變寬橋面掛籃設計研究

翟 輝 趙井衛

1 工程概況

某橋主橋為矮塔斜拉橋，為跨越黃河而設，結構為一聯95 m+ 160 m+95m預應力混凝土雙塔單索面部分斜拉橋。橋長350m，采用塔梁固結、梁墩分設的結構形式。箱梁截面為單箱3室，在梁段的中室腹板上設有斜拉索。其施工方法采用先T構，后連續的方法，即先按T構懸臂澆筑施工后體系轉換合龍成為部分斜拉橋。根據設計要求，2個T構同時施工，需加工4套寬橋面大掛籃。

2 掛籃選型

目前，掛籃已向輕型且重載方向發展，其中可以用主要控制指標來反映掛籃的設計是否優化，設定掛籃重量/懸澆節段重量。

橋梁施工技術規范規定值分布一般為0.3～0.5，值越低，表示承受節段單位重量使用的掛籃材料越省，整個掛籃(包括模板)設計越合理。值較大的橋梁一般是采用萬能桿件桁架式或三角桁架式掛籃加配重。因此，減輕掛籃自重采用的手段除優化結構形式外，最重要的措施是不設平衡重，并改善滑移系統，同時改進力的傳遞系統。

本橋梁段最大質量200 t，最長節段4 m;梁高變化范圍4.5 m～ 2.0 m，梁底寬變化范圍14.6 m～16 m。擬采用輕型菱形桁架掛籃，掛籃無平衡重，自行式行走，自重84 t，控制指標，符合橋梁技術規范規定的水平。

3 掛籃構造

該菱形掛籃由主構架、底模架、前上橫梁、內外模板、行走及錨固系統等組成。主桁片是掛籃的主要承重部分，由4片桁架及聯結系和門架組成。桁片的桿件均采用2Ⅰ32c工字鋼焊接而成，為便于安裝和運輸，節點處均采用栓接。

底模架縱梁采用Ⅰ30和Ⅰ32工字鋼組焊而成。模架前后橫梁由2Ⅰ40組焊而成，掛籃前后吊點均設在前后橫梁上，前橫梁設12個吊點，其中6個為外模走行梁前吊點，6個為底模前吊點。后橫梁設8個吊點，其中6個固定在底板上，2個固定在箱梁翼緣板上。

底模板12 mm厚的竹膠板模板，下墊10 cm×10 cm方木，竹膠板和方木用鐵釘固定，方木下設橫向分配梁，橫向分配梁分為固定分配梁和活動分配梁，放置在底模縱梁上，其中固定分配梁點焊在底模縱梁上。

每套掛籃的前上橫梁由兩根Ⅰ56c工字鋼焊接而成，每根長11.65 m，每根聯結于主構架前端的節點處，將兩片桁架連成整體，上布6個吊點，其中3個為底模前吊點，3個吊點為外側模走行梁前吊點。前上橫梁上應加設欄桿，為調整吊帶時的防護。

掛籃后吊裝置每個吊點采用2根32精軋螺紋鋼筋，穿過底板預留孔后，下端與下吊梁1聯結，用1個LQ30千斤頂及扁擔和墊梁支撐在已澆筑好的梁段底板上。

掛籃走行裝置由軌道、鋼枕、前后支座、千斤頂等組成。軌道由2Ⅰ25b及12厚鋼板組焊成Ⅱ型斷面，底板每隔60 cm開橢圓形長孔，以便與豎向預應力鋼筋錨定。軌道根據梁段不同分2 m和1 m兩種。

前后支座各2個，前支座支撐在軌道頂面，下墊聚四氟乙烯滑塊，可沿軌道滑行。后支座以后鉤板的形式沿軌道下緣滑動，不需要加設平衡重，千斤頂牽引前支座，使整個掛籃向前移動。

掛籃在灌注混凝土時，每個主桁架后端利用6根32精軋螺紋鋼筋錨固在軌道上，軌道錨固在已成梁段的豎向預應力鋼筋上，在錨固時，利用千斤頂將后座鉤板脫離軌道，然后錨固。示意圖如圖1所示。

4 掛籃設計計算

4.1 掛籃構件傳力機理

作為待澆梁段混凝土的支撐面，內、外頂模支撐翼緣板與頂板的混凝土重量。模板以上的重量則由間隔分布的內、外縱梁滑梁承受。內、外縱滑梁則把力傳遞到已澆梁段的頂板和前上橫梁上安裝的吊桿上。待澆腹板和底板混凝土重量則通過底模傳遞給底籃縱、橫梁，通過前、后下橫梁上安裝的吊帶傳力給已澆筑梁段的底板和前上橫梁。而前上橫梁的所有荷載則都傳遞到菱形主桁架上，桁架前支點和后錨點再將荷載傳遞給已澆梁段的頂板上。其傳力流程如圖2所示。

4.2 掛籃系統受力分析

根據上述傳力機理，采用大型有限元程序SAP2000計算，掛籃系統采用空間(桿系+板塊)有限元進行彈性分析，其中主桁架構件、橫聯、上下橫梁、底籃縱梁、內外縱滑梁用梁單元模擬;吊桿、吊帶用只受拉桿單元模擬;地理模板采用具有較大剛度的板單元模擬，相關參數如表1所示。

表1 掛籃構件內力計算參數

4.3 結果分析

針對最不利工況進行掛籃加載分析，對相關桿件進行應力、穩定性驗算。計算表明，掛籃走行過程中，底籃最大變形15.8 mm，滿足施工規范要求的20 mm限值，出現在澆筑1號梁段之后;整個施工及走行過程中，掛籃各構件應力滿足材料允許值的要求，最大應力93 MPa，位于底籃縱梁及內外滑梁。結構整體抗傾覆安全系數3.2，自錨固系統的安全系數4.2，均滿足規范要求;整體掛籃剛度較大，施工變形較小，有利于施工線形及標高的控制。

5 結語

根據寬幅整體施工的特點，本橋采用輕型菱形掛籃，充分考慮了掛籃構件傳力的便捷性，使其構造指標經濟，滿足特殊的施工要求。

工程實踐表明，掛籃結構簡單，受力明確，設計合理，滿足工程要求。具體施工中要注意以下幾點:

1)掛籃行走要慢行同步，防止發生掛籃扭轉;

2)嚴格控制掛籃變形觀測，及時調整掛籃走行參數;

3)掛籃底籃要有足夠的剛度，防止發生大變形影響質量;

4)掛籃定位要反復調整吊帶，確保定位準確，防止扭轉。

每座懸臂施工的橋梁都有其自身特點，特別是寬幅施工時，需要綜合分析大橋本身因素及各種伴生因素對掛籃選型的影響，實際施工中，對特殊設計的掛籃一定要進行結構、桿件分析，確保掛籃施工安全。

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