悬浇法施工连续梁挂篮通用性设计论文_吴小舟

摘要：本文结合工程公司近几年挂篮法悬臂浇筑的工程实例，意在选取一种结构简单、使用方便的结构形式，加以通用性的设计，提高挂篮的稳定性与周转率。在安全性，工作效率和成本效益上为施工单位提供帮助。

关键词：连续梁施工 挂篮 通用性 周转使用

连续梁悬臂浇筑法施工工法从20世纪60年代首先使用以来，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁的一种常用施工手段。我国从20世纪80年代开始使用这种技术，现在已经广泛使用于桥梁施工中。我国目前所用的挂篮，基本上都是钢结构加工厂家针对单位工程需要，一桥一篮自行设计制造。种类繁多，且周转使用改造费用大。导致很多挂篮不能周转使用，造成经济上的浪费，或作业队伍为节省成本强行将不通用或老旧损伤的挂篮转场使用，成为安全隐患。

本文结合工程公司近几年挂篮法悬臂浇筑的工程实例，意在选取一种结构简单、使用方便的结构形式，加以通用性的设计，提高设备通用性，增强挂篮的结构稳定性，提高周转率。在安全性、工作效率和成本效益上为施工单位提供帮助。

一、挂篮结构的类型选择

（一）挂篮设备的定义

连续梁施工挂篮是预应力混凝土连续梁、T形刚构悬臂分段施工的一项主要设备，它能够沿轨道整体向前。通常挂篮由以下几个组成部分：承重结构、悬吊系统、锚固装置、行走系统和工作平台。承重结构是挂篮的主要受力构件，它承受施工机具、人员、新浇筑节段混凝土等全部重量，并通过锚固系统将荷载传给已施工完成的梁身上。简单点说，挂篮就是一个能顺桥向滑动或滚动的承重构架。

（二）常用的挂篮类型、力学特点及适用性

目前挂篮的种类繁多，按主要承重结构形式可分为：平行桁架式挂篮、弓弦式挂篮、菱形挂篮、三角挂篮和斜拉式挂篮等形式，均属于空间桁架结构。其力学特点及适用性如表1所示：

表1 各类挂篮的力学特点及适用性对比表

（四）挂篮结构类型的选择

近年来随着挂篮使用经验的丰富，使用型钢及钢板加工制造挂篮得到快速发展。菱形挂篮和三角挂篮兼具结构简单、使用方便的特点，得到了广泛的应用。本文通过对菱形挂篮和三角挂篮受力特点分析，选取最优的作为通用性挂篮的基本结构类型。以赣深铁路柳城东江特大桥2联-（48+48）m悬臂T构为例进行说明。20#-24#号墩为两联（48+48）m双线T构连续箱梁，梁体为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.6m，顶板厚度35～60cm，腹板厚度45～70～85cm，底板厚度35～77cm。单个48+48mT构梁体全长97.3m，计算跨度为（48+48）m，中支点截面中心线处梁高为5.5m，边跨梁高为2.8m，边支座中心线至梁端0.65m，边支座中心横向距梁底板边0.65m。采用悬浇施工，主梁共分25个节段，A0#节段梁段长12m，A11#合龙段梁长2m，A12#边跨现浇段梁长7.65m，A1#～A4#及A5#～A10#悬臂段梁段长分3.0m、3.5m两种。悬浇梁段最重节段为A1#节段，重量均为1243.9KN。

1.挂篮设计

21#，23#墩分别为两联的主墩，21#墩选用对称的两组三角挂篮，23#墩采用菱形挂篮。为了方便比较，两套挂篮的横梁都为I45工字钢双拼，且底篮系统基本一致。其上部承重系统分别如下：（1）菱形挂篮设计。菱形架采用五根杆件和4个节点箱组成，主桁架为[32槽钢双抱焊接，节点箱采用20mm钢板焊接，主销轴采用40Cr材质，直径Φ100。（2）三角挂篮设计。三角架由4根规格为δ16*240的Q235斜拉带组成，主纵梁为HW500型钢双拼，立柱为HW390型钢双拼。主销轴采用20CrMnTi材质，直径Φ160。

图1 相邻的两个T构分别为三角挂篮和菱形挂篮

2.两种挂篮受力分析

运用有限元软件MIDAS对两种挂篮形式进行建模分析计算。

（1）由图2可知刚度验算中三角挂篮的最大位移值是20.55mm，菱形挂篮的最大位移为25.8mm。菱形挂篮的前下横梁变形比三角挂篮大5.25mm，说明三角挂篮的整体刚度大于菱形挂篮。

图2 挂篮刚度验算

（2）由图3可知三角挂篮的一阶屈曲模态临界荷载系数为4.54，远小于菱形挂篮的38.4。说明菱形挂篮的稳定性优于三角挂篮。

图3 挂篮稳定性验算

3.实际加载实验结果

挂篮拼装完成后根据《铁路预应力混凝土连续梁（钢构）悬臂浇筑施工技术指南》（TZ324）进行静载预压试验，以消除其非弹性变形，测定其弹性变形与荷载的关系，验证挂篮各部分结构安全性。本次预压取以1#

块最大施工重量的1.2倍分三级加载，即60%、90%、120%最大荷载进行预压。根据表2可以看出实际弹性形变大于有限元分析，三角挂篮的实际刚度也大于菱形挂篮。

4.实际实用性比较

通过从现场操作人员沟通、了解，发现三角挂篮的悬挑部分位于桥面高度，现场吊装或钢筋绑扎时会有磕碰的情况，而菱形挂篮的悬挑高于桥面，作业空间较大如图4、图5。

图4 三角挂篮操作空间 图5 菱形挂篮操作空间

综上，选取稳定性高且方便施工的菱形挂篮为通用性挂篮的基本结构。

二、通用挂篮的等级划分

1.铁路连续梁（钢构）设计参数

悬臂浇筑最大节段重量与悬浇总长度及桥梁荷载都成正比。且铁路连续梁横向分布荷载明显大于公路及市政桥梁。本文统计了部分有代表性的铁路连续梁如：客运专线（高铁）、客货共线（普铁）、城际铁路的设计参数如表3、表4、表5。

2.通用型挂篮分级

按悬臂浇筑最大节段重量，参考了钢材市场上普遍使用的型钢型号，将通用挂篮分为三个等级如表6。

三、通用挂篮的通用性设计

1.主桁之间的连接设计

铁路悬臂浇筑连续梁一般为单箱单室箱梁，两片主桁架分别设置在箱梁的腹板上方，由于箱梁底板宽度不一定，且铁路桥梁有单双线之分，导致主桁间距不尽相同。目前工地上使用的挂篮只考虑到当下施工使用，两片主桁之间的横联与主桁架多为焊接或螺栓连接。导致挂篮转场使用时只能切割或换掉整个横联。建议选用贝雷片组合成需要的横联长度，与主桁之间用可重复使用的夹具连接，能适应各种梁型主桁架宽度施工，方便安装也节省成本。如图6、图7。

图6 贝雷片组成的横联 图7 夹具连接

2.吊点的设计

根据桥梁横断面的结构尺寸，选择最适合的悬吊点。建议挂篮配备活动吊点，在横梁上加装限位装置，避免频繁焊接切割固定吊点对主横梁造成伤害。

3.组合式内外滑梁的设计

临近既有线或跨高速公路浇筑一号块，外滑梁侵限时、合拢段长及梁高不够内滑梁无法正常拆卸时。现场多采用直接切割架体，造成浪费及影响受力特性。在设新制挂篮时，考虑以上情况，准备组合式的滑梁，螺栓连接。

图8 活动吊点 图9 切割报废的内滑梁

4.改进行走系统

目前，大多数挂篮行走系统大部分在后支点上都已经采用了反扣轮组。但前支点都还为钢结构表面摩擦，挂篮行走时需不断加黄油润滑。也有采用走棍或轴承的，但行走效果不佳、操作繁琐，没有推广价值。以后的挂篮行走必定是往液压、半自动等智能化方向进行革新。

四、结束语

采用通用性好的施工挂篮，使用周转率会提高，挂篮的设计和加工也会增加很多新材料、新工艺等高技术附加因素，安全、高生产效率是悬臂浇筑工法现代化的发展方向。

参考文献：

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作者简介：吴小舟，中铁二十五局集团第一工程有限公司，电话：18688391643，电子信箱：258969352@qq.com。

论文作者:吴小舟

论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期

论文发表时间:2020/4/13

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