摘要：在本次研究中，我们以深茂铁路省道275大桥连续混凝土箱梁，利用悬浇挂篮的施工方式，并结合具体的施工案例，阐述了三角斜拉式挂篮的设计，分析这种结构在浇筑状态以及走行中不同构件的受力情况分析，最后能够结合箱梁施工各阶段过程中的情况阐述挂篮施工工艺，进而能够为同类施工设计提供经验参考。
关键字：连续梁；挂篮；悬浇；节段施工；技术
一、工程分析
省道275大桥主梁，结构设计为（32+48+32）m预应力混凝土连续箱梁，采用变截面单箱单室箱梁结构，箱梁高2.8～3.4m，箱梁顶板宽度为12.6m，顶板厚度0.34m，腹板厚0.5～0.95m，根部局部加厚至1.15m；底板厚0.3～0.9m，根部局部加厚至1.1m。该桥梁的悬浇阶段程度是由2个长度构成的，分别是3米、3.5米，其中B1～B4为3米节段，其相应的节段量重分别为B1：93.08吨:、B2：88.14吨、B3：85.54吨、B4：75.16吨，B5～B6为3.5米节段，其节段梁重分别为B5:81.9吨、B6：82.94吨。
挂篮对于施工梁段来说，既是重要的承重结构，又是极为重要的作业平台。挂篮设计的核心是要满足工程荷载，所有的设计工作都应紧密围绕承重问题而展开。根据该桥梁的箱梁结构以及对悬臂阶段的设计要求，在具体施工中可以采用三角挂篮，其挂篮总重为33吨（包括模板及机具设备），能够适用于3.0～3.5米节段长度以及最大重量96吨节段的施工。三角形挂篮结构相对比较简便，而且受力情况明确，重量较轻，与棱形挂篮结构相比，三角挂篮因为重心更低，因此走行时更安全、稳定。其中的挂篮平衡重系统就是借助处于梁段的竖向预应力钢筋为后锚点，来取消平衡重的压重结构。挂篮走行利用的是液压系统，是由反扣轮，走行抡，导梁，走行油缸等部件组成，该系统在走行时，挂篮位置明确，走行速度快，作业安全。
二、三角斜拉式的挂篮施工设计
挂篮的六个主要构件包括三角形主桁架、支持构件底模平台、模板系统、悬吊系统、锚固系统及走行系统等是主体作业系统。
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图a 挂篮总体结构
1、主桁架：在挂篮中主桁架处于基础性地位，它起到的是一个力的承载的功能。主桁架主要由横向联结系的，形制为2榀三角形的主桁架构成。2榀主桁架的节点高度及中心间距，分别为3.5m、5.74m，同时各个榀桁架的前、后节点间距分别为4.5m，3m，主桁架总长8.45m。主桁架的杆件构成是将2[]28b槽钢与2][32b槽钢两者焊接而成。其中的节点ABD要与φ80的高强销轴相连接，节点C则单独采用M24X85高强螺栓进行连接。其中关键性的构件横向联结应安设在2榀三角形主桁架的跨BC杆之上，这样可以提高主桁架在横向位置上的稳定性。同时为了让挂篮回退时能够准确的悬吊在底模平台的后横梁，其外挑架也应该安设中2榀主桁架的跨杆BC上。
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图b 主桁架
2、底模平台：底模平台能够为施工中的混凝土浇筑、钢筋绑扎、立模等基础作业提供相应的场地支持，同时它还是梁段混凝土重量的直接承担结构。地膜平台的构成要件有三个：包括底部的底模板以及承重的纵梁与前后横梁，大块的钢模板为底模板的主要材料，纵梁为了确保其强度采用的是I32b工字钢，横梁则是焊接格构式染，以2][32b槽钢为单一材料。底模平台前后横梁两者的中心距离是4.6m，横纵梁采用M22X85高强螺栓连接。
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图c 底模平台
3、模板系统:模版系统由内外模板共同构成，内侧模板是由竹胶材料的模板拼组形成，长度与外侧模板相适应，外侧模板长度为4m，使用大块的钢材料模板拼组形成。
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图d 外侧模
4、悬吊系统：悬吊系统的主要作用对底模平台及外模进行准确、安全的悬吊。通过悬吊的形式，将底模平台、外模放置到正确施工的位置，然后让相关的施工荷载，有效的传递、过渡到挂篮的主构架及已浇筑成型的各梁段上。悬吊系统的构成内容广泛，其一是梁构件，如前上横梁、垫梁、扁担梁等，其二是吊杆构件，如底模平台的前后吊杆、外模走行梁的前后吊杆等，其三是螺旋千斤顶。底模平台因为其体量较大，需要在前后横梁中进行六个吊点设置，每个吊点选择Φ32精轧螺纹钢筋（PSB830）作为吊杆材料，在悬吊挂篮的前部横梁位置设置底模板台，并安设垫梁以及扁担梁与螺旋千斤顶等构建，制作成为一个可调节的装置结构。通过这一结构可以灵活的悬吊系统的底模标高。
5、锚固系统：锚固系统的主要作用是对混凝土浇筑时形成的倾覆力矩进行平衡。锚固系统会分两组安设在2榀三角形主桁架的节点A上，分别由4根Φ32精轧螺纹钢筋的后锚杆与2根后锚上扁担梁组成锚固系统是通过主桁架的节点A将力传递给后锚上扁担，而后再通过扁担传递给锚杆，最后让力达到已浇筑梁段的混凝土上。
6、走行系统: 走行系统的主要作用是为了实现抗倾覆力传力的有效实现。走形系统主要由基础性的垫枕以及轨道、前后支座等部件构成，此外还有牵引设备以及外走行梁与走行梁吊环等部件构成传力结构。走行系统中的抗倾覆力主要用过主桁架后节点传递给后支座，而后再通过轨道传递到预埋φ32精轧螺纹钢。
7、三角形挂篮主要特点：
⑴、三角形挂篮的重心位置更低，挂篮走行更加稳定。
⑵、施工方便且承载力强，自重轻，刚度大。
⑶、挂篮的起步长度较短，达到8.0m即可。
⑷、后锚的构成是箱梁竖向位置的预应力筋作，具有极强的抗倾覆力。
⑸、三角形挂篮的走行系统采用的液压模式，挂篮的走行位置更加准确、速度更加快捷、安全性更高。
三、三角形挂篮的受力作用分析
1、首先从其荷载系数上来看，根据相关的设计要求以及施工安全标准，以及混凝土容量与超载系数、钢材容重的荷载系数分别为 26.5KN/m3、1.05、78.5KN/m3，要依照梁段顶面积对施工中的人员数量以及材料与机具荷载等参数进行确定，为1.0KN/m2，浇筑混凝土以及挂篮走行时相应的抗倾覆稳定性系数为2。
2、要基于梁段长度以及重量、梁高等数据进行参数设计，根据以下三种工况进行参数计算。
工况一： 连续梁1#段混凝土方量最大为36.1m3,重量为956.5KN。1#施工时为最不利节段为设计工况。
工况二： 连续梁5-6#段节段长度为3.5m，在挂篮推移时间推移至施工位置时外侧模板对走行梁作用力为最不利，挂篮由4#段推移至5#段、5#推移至6#时推移距离最长作为挂篮外模板走行梁设计工况。
工况三：挂篮在推进时，挂篮推进到下一阶段施工位置时走行梁对前上横梁产生最大作用力，最大作用力于轨道，就按照挂篮推移到下一施工节段时作为轨道设计工况。
强度计算：施工人员、材料、机具荷载+动力系数1.1X挂篮自重动力系数＋风荷载1.1X＋梁段混凝土重量X超载系数1.05。
刚度计算：施工人员、材料、机具荷载+挂篮自重+1#梁段混凝土重量。
3、借助Midas/Civil软件开展空间内力分析，并采用允许应力法对结果进行检算。在浇筑混凝土时，挂篮主桁架、前上横梁、底模平台、吊杆等构件的强度、刚度均由工况一控制；外模走行梁的刚度、强度由工况二控制；轨道的刚度强度由工况三控制。
4、计算结果如下：
挂篮底模板最大综合变形为14.6mm；主桁架前节点的挠度值f1=10.1mm<20mm、前上横梁的相对挠度值f =14.3-10.5=3.8mm<3130/400=7.8mm，同时前上横梁悬臂端挠度及扣除主桁架前节点处挠度值为14.3mm、10.5mm，此次表明前上横梁刚度储备足够；主桁架杆件BC考虑杆端次弯矩应力时绝对值最大综合应力为90MPa<[σc]= 215MPa。主桁架杆BC的压杆稳定
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在工况一的作用下，前上横梁的最大剪应力τ=18.0MPa<[τ]=125MPa、最大弯曲应力σ=66.8MPa<[σ]= 215MPa，综合应力值66.8MPa<[σ]= 215MPa，前上横梁具有足够强度储备。在不累加主桁架、前上横梁，同时吊杆的变形值控制在11mm的情况下，底模平台底位于模前横梁的最大挠度值为14.3mm，跨中相对变形值为14.6-11=3.6mm<L/400=2840/400=7.1mm。边纵梁跨中相对变形值为14.6-13.5=0.9<L/400=4600/400=11.25mm。表明底模平台纵梁刚度储备足够；在施工时底模平台纵梁最大弯曲应力σ=92.4MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=19.9MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值σ=93.8MPa<[σ]= 215MPa。底模平台横梁的最大弯曲应力σ=33.6MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力为τ=22.8MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值42.3MPa<[σ]= 215MPa。同样的当主桁架、前上横梁部不累加，吊杆的变形值控制在11mm的情况下，底模平台底位于底模前横梁跨中的最大挠度值为14.3mm，跨中相对变形值为14.6-11=3.6mm<L/400=2840/400=7.1mm。边纵梁跨中相对变形值为14.6-13.5=0.9<L/400=4600/400=11.25mm，表明底模平台纵梁刚度储备足够；在施工时底模平台纵梁最大弯曲应力σ=92.4MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力τ=19.9MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值σ=93.8MPa<[σ]= 215MPa，底模平台纵梁强度符合要求；底模平台横梁位置的最大弯曲应力为σ=33.6MPa<[σ]= 215MPa，最大剪应力为τ=22.8MPa<[τ]=125MPa，最大综合应力值42.3MPa<[σ]= 215MPa。
后吊杆精轧螺纹钢钢筋最大轴力为F1=107.9KN，单根ψ32PSB830的精轧螺纹钢筋允许承受最大拉力为：
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F1=107.9KN<F=667.5,安全系数a=F/F1=667.5/107.9=6.1。
挂篮后锚抗倾覆锚固安全系数为k1c=4XR4/R2=3.3，浇筑混凝土时产生了8.8mm<4500/400=11.25mm的最大变形值，由此可以证明，在工作状态之下，走行梁刚度符合实际需求。浇筑混凝土时为139.3MPa<[σ]=215MPa最大应力值，证明浇筑混凝土时走行梁强度符合实际需求。
工况二控制走行梁处于最不利走形时的强度和刚度状态。当走行梁走行时其最大的变形值为13.6mm<8250/400=20.65mm，此时其刚度能够满足施工要求；走行梁走行时其最大的应力值为19.1MPa<[σ]=170MPa，此时其强度能够满足施工要求。
工况三控制挂篮走行处于最不利工况时的状态。走行状态最不利状态后支座反力为R1=93.8KN；轨道主体材料是][32b槽钢，当挂篮不稳定时，其轨道的翼缘竖向出的最大变形值为0.06mm，此时的等效最大应力为43.8MPa。
通过计算显示，该三角形挂篮在不同的计算工况下，其强度值、刚度值、稳定性都符合施工作业的规范要求。
四、三角形挂篮施工以及相应的注意事项
拼装挂篮由工厂加工后运到现场进行拼接，且拼接时需要按照临时锚固等稳定措施，避免在拼接中出现倾覆，完成拼接之后还需要根据混凝土荷载以及分布情况，逐级进行加载，观察变形值，然后完成卸载后要计算挂篮的弹性以及出现非弹性形变的值。
当主梁零号节段的混凝土强度达标后，对预应力筋展开张拉，而后再实施压浆和封端处理，安装挂篮之后进行加载实验，调整底模的标高，做好侧模的安装底板，绑扎腹板钢筋和竖向预应力筋，随后进行纵向预应力管道及箱梁内模的安设，在完成顶板钢筋的绑扎后，再安装横、纵向的预应力管道，浇筑阶段混凝土。
小结
总而言之，三角斜拉式挂篮结构相对比较简便，而且受力分析明确，挂篮各杆件采用型钢截面自重轻，便于运输和安装，同时可以重复利用，可适用于不同长度、宽度的箱梁施工。
参考文献
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