菱形挂篮优化设计

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【摘 要】本文对菱形挂篮进行了优化设计和检算，可用优化后菱形挂篮主桁架、底模等构件做悬臂箱梁0#块的牛腿托架施工，改进了挂篮施工工艺，提高了菱形挂篮的经济价值和施工安全质量。

【关键词】菱形挂篮；挂篮受力检算；0#块托架施工

1、前言

近年来随着国家对高速公路、高速铁路的要求标准越来越高，多采用以桥代路的设计理念，而在跨越既有铁路、公路、河道、山谷时多采用预应力砼连续悬臂现浇箱梁，该桥结构体系具有变形小、结构刚度好、抗震能力强、养护简易、施工技术成熟等优点。挂篮法悬臂现浇是施工预应力砼现浇连续箱梁的最常用的方法之一，本文结合贵广高铁连续悬臂现浇箱梁挂篮优化设计及检算过程为例，论述如何改进菱形挂篮设计，利用菱形挂篮主桁架、横梁、底模等构件施工0#块，然后再拼装挂篮施工悬臂箱梁的施工工艺。

2、菱形挂篮特点

普通菱形挂篮有以下几个基本特点：

2.1、菱形挂篮由主桁架承重系统、横梁吊带调高系统、走行及锚固系统、底平台系统、模板系统五大部分组成，构件简单明确。

2.2、菱形挂篮承载能力和刚度均较好，施工操作空间大、行走方便快捷、拼装灵活、工序衔接紧凑，安全可靠。

2.3、挂篮构件采取模块化设计，既保证构件的通用性，也保证挂篮的防护系统、人员操作系统的安全完善。

2.4、菱形挂篮在设计荷载工况下挠度满足施工要求，挂篮模板具与前一节段成型砼的衔接密贴，无明显错台错缝。

普通菱形挂篮缺点是只能用来施工悬臂块件，不能充分发挥挂篮主桁架的功能作用，通过对菱形挂篮主桁架、底模系统、各横梁等优化设计后，既利于施工悬臂块件，又可安装在墩顶上用来施工0#块，其特点为：

2.5、利用菱形挂篮构件施工0#块时，对墩身无大的损伤，只需在圆端形墩顶部预埋槽钢作销轴孔，矩形墩部在墩身顶预留32mm精扎螺纹钢对拉孔，对拉牛腿销轴座。

2.6、对挂篮的上下横梁加长，比箱梁宽两侧各长50cm，既方便于挂篮的前行与后退，也方便于作0#块托架的横梁。

2.7、挂篮主桁架加工成杆件，通过节点箱销接拼装成主桁架，既增加了挂篮的多功能性，也便于挂篮的拼拆安装及长途运输。

2.8、施工0#块托架的材料主要用菱形挂篮的主桁架、节点箱作0#块托架，用菱形挂篮的上下横梁作0#块托架的横梁，用挂篮的底模、纵梁作0#的底模系统及挂篮的模板作0#块的模板系统。基本不需要另外单独加工托架材料，节约了材料的投入成本，缩短了挂篮的安装、施工周期。

3、菱形挂篮设计

3.1 工程概况

以贵广3标乌洛河预应力混凝土双线悬臂连续现浇箱梁桥为例：桥墩1#～3#墩为圆端形变坡（40：1）空心墩，4＃墩圆端形变坡（40：1）实心墩。墩高分别为：34.5m、33.5m、31.5m、24m。上部形式为：(40+3×56+40)m预应力混凝土连续梁，0#块梁高为4.80m。梁底下缘按二次抛物线变化。箱梁横截面为单箱单室、变高度、变截面结构。箱梁顶宽12.2m，底宽6.7m。箱梁顶板厚度为35～50cm，底板厚为62.2～70cm，按直线线性变化。腹板厚为73.3～75cm，按折线变化。0＃梁段长12m，C55砼227.3m3，602.3t，悬出墩身部分砼59.6m3，158t；1#块梁长为3.0m，砼41.9m3，111.0t；2#块梁长为3.0m，砼38.5m3，102.0t；3#块梁长为3.5m，砼41.6m3，110.2t；4#块梁长为3.5m，砼37.8m3，100.1t；5#块梁长为4.0m，砼42.7m3，113.2t；6#块梁长为4.0m，砼39.8m3，105.6t；合龙段7#块梁长为2.0m，砼18.7m3，49.6t；边跨现浇段梁长为11.65m，砼129.8m3，344.0t。

3.2 菱形挂篮设计

3.2.1菱形挂篮设计说明

考虑要利用挂篮的主桁架拼装0#块托架的牛腿，设计采用菱形挂篮，挂篮结构模型见下图，主要构件包括Z1、Z2、Z3、Z4主桁架（Z1、Z4 ，Z2、Z3构件可相同）、Z5立柱、节点箱、横向连接系、前上下横梁、后下横梁、底篮、导梁、吊带、模板等构件系统。

挂篮设计检算按照荷载传递顺序对空间荷载进行等代替换，由空间立体几何体系转化为平面杆件问题。转化顺序为：挂篮底横、纵梁底模侧模内模导梁吊挂系统前上横梁主桁，挂篮计算中对传力作了如下的假定：

（1）箱梁翼缘板砼及侧模重量通过外导梁分别传至前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

（2）箱梁顶板砼、内模支架、内模重量通过内滑梁分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁承担。

（3）箱梁底板、腹板砼及底篮平台重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前上横梁承担。

菱形挂篮材料选用Q235b普通型钢钢材，计算参数：钢材弹性模量：E=2.06e5MPa，密度：γ=7850 Kg/m3，容许弯曲应力[σ]＝145（Mpa），容许剪应力[τ]＝85（Mpa）。销轴材料用Q45钢材,[σ]＝200（Mpa），[τ]＝120（Mpa）。

挂篮设计基本参数：

（1）梁段混凝土重量：26.5KN/m3

（2）人群及机具荷载取2.5 KPa。

（3）超载系数取1.05；

（4）新浇砼动力系数取1.2；

（5）挂篮行走时的冲击系数取1.3；

（6）抗倾覆稳定系数2.0；

（7）荷载组合：

①砼重+挂篮自重+施工、人群机具+动力附加系数 (强度、刚度计算)；

②挂篮自重+冲击附加系数(行走稳定性)。

3.2.2 挂篮主桁架

挂篮主桁架Z1～Z5构件由双拼I32b槽钢与10mm厚钢板焊接一起，由节点箱通过80mm的销轴连接成挂篮主桁架，如图1。在施工0#块时，把一支挂篮主桁架拆成4片三角架作为0#块的牛腿托架，用Φ32精扎螺纹钢对拉节点箱1固定在墩身上，安装三角架牛腿，形成0#块托架平台，在平台上横铺挂篮的底横梁、纵铺挂篮的底纵梁、底模、外侧模、内模，安装0#块钢筋、预应力筋管道及各项预埋件、浇注砼、养生、张拉、压浆，拆除0#块模板、托架，安装挂篮，预压挂篮，进行挂篮块件施工。本节以1#块、0#块的设计参数为依据对挂篮主桁架荷载进行分析设计。

计算结果表明：挂篮主桁架结构作0#托架牛腿的强度、稳定性均满足规范设计要求。用同样的方法也可验证挂篮的底纵梁、横梁作0#托架时的强度、稳定性也满足规范设计要求（计算过程略）。

吊杆采用直径32mm、抗拉强度标准值为785MPa的精轧螺纹钢筋。

容许706.5MPa A=804.2mm2 最大拉力207.8KN

σ＝N/A =207800/804.2=258.4MPa

故吊杆满足规范2倍安全系数的要求。

4、结束语

通过对菱形挂篮的设计优化，结合施工现场，不仅优化了悬臂箱梁块件的施工工艺，还优化了高墩0#块托架及挂篮安装施工工艺，从施工工艺工法上对施工工期、质量安全更可控，节约了0#块托架材料的投入，缩短了0#块件的施工周期，保证了悬臂箱梁的施工质量 ，达到以最经济的成本投入最大限度的满足现场施工需要的目的。籍以本文希望能够为今后的挂篮设计及施工提供一定的参考价值。