談懸臂澆筑施工中掛籃的選用及力學分析★

楊德超 時國松 向學建 董 軍

(1.北京交通大學海濱學院，河北 黃驊 061199；2.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088； 3.北京建筑大學土木學院，北京 100044)

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·橋梁·隧道·

談懸臂澆筑施工中掛籃的選用及力學分析★

楊德超1時國松1向學建2董 軍3

(1.北京交通大學海濱學院，河北 黃驊 061199；2.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088； 3.北京建筑大學土木學院，北京 100044)

對懸臂澆筑施工中掛籃的選用進行了分析，從掛籃的結構特點、受力特點及施工特點等進行了論述，并通過三角掛籃和菱形掛籃的對比與力學分析，得出了在同等理想條件下，采用菱形掛籃施工會更加安全合理。

懸臂澆筑施工，掛籃，力學分析

1 概況

懸臂澆筑法簡稱懸澆，適用于大中跨徑的斜拉橋和連續剛構橋，指的是在完成0號塊的施工之后，在橋的兩側同時懸吊掛籃進行施工，兩側的掛籃同步向兩端進行前移，進行立模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土及預應力張拉等施工。如今，在面對大中跨度的斜拉橋和連續剛構橋施工時，首先考慮懸臂澆筑法，因為外在的一些干擾因素如環境，地理位置等，對懸臂澆筑法影響較小，同時，懸臂澆筑施工可以提高橋梁的整體安全性，其次橋面上放置的鋼筋和建材以及設備不會太多，滿足施工的梁段使用即可，這樣能減輕施工中大中跨徑橋梁整體的受力情況，從而保證了整個工程的安全性。

掛籃是懸臂澆筑中不可或缺的一個主要施工設備。掛籃放置在已完成預應力張拉的梁段上，通過滑道或者軌道利用液壓千斤頂使掛籃進行前移。前移之后，在掛籃上進行調模立模，然后進行綁扎鋼筋并澆筑混凝土，最后張拉預應力筋并完成其他施工工作即可準備進行對下一號塊段的施工。每個梁段的施工均按此循環施工直至所有的梁段都澆筑完成。

懸臂澆筑的通用施工方法為：1)0號塊施工完成之后，在橋的兩側安裝并調整掛籃；2)進行掛籃的預壓；3)進行掛籃的前移；4)調模立模后綁 扎鋼筋并澆筑混凝土至合龍號塊段之前；5)進行合龍段的施工。懸臂澆筑施工的特點：a.施工期間不會影響到橋梁下方人員或者車輛的通行；b.逐段施工不需要大型設備，僅用兩個掛籃就能完成梁部施工；c.橋兩側各放置一個掛籃，進行同步對稱的施工，能大大縮短施工工期，提高施工效率；d.施工時在橋面放置滿足施工梁段所需的建材即可，這樣能減輕橋梁整體的受力情況；e.節段施工都是重復作業，需要的人員少，能較快掌握施工技術，提高施工效率。

2 掛籃的比較

掛籃是懸臂澆筑施工不可或缺的主要設備。目前我國在面對大中跨度的斜拉橋和剛構橋的懸臂澆筑施工時通常會考慮使用三角掛籃、菱形掛籃和斜拉式掛籃三種掛籃形式。

選擇掛籃的通用標準如下：1)滿足橋梁設計對掛籃自重的要求外，盡量減輕掛籃自重；2)保證施工質量，滿足在施工條件下作業的安全性；3)施工效率高，能保證懸臂施工時的效率和質量；4)操作簡單，施工方便，容易被工人快速掌握和熟悉；5)經濟實用，能夠多次重復使用，盡量滿足同種類型不同尺寸的橋梁施工；6)變形小，結構簡單，受力合理。

斜拉式掛籃的受力和傳力較合理，但施工難度大，操作過程較復雜。每次循環施工中需要在底模縱梁和主梁的尾部設置限制移動裝置，還需要安裝和卸載斜拉桿。相比之下，三角掛籃和菱形掛籃施工方便，操作較簡單，安全性也高于斜拉式掛籃。因此在面對斜拉橋和剛構橋的懸臂澆筑施工時主要分析對比三角掛籃和菱形掛籃就能選擇出最優掛籃用于施工。

2.1 三角掛籃

三角掛籃由主桁系統、懸吊系統、錨固系統、走行系統、底籃系統、模板系統、走道系統、孔筋系統組成。各桿件之間用銷子連接，其三角掛籃的立面圖如圖1所示。

三角掛籃的優點：1)掛籃推移時方便；2)安全性強；3)施工方便；4)穩定性好；5)加工方便，節約材料。

2.2 菱形掛籃

掛籃的主構架為菱形，施工的操作空間較大且拼裝靈活。菱形掛籃主要由主桁系統、走行錨固系統、導向系統、底籃系統、前上橫梁、平臺防護系統、輔助部件等組成。菱形掛籃的立面布置圖如圖2所示。

菱形掛籃的優點：1)掛籃推移時方便；2)安全性強；3)施工面寬敞；4)施工容易；5)適用于主梁截面高，節段荷載重大時。但是菱形掛籃與三角式掛籃相比，構件稍多，重量稍大。加工比較麻煩，成本也稍高。

2.3 主承重對比

三角掛籃主承重體系是靠主梁和格構式主柱及斜拉帶所形成的三角架承受荷載，其中三角掛籃的兩榀三角架是通過高強度螺栓進行連接。前橫梁、中橫梁、后橫梁均采用由型鋼與鋼板焊接形成箱形結構。上主梁和下主梁由高強螺栓連接，其斷面采用兩條槽鋼焊接，形成箱形截面，通過角鋼鋼板焊接成格構式立柱。

菱形掛籃主承重體系主要是由兩榀菱形桁片和前橫梁桁片及后橫梁桁片組成。每5根桿件的結點用銷子連接構成菱形桁片。前橫梁和后橫梁同樣采用鋼板組焊成平面桁架。橫梁與主桁片之間通過高強螺栓進行連接。

2.4 走行對比

反壓滾輪和行走輪及內外模滾輪三部分構成三角掛籃的主要行走體系。走行體系包括整體走行和分步走行。整體式走行指的是完成懸臂澆筑混凝土并進行預應力張拉后，拆除掛籃側模和底模，底模懸掛在側模上，側模懸掛在外滑梁上，外滑梁的后吊點移動到中部附近錨固好，內模也與頂板脫離，放在內滑梁上，內滑梁的后吊點前移并設置保險裝置后掛籃前移。掛籃前移到位后，首先轉換滑梁后吊點，再調整底模和側模，準備進行下一步的施工。分步式走行指的是在完成懸臂澆筑混凝土并進行預應力張拉后,把掛籃側模、底模、內模與梁體混凝土鎖住，使內、外滑梁落在內模和外側模上，然后進行掛籃的前移，使內外滑梁隨主梁一起向前移動。掛籃前移到位后，錨固主梁并調試好內外滑梁的后吊點。待錨固完成后，前移內模和外側模及底模，解除鎖定后應使外模落到內外滑梁上，側模懸掛在外滑梁上，底模懸掛在側模上，之后用倒鏈牽引前移就位，內模也與頂板脫離置于內滑梁上，用倒鏈牽引前移就位，之后調整底模和側模待進行下一步的施工。

滑梁小車和走行小車及滑軌三部分組成菱形掛籃的主要走行體系。走行軌道每側放置兩片工字鋼在腹板的位置。掛籃主桁前支點下方需要設置滑船，利用液壓千斤頂使掛籃向前移動，掛籃后支點處放置走行小車，不需要設置平衡重。

2.5 施工對比

影響三角掛籃施工的不利因素較多，因此在施工時工序較為繁瑣。由于三角掛籃施工時主梁下面可利用的空間太小，沒有存放建筑材料的空間，故必須依靠人工將鋼筋和波紋管及其他建材搬到施工段進行施工。三角掛籃的前吊桿短，當掛籃的偏差稍大時，必須進行掛籃的調整，這會明顯加大施工人員的工作量，影響工作的效率。

影響菱形掛籃施工的不利因素較少。掛籃也比較容易進行調整，通過精確的放線安放并錨固的滑道精確度也相對精準，主梁后部設置反扣輪，前面是走行輪，掛籃到位后精度會較高，也不需要進行太大的調整。

3 力學分析

為了對比分析三角掛籃和菱形掛籃的利弊，假設其高度、跨度和桿件截面及使用材料均相同，使用結構力學求解器對三角掛籃和菱形掛籃進行力學分析。三角掛籃計算簡圖如圖3所示，菱形掛籃的計算簡圖如圖4所示。以熱軋輕工30a為例，A=4 990 mm2，I=77 800 000 cm4，E=206 MPa。

首先在受力點D處施加單位力1，通過結構力學求解器計算出三角掛籃結構桿件軸力如圖5所示。菱形掛籃結構桿件軸力如圖6所示。

通過結構力學求解器得出的數據，經過總結數據得到桿件內力對比表，如表1所示。

表1 桿件內力對比表

由表1可知，在相同的材料、荷載、長度等條件下，三角掛籃BC桿受力較大；菱形掛籃各桿件受力較均勻，整體內力較小且位移量相對于三角掛籃來說較好，壓力分配比較合理。三角掛籃的變形最大；菱形掛籃的變形較小。為了保證結構整體的安全性，綜合考慮得出菱形掛籃是相對穩定的。

4 結語

面對斜拉橋和連續剛構橋的懸臂澆筑施工時，綜合對比分析三角掛籃和菱形掛籃的結構特點、施工特點及受力特點，并在相同理想條件下計算得出，菱形掛籃變形量較小。因此在懸臂澆筑施工中采用菱形掛籃比較安全經濟合理。

此結論僅屬于在理想化條件下得出的，實際施工中掛籃的選擇與分析必須依靠真實的環境和數據為依托，必須進行多次的檢驗，還需要考慮諸多影響掛籃受力的不利因素，以保證掛籃的安全性。

[1]顏永華,張 科,徐小坤.掛籃研究與施工設計.中國公路學會2005年學術年會論文集.2005.

[2]段明德.對掛籃設計及應用的探討.鐵道工程學報,1998(2):129-133.

[3]汪海旺,章新生.大跨度懸灌連續梁三角掛籃設計與施工.價值工程,2011(16):82.

[4]李向東.淺談掛籃選型及菱形掛籃的優點.技術與市場,2011,18(9):79-80.

Discussion on selection of hanging basket in cantilever casting construction and mechanice analysis★

Yang Dechao1Shi Guosong1Xiang Xuejian2Dong Jun3

(1.HaibinCollege,BeijingJiaotongUniversity,Huanghua061199,China; 2.ResearchInstituteofHighway,MinistryofCommunication,Beijing100088,China； 3.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

On the choice of the cantilever casting construction of hanging basket analysis, from the structure features of the hanging basket, the mechanical characteristics and construction characteristics are discussed, through the contrast of triangle hanging basket and diamond hanging basket and mechanics analysis, obtained under the condition of the same ideal, diamond hanging basket construction will be more safe and reasonable.

cantilever casting construction， hanging basket， mechanical analysis

1009-6825(2015)18-0157-03

2015-04-03★：交通運輸部西部交通科技建設項目；北京交通大學海濱學院應用技術型大學土木工程專業培養模式改革探討校級重點科研項目；北京交通大學海濱學院力學系列課程教學團隊建設項目

楊德超(1992- )，男，在讀本科生； 時國松(1981- )，男，碩士，講師； 向學建(1970- )，男，高級工程師； 董 軍(1967- )，男，博士后，教授

TU318

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