阮海华
广西交科工程咨询有限公司 广西南宁 530000
摘要：挂篮是悬臂浇筑施工工艺的主要临时构造物，保证其刚度和强度是确保梁体合理线形和安全施工的重要问题。本文以一连续梁桥的悬臂浇筑为研究点，基于工程特点确定了挂篮设计及构造，分析了全施工过程的挂篮最不利加载情形，并确定了挂篮验算的梁段选择、不利荷载和荷载组合取值，采用有限元方法计算了该三角挂篮施工的变形和受力特性。结果显示挂篮的变形和受力均满足要求，具有较好的安全储备。
关键词：连续梁桥，悬臂浇筑，三角挂篮，施工安全
悬臂浇筑是桥梁施工的主要工艺之一，通过两边的平衡施工，可以在原址修建很大跨度的桥梁结构。挂篮是悬臂浇筑的主要临时设备，相比于其他悬臂架设系统如吊机、架设缆索等，具有结构轻盈、制造安装简单等优点。挂篮作为临时结构，确保其挂篮的受力安全是进行安全施工的重要保障，而挂篮的变形也直接关系到桥梁结构的线形控制[1]。
挂篮结构如果在施工中不给予足够的重视，其引发的交通事故影响是严重的[2]，也有相关工程在挂篮施工过程中因挂篮安全验算不足、施工过大的不平衡加载等因素，造成挂篮严重变形乃至锚固失效的实例[2,3]。因而在桥梁施工监控中，必须对挂篮这类临时结构给予足够的重视，验算其使用和安全性能，并监测其使用过程，确保结构安全。挂篮的构造型式多异，根据外形可分为菱形和三角形挂篮两种；根据锚固形式有自锚式、压重式和斜拉锚固等。不同类型挂篮的施工要求和安全要求相同[4,5]。
本文依托某一连续梁桥的三角挂篮悬臂浇筑施工，根据该桥梁结构的基本特点和挂篮设计基本要求，设计了三角形挂篮结构。其次，分析了挂篮的最不利梁段加载情形。最后，建立有限元空间杆系模型，计算了施工全过程的挂篮变形和杆件应力，为该桥梁工程的施工和监控提供参考。
1.依托工程概况
依托工程为悬臂浇筑的变截面预应力混凝土连续箱梁，跨径布置42+70+42m，箱梁采用单箱单室直腹板截面，桥宽15m采用单向两车道设计标准。挂篮的施工过程：首先搭设支架浇筑0#块，拼装挂篮，悬臂浇筑2～10#块，合拢边跨，合拢中跨，完成体系转换。
该连续梁桥悬臂浇筑段纵向分段长度为6×3m+3×3.5m，箱梁墩顶现浇块件总长11.00m，中跨及边跨合龙段长度均为2m，边跨现浇段长为6m。本桥各节段混凝土重量在84t～110t之间。
2.挂篮设计
2.1 设计原则
挂篮作为桥梁结构施工的临时结构物，其设计应满足功能要求和经济要求。
功能要求包含：1）足够的强度和安全储备，保证施工中的安全性；2）足够的刚度满足变形要求，避免挂篮变形超标引起的混凝土浇筑和梁体线形受影响；3）满足高空安全作业需求；4）行走方便，锚固简便，连接可靠。
经济要求包含：1）减轻挂篮重量，在满足功能要求的情况下尽量减少挂篮自重；2）挂篮最好采用自锚平衡式，充分利用梁体和预应力的作用实现锚固；3）应满足全节段一次性浇筑，缩减施工周期。
2.2 挂篮构造
基于设计要求和结构特点，采用三角形挂篮如图1，挂篮后部不设压重，利用竖向预应力筋及锚具与梁体锚固，以解决挂篮在梁体施工时的倾覆稳定问题。三角挂篮移动灵活、便捷，可进行单元化组拼，以满足不同结构不同断面的施工要求，挂篮自重（包括模板）43.2t，根据杠杆分配可满足所有梁段的施工要求。
该三角形组合梁式挂篮由模板系统、悬挂调整系统、三角形组合梁、滑行系统、平衡及锚固系统、工作台等部分组成。如图1，每个挂篮有两片三角形组合梁作为主承重结构：斜拉杆采用16Mn钢，立柱采用两槽钢对口焊接，横梁前上横梁为双拼45B型工字钢，前下横梁为双拼36B型槽钢，主弦杆为两根双拼32B型槽钢，后吊杆为4根Φ32精轧螺纹，前吊杆为6根Φ32精轧螺纹。
3.施工过程挂篮力学性能分析
挂篮变形直接关系到梁体的施工线形，因而三角挂篮施工过程需保证各种不利荷载作用下的结构刚度要求。另外，挂篮作为临时施工构造，要保证构件受力的安全储备，因而各连接杆件和连接点的受力性能至关重要。
采用MIDAS CIVIL建立三角挂篮的有限元模型如图2，挂篮受力安全主要关注最不利的梁段荷载。基于杠杆法的前后横梁分配荷载比率，综合考虑梁段长度和梁段重量的影响，确定了本挂篮加载的最不利情形为2#梁段。悬臂浇筑的2#节段重量最大，达到110.16t。根据2#块的截面形式以及模板支撑方式对模型加载，采用杠杆法分析前后横梁的分配荷载系数分别为0.4125和0.5875，进行结构的计算复核。
3.1计算荷载及荷载组合
挂篮施工过程中需要考虑施工机具及人群荷载2.5kN/m2，风荷载0.8kN/m2以及浇筑过程中混凝土的偏载影响，根据三角挂篮特点考虑箱梁两侧腹板最大偏差3m3即78kN。依据交通部颁发的公路桥涵设计和施工规范，考虑箱梁混凝土浇注时胀膜等因素的超载系数1.05，浇注混凝土时的动力系数1.2。分析中分别考虑如下荷载组合情况：
组合工况1：混凝土自重+挂篮自重+动力附加荷载+施工机具及人群荷载。
组合工况2：混凝土自重+挂篮自重+混凝土偏载+施工机具及人群荷载。
组合工况3：混凝土自重+挂篮自重+风荷载。
组合工况4：混凝土自重+挂篮自重+施工机具及人群荷载。
3.2 挂篮变形特性
各种荷载组合作用下挂篮关键杆件和连接点的变形结果如下表1，前下横梁吊点的变位结果最大，四种荷载组合作用下从15.67~19.64mm左右变化，最大为荷载组合II下的19.64 mm，但仍然低于我国规范值的20mm要求。
4.结论
挂篮作为桥梁施工的临时结构，保证其刚度和强度要求对桥梁安全施工和达到成桥状态具有重要意义。本文以一三跨连续梁桥为依托工程，根据结构特点和挂篮的功能和经济要求，设计了三角形挂篮结构体系。采用空间杆系有限元分析了该挂篮的变形和杆件受力，结果表明挂篮变形很小，构件受力安全储备很高：型钢最大应力99.66MPa，斜拉杆最大应力145.59MPa，精轧螺纹钢安全系数2.39以上，结构满足要求。
参考文献：
[1]满洪高, 李君君, 赵方刚. 桥梁施工临时结构工程技术[M]. 人民交通出版社, 2012.
[2]杨勇. 挂篮施工安全控制[J]. 建筑安全, 2014, 29(2): 47-50.
[3]常州高架桥梁工程施工风险评估和风险管理实践. 城市高架桥梁施工风险评估和风险管理[M]. 人民交通出版社, 2009.
[4]陈卫斌. 大跨径桥梁挂篮施工技术[J]. 公路与汽运, 2007 (2): 100-102.
[5]沈江龙. 挂篮施工技术在连续梁桥施工中的应用探讨[J]. 江西建材, 2014 (13): 156-156.
论文作者:阮海华
论文发表刊物:《防护工程》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/22
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