菱形掛籃結構設計技術研究

韋化

摘要：文章以合蕪高速聯絡線工程項目跨裕溪河大橋掛籃懸臂施工工程為例，從菱形掛籃結構設計和施工實踐角度，簡述掛籃結構設計和施工技術。

關鍵詞：菱形掛籃；結構設計；施工

1 工程概況

合蕪高速聯絡線工程跨裕溪河大橋連續梁主跨為55+93+83+55m，主梁采用雙幅單箱三室波形鋼腹板箱梁，箱梁頂寬21.25m，翼緣板寬3.25m，根部梁高4.9m，懸澆段腹板為波形鋼腹板，底板厚度為25cm～70cm，懸澆段頂板厚度28cm。

箱梁0#塊在托（支）架上施工，梁段總長12.2m，邊跨、中跨合攏段長為3.2m；掛籃懸臂澆筑箱梁1#～5#塊段長3.2m，6#～10#塊段長4.8m，箱梁懸臂澆注采用菱形掛籃進行施工，懸臂澆筑的箱梁中最重塊段為7#塊、最長的也為7#塊，重量為217.1t。

2 掛籃設計參數

掛籃采用菱形掛籃形 式，掛籃由主桁系統、走行系統、錨固系統、底籃系統、吊掛系統、平臺及防護系統、模板系統等部分組成。

（1）主桁系統

①桿件A1、A2、A3、A4、A5由2[32a槽鋼組焊而成。

②橫聯由2[14a及[10組成。

③后錨平聯采用2[14a及[20a。

（2）底籃系統

①前下橫梁采用2HN400×200組合加工而成，后下橫梁采用2HN600×200組合加工而成，上橫梁采用2HN600×200組合加工而成。

②縱梁采用單根HN300×150型鋼。

（3）懸吊系統

①前吊帶及后邊吊帶均采用120×40mm（Q345）鋼板。

②滑梁吊桿采用？32mm高強精軋螺紋鋼筋。

（4）錨固系統

錨固系統設在2榀主桁架的后節點上，共4組，每組錨固系統包括2根后錨上扁擔梁、4根后錨桿。

（5）行走系統

走行系統包括墊梁、軌道、前支座、后支座、內外走行梁、滾輪架、牽引設備。掛籃走行由4臺YCL60型千斤頂牽引主桁架并帶動底模平臺和外側模一同前移就位。

（6）防護系統

防護系統用于施工時人員操作上下通道，包括前上橫梁操作平臺、底籃通道平臺、上下通道等。

3 掛籃檢算簡述

（1）查閱規范收集可變荷載標準值參數，計算梁段重量、掛籃及模板重量。

將箱梁斷面進行分割，按上述圖表為例計算節段前后位置各斷面區域線荷載，此處僅為示例。

（2）查閱結構材料鋼材、精軋螺紋鋼等承載能力設計值，查閱《公路橋涵施工技術規范》掛籃允許變形值不超過20mm，掛籃與懸燒梁段混凝土的重量比不寬大于 0.5，拴籃在澆筑混凝土狀態和行走時的抗傾覆安全系數、自錨部系統的安全系數、斜投水平限位系統的安全系數及上水平限位的安全系數均不應小于 2。

（3）考慮荷載效應組合

①承載能力極限狀態

強度計算：1.2×（砼重+掛籃系統自重）+1.4×0.75（人群機具荷載+振動荷載）

錨固安全、抗傾覆穩定計算：R/S ≥ 2

R﹣結構抗力組合

S﹣荷載效應組合

②正常使用極限狀態

剛度計算：1.0×砼重+1.0×掛籃系統自重

（3）采用有限元分析程序MIDAS civil進行建模計算。

（4）選擇驗算的工況

①掛籃澆筑工況，先對最重澆筑節段進行驗算，同時注意由于內外滑梁承受的彎矩不僅僅由重量控制，同時梁的錨固點之間的跨度影響彎矩，要同時驗算最大彎矩時梁的強度和剛度。

②掛籃行走工況。

（5）驗算主要內容：

①掛籃主桁的強度，以及主桁中受壓桿件的壓桿穩定性。

掛籃主桁的強度MIDAS軟件可以直接算出，查閱最不利工況最大荷載驗算即可。壓桿穩定性按照桿件計算長度l、回轉半斤ix算得長細比λx=l/ix，則根據長細比λ■=■=，查鋼結構規范表得穩定系數φ=，驗算σ=是否小于材料許用應力。

②下橫梁的強度和剛度。

借助MIDAS軟件可以直接算出應力、剪力及撓度，驗算即可，例如梁內應力圖如下：

③前上橫梁的強度和剛度（后續類似計算不再贅述）。

④底模以下縱梁的強度和剛度（注意最重節段未必是最大彎矩工況，跟節段長度也相關，應復核后計算最大彎矩工況）。

⑤內、外滑道梁強度和剛度（選取最大彎矩工況進行驗算）。

⑥懸吊系統強度驗算。

⑦后錨壓梁強度和剛度驗算。

⑧掛籃最大整體變形、掛籃重量驗算。

⑨其他：軌道梁強度驗算；軌道梁錨固安全系數驗算；掛籃結構用銷軸抗剪計算；節點連接用高強螺栓驗算；反扣輪軸彎矩、軸孔壁局部承壓、焊縫強度驗算。

4 注意事項

（1）掛籃檢算時澆筑工況的選擇

澆筑工況首先應選擇澆筑重量最大節段進行驗算；其次內外滑梁和底縱梁應選擇梁內彎矩最大工況要進行驗算，因彎矩不僅跟荷載大小有關還跟梁的跨度有關，應將跨度和重量較大的節段一起進行計算比較。

（2）掛籃反扣輪系統驗算

此處容易被忽略，由于掛籃行走過程中，整個掛籃傾覆荷載全部由反扣輪承受，且為動荷載，另外行走過程中各細部結構接觸面的摩擦力難以模擬計算，掛籃行走時多榀主桁的非100%同步性也會使掛籃產生內應力。實踐中發現有的反扣輪設計薄弱，施工中反扣輪向兩側張開，掛籃行走時有脫軌的潛在風險。所以從結構設計角度來說掛籃反扣輪系統尤為關鍵，適當加大安全儲備，加強反扣輪系統鋼材結構強度。

（3）掛籃行走軌道翼緣板撓曲變形

掛籃行走過程中，反扣輪扣在行走軌道翼緣板上，通常我們忽略了掛籃行走時反扣輪向上的動荷載作用在軌道槽鋼的翼緣板，產生向上的撓度變形，而過大的撓度變形會導致的傾覆風險，此處需要驗算確保安全。

（4）掛籃防護結構設計

掛籃在安裝、施工、拆除過程中，工作人員必須從主桁、中門架、前上橫梁、下橫梁等部位行走，以確保過程中的檢查和加固，所以掛籃結構設計時必須要考慮到這些結構既要滿足結構安全，同時要能夠供工作人員提供工作面，結構本身要能夠焊接或安裝安全防護欄桿等措施，避免掛籃設計時的閉門造車，致使現場使用時操作困難，安全性差。

5 總結

掛籃懸臂澆筑施工工藝雖然已較成熟，但仍是風險較高、較為復雜的工藝，本文不求全面，僅從實踐角度出發，將工程施工過程中發現的問題反饋至掛籃結構設計，從結構設計中的工況選擇、反扣輪重要性、軌道梁翼緣板撓曲變形問題、掛籃安全防護等幾方面闡述，供同類工程掛籃結構設計參考。

參考文獻：

[1]朱春光.連續鋼構橋掛籃的設計與施工.公路交通科技應用技術版，2018（11）：2-3.

[2]張碧.馮曉勇.菱形掛籃在連續梁施工中的設計與檢算.價值工程，2011（25）：1-2.

[3]袁衛國.菱形掛籃設計改良與施工技術研究.華南理工大學，2012：3-4.

（作者單位：中鐵四局市政工程有限公司）