菱形掛籃在懸臂現澆箱梁施工中的應用

卿高國

湖南湖大建設監理有限公司，湖南 長沙 410000

隨著我國高速公路的快速發展，國家運輸道路系統日益完善。上跨鐵路、河道等橋梁增多，施工中需使用懸臂掛籃施工工藝，而菱形掛籃具有加工便捷、作業面空間充足等優勢，因此大跨連續梁橋掛籃多選用菱形掛籃。文章以道水特大橋施工為例，闡述菱形掛籃在大跨度橋梁懸臂現澆箱梁中的應用要點。

1 工程概述

道水特大橋（45+80+45）m連續梁梁體采用變高度變截面箱梁，一聯總長度為169.84m，邊支座中心至梁端距離為0.5m。箱梁截面采用單箱單室直腹板，邊支點及跨中梁高為2.5m，中支點梁高5.0m，梁底變化段曲線采用二次拋物線。箱梁0號段、1號段長12m，在支架上澆筑。2～10#段采用掛籃懸臂澆筑施工，每個T構兩側各有9個懸澆節段，分別為3×3m+6×4m。掛籃設計為菱形掛籃，由菱形桁架、提吊系統、走行和錨固系統、內模系統、外模系統和底模系統組成。

2 掛籃結構受力分析

2.1 荷載取值

（1）恒載。恒載主要包括梁體鋼筋混凝土重和支架模板重，各材料容重如下。①鋼筋混凝土容重：q1=26kN/m3（考慮1.05倍超灌系數）。②鋼模板荷載：q2=0.75kN/m2；③鋼材容重：γ鋼=78.5kN/m3。④其余荷載：按桿件的實際重量取值。

（2）活載。①施工人員及設備機具荷載：q3=2.5kN/m2。②振搗混凝土時產生的振動荷載：q4=2.0kN/m2。

（3）荷載組合。掛籃設計應根據使用過程中在結構上可能出現的荷載，強度、穩定性按承載能力極限狀態進行驗算，并取基本組合進行設計；剛度應按正常使用極限狀態進行驗算，并取標準組合進行設計。永久荷載的分項系數應取1.2，可變荷載的分項系數應取1.4。

2.2 材料參數

（1）Q235鋼：抗拉、抗壓和抗彎強度設計值f=215MPa；抗剪強度設計值fv=125MPa；節點銷子的孔壁承壓應力[σbs]=210MPa；彈性模量E=2.06×105MPa。

（2）Q345鋼：抗拉、抗壓和抗彎強度設計值f=310MPa；抗剪強度設計值fv=180MPa；節點銷子的孔壁承壓應力[σbs]=300MPa；彈性模量E=2.06×105MPa。

（3）40Cr合金鋼：承壓應力[σ]=280MPa；剪切應力[τ]=300MPa。

（4）45號鋼：彎曲應力[σw]=220MPa；剪應力[τ]=125MPa。

2.3 計算工況分析

計算工況：工況一2號段長3m，工況二5號段長4m。根據荷載取值和組合，考慮掛籃實際受力情況，分別對箱梁2號段、5號段截面高端和截面低端的腹板、底板、頂板、翼板荷載所受的混凝土自重、模板自重、施工人員及設備機具荷載、振搗混凝土產生振動荷載計算并合計，合計荷載作為檢算掛籃各構件強度、剛度和穩定性驗算荷載。

2.4 計算結果

掛籃的各部件承載能力強，材料的剛度與穩定性達標，可保證掛籃施工安全。計算結果如表1～表3所示。

表1 工況一底籃計算結果表

表2 工況二底籃計算結果表

表3 后錨固梁及前上橫梁計算結果表

3 箱梁懸臂澆筑施工

3.1 掛籃的設計原則

為滿足梁體分段變化要求，懸臂現澆箱梁的分段長度必須按照最大長度進行設置，此處設置為4.0m；懸澆混凝土結構重量，最大重量值為1037kN；工程中所用的后錨筋材質為A32精軋螺紋鋼；混凝土澆筑過程中，脹模等超載系數設置為1.05；掛籃空載行走狀態下沖擊系數取1.3；混凝土澆筑與掛籃行走的抗傾覆穩定系數設置為2.0；活載分項系數設置為1.4；恒載分項系數設置為1.2。通過手拉葫蘆向前逐步牽引實現掛籃前移，掛籃行走必須分步完成。

3.2 掛籃的基本組成部分

主梁懸澆段施工采用菱形掛籃，其特點如下：整體前行，主梁模板一次走行到位，結構簡單，受力明確，安全可靠，操作方便。每個主墩上各安設一套掛籃，兩個T構同步施工。

掛籃由下列系統組成：主桁架、底籃組件、行走及錨固組件、模板和附屬結構（操作平臺、護欄、手拉葫蘆等）組件。

3.3 掛籃荷載試驗

為確保橋梁整體結構穩定，在掛籃設計階段，必須對各階段掛籃的應力水平與變形狀態進行測算。因掛籃負荷水平較高，使用周期長，為保證懸臂施工安全，在施工前掛籃必須通過靜載試驗，試驗所得數據必須與理論設計參數比較。

（1）測試目的：對掛籃實際負荷水平進行預測，檢驗其橫向穩定性與結構安全性；對計算參數進行校驗；對掛籃加工與拼裝質量進行檢驗；檢測掛籃的變形，并清除掛籃非彈性變形，同時為施工立模高程調整提供依據。

（2）測試方法：①加載方法。掛籃靜載試驗采用底模加預壓塊逐級加載的方法，總荷載為重量最大節段施工荷載的1.2倍。預壓時按50%、80%、100%、120%四級加載。每級加載后持荷60min后進行變形觀測。全部加載完畢后每隔1h測量一次變形點，連續預壓4h，當最后兩次測量時間段的兩次變形之差小于2mm時即可結束。開始分級卸載（100%、80%、50%、20%），并逐級觀測變形值，測量點布置在上下橫梁、后橫梁（各2處）、底模2處及翼板2處，掛籃預壓示意圖如圖1所示。②撓度測試。前端撓度在主梁上貼標尺用水準儀測量，后錨端豎向位移測量同前端。

圖1 掛籃預壓示意圖（立面圖）

4 結束語

綜上所述，掛籃結構受力狀態是確保懸臂施工質量的關鍵所在，文章依托道水特大橋在懸臂現澆箱梁施工項目，對菱形掛籃結構設計計算工況，確定參數并計算荷載，荷載傳送貫通、明晰，得出菱形掛籃荷載與抗剪強度均符合懸臂現澆箱梁施工要求。實踐表明，菱形掛籃制作成本低，安裝方便，操作簡單，結構整體穩定、安全，該掛籃在道水特大橋懸臂現澆箱梁施工中的應用效果理想，具有推廣價值。