程中所涉及的支架结构全部借助型钢牢固焊接。按照以上流程所搭建好的支架结构也必须借助千斤顶设备展开牵拉和预压，取得较好地消除结构非弹性变形的效果。

4.3 合龙施工

主要采用悬臂灌注的方式展开该预应力混凝土箱梁桥连续梁段浇筑施工，出于整个施工过程稳定性的考虑，按照先边跨后中跨合龙的施工次序展开，从而使该箱梁桥结构顺利地由双悬臂形态向单悬臂形态转变，并随着合龙施工任务的最终完成，使整个桥梁结构转变为连续梁形式的受力。

其中，边跨合龙段混凝土浇筑过程必须借助挂篮底模架展开，而在跨中段合龙期间，相邻的挂篮结构必须一退一进，错开走行，从而形成受力合理、结构优化的合龙段支架结构体系。

5 结论

工程应用结果表明，三角宽幅挂篮自重轻、重心低、结构稳定、拼装简便，主构件受力明确，满足宽幅箱梁桥施工要求。在挂篮设计过程中充分考虑主桁不均衡受力，确保了施工安全及质量。该宽幅箱梁桥应用三角挂篮施工设备后，每段箱梁施工周期从原计划的10 d缩短为8 d，施工进度明显加快，也为桥梁提前完工投运后经济效益和社会效益的发挥提供了保证。

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