大跨宽幅连续梁多桁架挂篮设计与施工技术

龙 蛟

（中铁二十二局集团第五工程有限公司 重庆 400700）

1 工程概况

哈齐客运专线松花江特大桥主跨为（77＋3×156.8＋77）m系杆拱连续梁桥，采用先梁后拱法施工，梁体采用单箱4室、直腹板、变高变截面结构，箱梁顶宽29.4 m，梁高8.6～4.2 m。中支点处梁高8.6 m，跨中梁高4.2 m，梁高按二次抛物线变化。主梁共分127个梁段，中跨悬浇13个节段；边跨悬浇12个节段。节段最大重量为1a＃段，重860.5 t。各悬浇节段控制计算梁段参数如表1所示。

表1 控制计算梁段参数

2 挂篮设计

2.1 挂篮构造组成

本挂篮为菱形挂篮，由主桁架、底模平台、吊挂、走行、锚固及模板系统等组成［1］。

2.1.1 挂篮设计分析

箱梁1a＃段最重 860 t，梁面宽 29.4 m，箱梁为单箱4室，5道腹板，如每侧挂篮设计成5片主桁架整体结构，在悬灌和走行时存在以下问题：一是由于箱梁横向宽度较大，悬灌施工时，混凝土布料存在横向偏差，偏差较大时，可能导致主桁架受力差异较大，变形不一致，部分构件受力和变形大，给结构安全带来隐患。二是5片主桁走行时的同步性要求极高，稍有不同步，可能使主桁与轨道卡住，主桁构件与联结系间产生次应力，使主桁、联结系的受力不均，造成变形、焊逢开裂，危及结构安全。

在中腹板处增加1片桁架，每侧挂篮为6片主桁，6片主桁设计成2套独立对称的挂篮，每套挂篮独立承担荷载，相当于2套挂篮将29.4 m宽的梁面分成2幅14.7 m宽的梁面，减少了主桁架受力的不均匀性。

主桁设计成2套挂篮后，只需确保1套挂篮中的3片主桁走行同步，就可确保顺利走行和安全。

底模平台前后下横梁为横向通长，底模平台为整体结构，保证了底模平台的整体刚度和梁底线形美观。

经以上分析，单侧挂篮采用2套独立的挂篮和整体式底模平台。

2.1.2 主桁架系统

在箱梁中腹板处设2片桁架，其他腹板处各1片主桁，每侧挂篮6片主桁，每3片主桁架通过联结系和前上横梁联结成整体，形成2套独立桁架结构，底模平台为横向整体结构。主桁由 32a槽钢、Q235和Q345B钢板焊接而成［2］。挂篮主桁杆件间及联结系间均为销接。

前上横梁是底模平台前吊挂和内外导梁前吊挂的支撑，由钢板焊接而成的钢梁，长14 m，宽45 cm，高50 cm，每道前上横梁设10个吊点，底模平台前吊点4个，内模前吊点4个，侧模吊点2个。

主桁架联结系由 14a槽钢和钢板焊接而成，通过栓接。挂篮具体结构见图1。

图1 挂篮总布置（单位：mm）

2.1.3 底模平台

由前后下横梁、底模纵梁、下滑梁、纵梁连接系、底模和操作平台等组成［3］。

2.1.4 吊挂系统

包括内外导梁、前后挂梁、走行吊环、吊带、精轧螺纹钢、销座等。前吊挂的作用是将悬灌混凝土、内外模和底模平台重量的一部分传到主桁架上。前吊挂由20根Q345B钢板200 mm×20 mm吊带组成，每根吊带配2个50 t螺旋千斤顶在前上横梁上调节吊带受力长度。

后吊挂系统由内外导梁后吊挂和底模平台后吊挂组成，内外导梁后吊挂由10根Q345B钢板200 mm×20 mm吊带组成，底模平台后吊挂由10根φ32精轧螺纹钢筋组成，下滑梁后吊挂由4根Q345B钢板200 mm×20 mm吊带组成。

2.1.5 挂篮走行及锚固系统

包括走道梁、锚固梁、锚固分配梁、锚箱、后勾装置、后勾扁担梁、走行轮（反扣轮）、反力座、水平穿心千斤顶和锚固筋等［4］。

边桁走道梁为2根HN500×200型钢，中桁走道梁为3根HN500×150型钢，型钢间采用加劲板横向连接［5］。走道梁竖向锚固筋大部分利用梁体竖向预应力筋，部分预埋精轧螺纹钢筋。

边桁单个锚点2根φ25精轧螺纹钢筋受力，中桁单个锚点4根φ25精轧螺纹钢筋受力。

主桁采用预埋φ32或φ25精轧螺纹钢筋为后锚固。φ32精轧螺纹钢筋材质为PSB1030，锚固深度为1.0 m，单根承受最大轴力为828 kN。φ25精轧螺纹钢筋与梁体精轧螺纹钢筋材质相同，为PSB830。φ25精轧螺纹钢筋预埋深度为0.5～1.0 m，单根承受最大轴力为393 kN。走道梁前端设穿心千斤顶牵引挂篮前移。走行及锚固结构见图2和图3。

图2 走道梁锚固

图3 后锚固走行状态

2.1.6 挂篮模板系统

挂篮外模采用排架和钢模板组成，面板为6 mm的钢板，内模为组合钢模，内外模之间设φ28的对拉筋，采用侧模夹底模形式，外侧模与其支撑架焊为一体。

2.2 挂篮传力过程

挂篮悬浇时，底模平台上的荷载通过前后吊挂支承于前上横梁和已浇筑梁段上，前上横梁的荷载传递到挂篮主桁架，主桁架传递到走道梁上，再传递到刚垫梁上，最后传递到已浇筑箱梁顶部。主桁尾部设后锚固，以平衡前端产生的倾覆力矩。

2.3 挂篮主要技术参数

挂篮自重：265 t。

挂篮主桁：长12 m，宽22.96 m，高5.5 m。

挂篮作业时考虑的风荷载，灌注砼时6级风；空载走行时5级风。

倾覆安全系数：灌注砼时K＞2；空载走行时K＞2［6］。

2.4 挂篮设计依据与荷载取值

2.4.1 挂篮设计依据

（1）《（77＋3×156.8＋77）m 四线预应力混凝土连续梁拱组合桥》Ⅰ类变更图纸。

（2）《铁路桥涵设计基本规范》（TB 10002.1—2005）。

（3）《钢结构设计规范》（GB 50017—2003）。

（4）《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》（JTJ 025—86）。

2.4.2 挂篮设计荷载取值

（1）混凝土比重取26 kN/m3。

（2）竖向荷载取值：人员和工具荷载2.5 kN/m2，模板荷载2 kN/m2，倾倒混凝土时的冲击荷载2 kN/m2，振捣混凝土时的荷载2 kN/m2。

2.5 挂篮结构分析计算

主桁架及联结系为空间桁架结构，根据荷载组合，对挂篮主桁、前上横梁、走道梁、底模构件、吊挂系统各构件和锚固系统进行受力检算。

2.5.1 主桁杆件检算

施工1a＃块时为控制工况，边桁前斜杆压力最大，为1 725 kN，应力为169.2 MPa＜［σ］＝200 MPa。边桁上弦杆轴向拉力最大为1 274 kN，应力为184.7 MPa＜［σ］＝200 MPa。满足规范要求。

2.5.2 前上横梁检算

施工1a＃块时，前上横梁边桁支点处弯曲应力最大，σ＝157.4 MPa＜［σ］＝200 MPa。前上横梁在边桁支点外与吊带之间剪应力最大，τ＝48.4 MPa＜［τ］＝125 MPa，满足规范要求。

经检算，吊挂系统钢吊带、精轧螺纹钢、销轴、销轴孔壁承压和其他构件强度、刚度、稳定性均满足要求，各种工况下挂篮锚固筋抗倾覆稳定安全系数K＞2，满足规范要求。

3 挂篮施工

3.1 挂篮安装

（1）在0＃块顶面放样，安装刚垫梁。

（2）在刚垫梁上安装轨道梁，通过锚固梁和竖向精轧螺纹钢筋将轨道梁锚固锁定。

（3）吊装主桁架。将拼装成菱形结构的主桁架吊装于走道梁上，搭设临时脚手架并用缆风绳对拉，防止倾倒，安装2片主桁架后，将主桁架后端锚固，安装联结系，2片主桁形成稳定结构，安装第3片桁架，后端锚固，再安装桁架间的联结系，3片主桁架形成一个整体结构。

（4）安装前上横梁、前吊带。安装前上横梁，将前吊带插入垫梁和销轴支座内，并用销轴、限位器销接固定。

（5）安装后吊带。在0＃段底板预留孔内，安装后吊带。安放分配梁、千斤顶和上垫梁。

（6）重复上述5个步骤，安装第二套并行的挂篮、联结系、前上横梁及前后吊带。

（7）用汽车吊安装前后下横梁，安装纵梁、底模板，安装内模内导梁，安装外导梁、外侧模排架，安装工作平台、爬梯和防护网。

（8）挂篮拼装完毕，检查验收，调整挂篮前后吊带（杆），调整模板端部标高。

3.2 挂篮预压

为检验挂篮构件质量，对挂篮的强度、刚度和稳定性进行评价，验证挂篮的安全性，消除非弹性形变和测算弹性形变，预压分析挂篮底模板的预抬值，对挂篮进行预压［7］。

3.2.1 预压荷载计算

（1）节段重量：最重梁段1a＃段总重量

G梁＝331 m3×26 kN/m3＝8 606 kN＝860.6 t

（2）挂篮内模重：挂篮厂家提供单侧挂篮内模板总重G模＝56 t

（3）施工荷载：G施＝（P模＋P施＋P浇＋P振）×箱梁底宽 ×节段长＝（2 kN/m2＋2.5 kN/m2＋2 kN/m2＋2 kN/m2）×23.6 m ×4 m＝802 kN＝80.2 t

挂篮预压总重量：

G预压＝（G梁＋G模＋G施）×1.2＝（860.6 t＋56 t＋80.2 t）×1.2＝1 196 t

3.2.2 预压方案

采用袋装砂袋预压，每袋砂重1.5 t，共需砂袋1 196 t÷1.5 t/袋＝798 袋。

分级加载，按最大施工荷载的 50%、75%、100%、120%四级加载［8］，每级加载后持荷时间分别不小于2 h、2 h、2 h、8 h，两侧挂篮对称平衡加载，偏差不大于15 t，加载后进行变形量和沉降量的观测。加载顺序按照混凝土浇筑顺序产生的荷载模拟分布。按加载顺序逆向分级卸载，进行形变观测，做好记录。

3.2.3 预压数据分析处理

荷载加载完毕，每隔1 h测量一次测点变形值，连续预压4 h，当最后测量时间段的两次变形量之差小于2 mm时，可终止预压［9］，卸除荷载，根据加、卸载实测数据，绘制各测点位的变形曲线，计算挂篮的变形值。

非弹性变形量＝预压前标高－卸载后标高

弹性变形量＝卸载后标高－卸载前标高

总变形量＝预压前标高－卸载前标高

将预压数据报监理审查，将审批成果提供给线性监控组指导下道工序施工。

3.3 挂篮走行

（1）前一段梁体张拉压浆后，安装挂篮内、外导梁走行吊架。

（2）放松前吊带，卸掉后吊带和内外系梁后吊杆，使内外导梁落在走行吊架上。

（3）勾挂液压顶拉住主桁，主桁后锚筋不受力，勾挂液压顶替代后锚筋受力，调整后锚筋的螺栓，后锚筋螺栓上移约2 cm，勾挂液压顶回油，主桁后端锚固于后锚筋上，勾挂液压顶受力转换为后锚筋受力，调整后锚筋螺栓，使后锚筋受力均匀。

（4）千斤顶顶起挂篮前支撑点，解除走道梁与梁面的锚固，将走道梁拖拽至下节段位置，调整位置和标高，重新锚固走道梁。

（5）千斤顶顶起挂篮前支撑点，使前支点重新置于走道梁上。利用主桁勾挂液压顶拉住主桁后端，主桁后锚筋不受力，放松液压顶，使反扣轮缓慢反扣于走道梁翼缘板上，完成后锚体系转换。

（6）脱模。解除模板与对拉杆的约束，下放底模后吊带，使底模脱离梁体约15 cm；同步下放底模前吊带，调整吊带使其受力均匀，完成第一次吊点转换。

（7）检查外导梁和内滑梁吊框，同步下放外滑梁后吊带，使模板脱离梁体约15 cm；同步下放外滑梁前吊带，使侧模大致处于水平状态，完成第二次吊点转换。

（8）在走道梁上画出挂篮前移量控制标尺，每20 cm一道。启动2个主控油泵，每个主油泵控制1套挂篮（3榀桁架）前端的液压油缸，每前进20 cm，检查前移距离是否一致，并检查滑座、反扣轮、走道梁锚固等情况。主桁走行应同步、平稳，整个走行操作由专人指挥，专人测量、观察和检查［10］。

（9）挂篮走行到位后，挂篮和底模平台后锚锁定，提升底模平台。将挂篮后端底模与箱梁底面贴紧，张拉挂篮后吊杆和后锚固精轧螺纹钢筋约20 t、外导梁混凝土灌注吊杆约12 t，前底模标高调整到位，底模标高调整完毕。

4 结束语

（1）每侧挂篮设计成2套独立、对称布置的主桁架，减少了主桁架受力不均匀性，解决了挂篮走行不同步带来的危害；整体结构底模平台，保证整体刚度，确保了梁底线形美观。

（2）走道梁的锚固筋利用箱梁腹板竖向预应力钢筋，减少预埋锚固筋约2/3。

（3）挂篮走行系统构造简单，采用多台穿心千斤顶并联，同步牵引多片主桁前行，内外侧模和底模系统一次走行就位，走行效率高。

（4）每侧挂篮主桁、底模平台、吊挂、走行锚固和模板系统总重量265 t，箱梁最重节段860.6 t，挂篮总重量与箱梁最重节段之比为265/860.6＝0.31，挂篮工作系数较小，实现了挂篮轻量化设计［11］。

（5）挂篮纵向、竖向、横向几何尺寸较大，空间开阔，有利于钢筋绑扎、预应力筋和预应力管道安装，可多台地泵同时供应混凝土，提高施工效率［12］。

（6）利用广珠铁路项目西江特大桥230 m连续梁挂篮的主桁架进行简单改造，用于本桥挂篮施工，节省了大量材料费和加工费。