挂篮钢吊带结构的优化分析研究

李 靓

（重庆交通大学土木建筑学院，重庆 40074）

概述

挂篮是指在悬臂浇筑法中用于浇筑斜拉、T构、连续梁等砼梁时以承受施工荷载及梁体自重，能逐段向前移动并经特殊设计的主要钢结构器械。它具有占用施工场地小、可多个工作面同时施工、工期相对较短、桥梁线型易于在施工过程中进行动态控制等特点。

挂篮作为桥梁节段施工的重要器械，其优点突出。然而，在工程应用中发现，挂篮钢吊带结构在梁段荷载作用下的总变形总是较大。过大的变形一方面引起杆件的疲劳；另一方面会不利于对主梁线形控制，最终可能导致合拢段高程偏差太多；还可能造成人员不必要的心里恐慌。因此有必要对挂篮钢吊带结构进行优化，提高整体刚度，消除挂篮和人员心理不安全因素。

1 工程实例

北碚蔡家过线桥主桥为75m+70m T型刚构桥，主梁为单箱单室箱梁，箱梁顶板宽9.8m，底板宽5.4m。跨中及边跨现浇段梁高2.5m，箱梁根部断面高7.6m，从中跨跨中至箱梁根部，梁高以1.6次抛物线变化。平衡施工的梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为4×3.5m、6×4.0m、6×5.0m，累计悬臂总长68m。

节段采用挂篮施工。悬臂浇筑箱梁控制重量为195t，模板重量约为30t。本挂篮主要由以下组成：

（1）承重系统。采用型钢组拼成“口”字形并焊接而成菱形主桁架。

（2）提升锚固系统。挂篮提升由4台100t液压千斤顶操作，锚固系统主要包括前吊带、后吊带和后锚杆，前后吊带由钢板加工而成，后锚杆共4组8根直径70mm的 40CrNiMo合金钢吊杆。

（3）行走系统。挂篮前移采用连续作用液压千斤顶作动力，行走轨道采用2[32b型钢组合而成。

（4）模板系统。顶板内模采用角钢桁架拱架，拱架在挂篮前移前下放一定空间（不小于10cm），挂篮移到位后再将拱架提升至标高位置。主梁底模及侧模均为大块钢模。

2 吊挂系统的优化分析

挂篮总的变形主要包括挂篮主钢桁架和钢吊带系统的变形，所以提高挂篮的刚度，关键就在于主桁形式的优化和吊带系统的合理布置。吊带系统的变形主要由前横梁的变形及吊带自身的变形引起。对于前横梁，我们一般选用较大刚度的工字钢，以保证对变形的控制；而滑梁吊杆往往是根据箱梁截面形式由质量分布很容易确定其布置。本文主要介绍对前下横梁钢吊带合理布置。以菱形挂篮为例，从吊带系统着手对其进行优化，通过该示例展示优化思路、优化方法。

前下横梁上一共有4根吊带，如图1所示，对称布置。一般外吊带布置在腹板外侧，内吊带则布置在腹板内侧。下面以下横梁中心点为坐标原点，外吊带以0.2m为步长在距原点2.3～3.5m中移动，内吊带以0.2m为步长在0.1～1.3m中移动，将吊带系统的布置分为7组，见表1。

图1 吊挂系统平面图

表1 吊带布置分组（m）

对表1中7组坐标组合下的挂篮结构进行分析（有49种不同吊带布置），最大变形结果见图1。

由图2可知，挂篮的总变形随外吊带向原点移动而减小，且减小的趋势越来越显著；而挂篮总变形随内吊带向原点移动先增大后减小，且在距原点1.1m处变形最小。那么，可以得出一般性结论：外吊带应尽量靠近腹板布置，而内吊带应布置在距箱梁中心线0.184L左右（L为箱梁底板宽度）。

图2 挂篮随吊带系统不同布置时最大变形

3 结语

指出了钢吊带结构在梁段施工过程中会出现变形过大，从而将导致钢构件疲劳以及影响对桥梁线型的控制，这将不利于结构安全和桥梁的施工。

通过对钢吊带结构的计算和优化分析，确定了钢吊带布置的最佳位置：外吊带靠近腹板外布置，内吊带宜布置在距箱梁中心线0.184L左右。

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