菱形挂篮结构设计技术研究

韦化

摘要：文章以合芜高速联络线工程项目跨裕溪河大桥挂篮悬臂施工工程为例，从菱形挂篮结构设计和施工实践角度，简述挂篮结构设计和施工技术。

关键词：菱形挂篮；结构设计；施工

1 工程概况

合芜高速联络线工程跨裕溪河大桥连续梁主跨为55+93+83+55m，主梁采用双幅单箱三室波形钢腹板箱梁，箱梁顶宽21.25m，翼缘板宽3.25m，根部梁高4.9m，悬浇段腹板为波形钢腹板，底板厚度为25cm～70cm，悬浇段顶板厚度28cm。

箱梁0#块在托（支）架上施工，梁段总长12.2m，边跨、中跨合拢段长为3.2m；挂篮悬臂浇筑箱梁1#～5#块段长3.2m，6#～10#块段长4.8m，箱梁悬臂浇注采用菱形挂篮进行施工，悬臂浇筑的箱梁中最重块段为7#块、最长的也为7#块，重量为217.1t。

2 挂篮设计参数

挂篮采用菱形挂篮形 式，挂篮由主桁系统、走行系统、锚固系统、底篮系统、吊挂系统、平台及防护系统、模板系统等部分组成。

（1）主桁系统

①杆件A1、A2、A3、A4、A5由2[32a槽钢组焊而成。

②横联由2[14a及[10组成。

③后锚平联采用2[14a及[20a。

（2）底篮系统

①前下横梁采用2HN400×200组合加工而成，后下横梁采用2HN600×200组合加工而成，上横梁采用2HN600×200组合加工而成。

②纵梁采用单根HN300×150型钢。

（3）悬吊系统

①前吊带及后边吊带均采用120×40mm（Q345）钢板。

②滑梁吊杆采用？32mm高强精轧螺纹钢筋。

（4）锚固系统

锚固系统设在2榀主桁架的后节点上，共4组，每组锚固系统包括2根后锚上扁担梁、4根后锚杆。

（5）行走系统

走行系统包括垫梁、轨道、前支座、后支座、内外走行梁、滚轮架、牵引设备。挂篮走行由4台YCL60型千斤顶牵引主桁架并带动底模平台和外侧模一同前移就位。

（6）防护系统

防护系统用于施工时人员操作上下通道，包括前上横梁操作平台、底篮通道平台、上下通道等。

3 挂篮检算简述

（1）查阅规范收集可变荷载标准值参数，计算梁段重量、挂篮及模板重量。

将箱梁断面进行分割，按上述图表为例计算节段前后位置各断面区域线荷载，此处仅为示例。

（2）查阅结构材料钢材、精轧螺纹钢等承载能力设计值，查阅《公路桥涵施工技术规范》挂篮允许变形值不超过20mm，挂篮与悬烧梁段混凝土的重量比不宽大于 0.5，拴篮在浇筑混凝土状态和行走时的抗倾覆安全系数、自锚部系统的安全系数、斜投水平限位系统的安全系数及上水平限位的安全系数均不应小于 2。

（3）考虑荷载效应组合

①承载能力极限状态

强度计算：1.2×（砼重+挂篮系统自重）+1.4×0.75（人群机具荷载+振动荷载）

锚固安全、抗倾覆稳定计算：R/S ≥ 2

R﹣结构抗力组合

S﹣荷载效应组合

②正常使用极限状态

刚度计算：1.0×砼重+1.0×挂篮系统自重

（3）采用有限元分析程序MIDAS civil进行建模计算。

（4）选择验算的工况

①挂篮浇筑工况，先对最重浇筑节段进行验算，同时注意由于内外滑梁承受的彎矩不仅仅由重量控制，同时梁的锚固点之间的跨度影响弯矩，要同时验算最大弯矩时梁的强度和刚度。

②挂篮行走工况。

（5）验算主要内容：

①挂篮主桁的强度，以及主桁中受压杆件的压杆稳定性。

挂篮主桁的强度MIDAS软件可以直接算出，查阅最不利工况最大荷载验算即可。压杆稳定性按照杆件计算长度l、回转半斤ix算得长细比λx=l/ix，则根据长细比λ■=■=，查钢结构规范表得稳定系数φ=，验算σ=是否小于材料许用应力。

②下横梁的强度和刚度。

借助MIDAS软件可以直接算出应力、剪力及挠度，验算即可，例如梁内应力图如下：

③前上横梁的强度和刚度（后续类似计算不再赘述）。

④底模以下纵梁的强度和刚度（注意最重节段未必是最大弯矩工况，跟节段长度也相关，应复核后计算最大弯矩工况）。

⑤内、外滑道梁强度和刚度（选取最大弯矩工况进行验算）。

⑥悬吊系统强度验算。

⑦后锚压梁强度和刚度验算。

⑧挂篮最大整体变形、挂篮重量验算。

⑨其他：轨道梁强度验算；轨道梁锚固安全系数验算；挂篮结构用销轴抗剪计算；节点连接用高强螺栓验算；反扣轮轴弯矩、轴孔壁局部承压、焊缝强度验算。

4 注意事项

（1）挂篮检算时浇筑工况的选择

浇筑工况首先应选择浇筑重量最大节段进行验算；其次内外滑梁和底纵梁应选择梁内弯矩最大工况要进行验算，因弯矩不仅跟荷载大小有关还跟梁的跨度有关，应将跨度和重量较大的节段一起进行计算比较。

（2）挂篮反扣轮系统验算

此处容易被忽略，由于挂篮行走过程中，整个挂篮倾覆荷载全部由反扣轮承受，且为动荷载，另外行走过程中各细部结构接触面的摩擦力难以模拟计算，挂篮行走时多榀主桁的非100%同步性也会使挂篮产生内应力。实践中发现有的反扣轮设计薄弱，施工中反扣轮向两侧张开，挂篮行走时有脱轨的潜在风险。所以从结构设计角度来说挂篮反扣轮系统尤为关键，适当加大安全储备，加强反扣轮系统钢材结构强度。

（3）挂篮行走轨道翼缘板挠曲变形

挂篮行走过程中，反扣轮扣在行走轨道翼缘板上，通常我们忽略了挂篮行走时反扣轮向上的动荷载作用在轨道槽钢的翼缘板，产生向上的挠度变形，而过大的挠度变形会导致的倾覆风险，此处需要验算确保安全。

（4）挂篮防护结构设计

挂篮在安装、施工、拆除过程中，工作人员必须从主桁、中门架、前上横梁、下横梁等部位行走，以确保过程中的检查和加固，所以挂篮结构设计时必须要考虑到这些结构既要满足结构安全，同时要能够供工作人员提供工作面，结构本身要能够焊接或安装安全防护栏杆等措施，避免挂篮设计时的闭门造车，致使现场使用时操作困难，安全性差。

5 总结

挂篮悬臂浇筑施工工艺虽然已较成熟，但仍是风险较高、较为复杂的工艺，本文不求全面，仅从实践角度出发，将工程施工过程中发现的问题反馈至挂篮结构设计，从结构设计中的工况选择、反扣轮重要性、轨道梁翼缘板挠曲变形问题、挂篮安全防护等几方面阐述，供同类工程挂篮结构设计参考。

参考文献：

[1]朱春光.连续钢构桥挂篮的设计与施工.公路交通科技应用技术版，2018（11）：2-3.

[2]张碧.冯晓勇.菱形挂篮在连续梁施工中的设计与检算.价值工程，2011（25）：1-2.

[3]袁卫国.菱形挂篮设计改良与施工技术研究.华南理工大学，2012：3-4.

（作者单位：中铁四局市政工程有限公司）