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摘要：在本次研究中，我们以深茂铁路省道275大桥连续混凝土箱梁，利用悬浇挂篮的施工方式，并结合具体的施工案例，阐述了三角斜拉式挂篮的设计，分析这种结构在浇筑状态以及走行中不同构件的受力情况分析，最后能够结合箱梁施工各阶段过程中的情况阐述挂篮施工工艺，进而能够为同类施工设计提供经验参考。
关键词：连续梁；挂篮；悬浇；节段施工；技术
一、工程分析
省道275大桥主梁，结构设计为（32+48+32）m预应力混凝土连续箱梁，采用变截面单箱单室箱梁结构，箱梁高2.8～3.4m，箱梁顶板宽度为12.6m，顶板厚度0.34m，腹板厚0.5～0.95m，根部局部加厚至1.15m；底板厚0.3～0.9m，根部局部加厚至1.1m。该桥梁的悬浇阶段程度是由2个长度构成的，分别是3米、3.5米，其中B1～B4为3米节段，其相应的节段量重分别为B1：93.08吨：、B2：88.14吨、B3：85.54吨、B4：75.16吨，B5～B6为3.5米节段，其节段梁重分别为B5：81.9吨、B6：82.94吨。
挂篮是施工梁段的承重结构，又是施工梁段的作业（悬浇、张拉等）平台，挂篮设计应按其悬灌所承受的最大梁段重量及施工荷载等考虑承重。根据该桥梁的箱梁结构以及对悬臂阶段的设计要求，在具体施工中可以采用三角挂篮，其挂篮总重为33吨（包括模板及机具设备），能够适用于3.0～3.5米节段长度以及最大重量96吨节段的施工。三角形挂篮结构相对比较简便，而且受力情况明确，重量较轻，相比棱形挂篮方式来说这种三角挂篮能够降低横梁高度，同时降低了挂篮重心位置，提升挂篮走行时的稳定性。挂篮平衡重系统，利用现有的浇筑梁段竖向预应力钢筋，将其作为后锚点，能够取消平衡重的压重结构。挂篮走行利用的是液压系统，是由反扣轮，走行抡，导梁，走行油缸共同构成的，这种系统具有明确的挂篮就位，同时走行速度比较快，具有较强的安全性。
二、三角斜拉式的挂篮施工设计
挂篮由三角形主桁架、底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统六大部分组成。
图b 主桁架
2、底模平台：底模平台直接承受梁段混凝土重量，并为立模，钢筋绑扎，混凝土浇筑等工序提供操作场地。其由底模板、纵梁和前后横梁组成。底模板采用大块钢模板；纵梁采用I32b工字钢，横梁采用2][32b槽钢焊接格构式梁。前后横梁中心距为4.6米，纵梁与横梁采用M22X85高强螺栓连接。
图d 外侧模
4、悬吊系统：悬吊系统用于悬吊底模平台、外模。并将底模平台、外模的自重、梁段混凝土重量及其它施工荷载传递到主构架和已浇筑梁段上。悬吊系统包括前上横梁、底模平台前后吊杆、外模走行梁前后吊杆、垫梁、扁担梁及螺旋千斤顶。底模前后横梁各设6个吊点，每个吊点均采用一根Φ32精轧螺纹钢筋（PSB830）做吊杆悬吊底模平台。底模平台前端悬吊在挂篮前上横梁上，前上横梁上设有由垫梁、扁担梁和螺旋千斤顶组成的调节装置，可任意调节底模标高。底模平台后端锚固在已浇筑梁段的底板和翼缘板上。外模走行梁的前后吊杆均采用单根Φ32精轧螺纹钢筋（PSB830）。以悬吊外侧模板，在挂篮推进时外侧模板与挂篮整体一次推移就位。
5、锚固系统：锚固系统设在2榀主桁架的节点A上，共2组，每组锚固系统包括2根后锚上扁担梁及4根后锚杆，后锚杆采用单根Φ32精轧螺纹钢筋。其作用是平衡浇筑混凝土时产生的倾覆力矩，确保挂篮施工安全。锚固系统的传力途径为主桁架节点A→后锚上扁担梁→后锚杆→已浇筑梁段混凝土。
6、走行系统：走行系统包括垫枕、轨道、前支座、后支座、外走行梁、走行梁吊环、牵引设备。挂篮走行时前支座在轨道顶面滑行，联结于主构架后节点的后支座反扣在轨道翼缘下并沿翼缘行走。挂篮走行由2台YDC60吨穿心千斤顶连接主桁架牵引主桁架并带动底模平台和外侧模一同前移就位。走行过程中的抗倾覆力传力途径为主桁架后节点→后支座→轨道→预埋φ32精轧螺纹钢。
7、三角形挂篮主要特点：
⑴、三角形挂篮与菱形挂篮相比，降低了前横梁高度，即挂篮重心位置大大降低，从而提高了挂篮走行时的稳定性。
⑵、结构简单，拆装方便，重量轻，刚度大，变形小。
⑶、起步所需长度短，该挂篮所需起步长度为8.0m。
⑷、利用箱梁竖向预应力筋作后锚，抗倾覆系数高，安全可靠。
⑸、挂篮采用液压走行系统，由轨道、反扣轮或行走小车、走行油缸组成，该系统具有挂篮就位准确、走行速度快、安全可靠等特点。
三、三角形挂篮的受力作用分析
1、首先从其荷载系数上来看，根据相关的设计要求以及施工安全主要荷载的系数为：混凝土容重：26.5KN/m3，混凝土超载系数：1.05，钢材容重：78.5KN/m3 ，施工人员、材料、机具荷载：1.0KN/m2，按梁段顶面积计算，混凝土灌注状态动力系数取1.1，挂篮走行状态动力系数取1.2；浇筑混凝土以及挂篮走行时相应的抗倾覆稳定性系数为2。
2、根据梁段长度、重量、梁高等参数，设计时按以下四种工况进行计算。
工况一：连续梁1#段混凝土方量最大为36.1m3，重量为956.5KN。1#施工时为最不利节段为设计工况。
工况二：连续梁5-6#段节段长度为3.5m，在挂篮推移时间推移至施工位置时外侧模板对走行梁作用力为最不利，挂篮由4#段推移至5#段、5#推移至6#时推移距离最长作为挂篮外模板走行梁设计工况。
工况三：挂篮在推进时挂篮推进到下一阶段施工位置时走行梁对前上横梁的作用力最大，挂篮自重给轨道的作用力最大，就按照挂篮推移到下一施工节段时作为轨道设计工况。
计算强度时：动力系数1.1X梁段混凝土重量X超载系数1.05＋动力系数1.1X挂篮自重＋施工人员、材料、机具荷载+风荷载
计算刚度时：1#梁段混凝土重量＋挂篮自重＋施工人员、材料、机具荷载
3、采用大型结构计算软件Midas/Civil进行整体空间内力分析。按允许应力法进行检算。计算模型全部采用梁单元，主桁架考虑节点次弯矩。为使模型简洁，便于计算结果分析，外侧模和外模走行梁自重、箱梁翼缘板混凝土重量及其上附加的施工人员、材料、机具荷载荷载转换为集中荷载施加在前上横梁上。
在浇筑混凝土时，挂篮主桁架、前上横梁、底模平台、吊杆等构件的强度、刚度均由工况一控制；外模走行梁的刚度、强度由工况二控制；轨道的刚度强度由工况三控制。
4、计算结果如下：
挂篮底模板最大综合变形为14.6mm；主桁架前节点挠度值f1=10.1mm<20mm；前上横梁悬臂端挠度为14.3mm，扣除主桁架前节点处挠度值10.5mm，前上横梁的相对挠度值f =14.3-10.5=3.8mm<3130/400=7.8mm，表明前上横梁刚度储备足够；主桁架杆件BC考虑杆端次弯矩应力时绝对值最大综合应力为90MPa<[σc]= 215MPa。主桁架杆BC的压杆稳定，，最后确定取，可以满足要求；主桁架杆ABD的压杆稳定，，最后确定取，满足要求。
前上横梁强度，在工况一作用下，前上横梁最大弯曲应力σ=66.8MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=18.0MPa<[τ]=125MPa，综合应力值66.8MPa<[σ]= 215MPa，前上横梁具有足够强度储备。在不累加主桁架、前上横梁、吊杆的变形值11mm的情况下，底模平台最大挠度发生在底模前横梁的跨中，最大值为14.3mm，跨中相对变形值为14.6-11=3.6mm<L/400=2840/400=7.1mm。边纵梁跨中相对变形值为14.6-13.5=0.9<L/400=4600/400=11.25mm。表明底模平台纵梁刚度储备足够；在施工时底模平台纵梁最大弯曲应力σ=92.4MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=19.9MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值σ=93.8MPa<[σ]= 215MPa。底模平台横梁最大弯曲应力σ=33.6MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=22.8MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值42.3MPa<[σ]= 215MPa。在不累加主桁架、前上横梁、吊杆的变形值11mm的情况下，底模平台最大挠度发生在底模前横梁的跨中，最大值为14.3mm，跨中相对变形值为14.6-11=3.6mm<L/400=2840/400=7.1mm。边纵梁跨中相对变形值为14.6-13.5=0.9<L/400=4600/400=11.25mm，表明底模平台纵梁刚度储备足够；在施工时底模平台纵梁最大弯曲应力σ=92.4MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=19.9MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值σ=93.8MPa<[σ]= 215MPa，底模平台纵梁强度符合要求；底模平台横梁最大弯曲应力σ=33.6MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=22.8MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值42.3MPa<[σ]= 215MPa。
后吊杆精轧螺纹钢钢筋最大轴力为F1=107.9KN，单根ψ32PSB830的精轧螺纹钢筋允许承受最大拉力为：
F1=107.9KN<F=667.5，安全系数a=F/F1=667.5/107.9=6.1。
挂篮后锚抗倾覆锚固安全系数为k1c=4XR4/R2=3.3，走行在浇筑混凝土时最大变形值为8.8mm<4500/400=11.25mm，表明走行梁在工作状态下刚度满足要求；走行梁在浇筑混凝土时最大应力值为139.3MPa<[σ]=215MPa，表明走行梁在浇筑混凝土时下强度满足要求。
走行梁在走行最不利时的强度和刚度由工况二控制。走行梁走行状态最大变形值为13.6mm<8250/400=20.65mm，表明走行梁在走行状态下刚度满足要求；走行梁走行状态最大应力值为19.1MPa<[σ]=170MPa，表明走行梁在走行状态下强度满足要求。
挂篮走行最不利工况由工况三控制。走行状态最不利状态后支座反力为R1=93.8KN；轨道采用][32b槽钢，轨道采用三维实体单元建模；在挂篮走行最不利状态下，轨道翼缘竖向变形最大值为0.06mm，等效应力最大值为43.8MPa，由于网络很细则轨道承载力的安全系数k2C=235/43.8=4.9。挂篮走行状态后锚抗倾覆系数由轨道应力控制，最小安全系数K2=k2C=4.9。
经计算表明，该三角形挂篮在各种计算工况下，强度、刚度、稳定均满足相关规范要求。
四、三角形挂篮施工以及相应的注意事项
拼装挂篮由工厂加工后运到现场进行拼接，且拼接时需要按照临时锚固等稳定措施，避免在拼接中出现倾覆，完成拼接之后还需要根据混凝土荷载以及分布情况，逐级进行加载，观察变形值，然后完成卸载后要计算挂篮的弹性以及出现非弹性形变的值。
主梁零号节段混凝土强度满足要求之后，张拉预应力筋并完成压浆和封端处理，安装挂篮之后进行加载实验，调整底模的标高，做好侧模的安装底板，绑扎腹板钢筋和竖向预应力筋，安装纵向预应力管道，进行箱梁内模的安装，绑扎顶板钢筋并进行横、纵向预应力管道安装，浇筑阶段混凝土。
小结
总而言之，三角斜拉式挂篮结构相对比较简便，而且受力分析明确，挂篮各杆件采用型钢截面自重轻，便于运输和安装，同时可以重复利用，可适用于不同长度、宽度的箱梁施工。
参考文献：
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论文作者:陈士旺
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/5/31
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