宁夏吴忠黄河公路特大桥挂篮设计与施工

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摘要：本文主要介绍了宁夏吴忠黄河公路特大桥悬臂施工中挂篮的应用，通过挂篮试验和观测挂篮变形，回归挂篮外力－变形公式，仔细考虑了立模标高公式中的挂篮变形影响，为准确进行箱梁悬臂浇筑的施工控制提供保证。

关键词：挂篮；立模标高；施工控制

工程概括

宁夏回族自治区吴忠市吴忠黄河公路大桥的主桥为大型悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥，其跨径组成为55 m＋5×92 m＋55 m。主桥主墩最大墩高为13号墩，墩高为14.63 m。大桥以15号过渡墩理论跨径线K3＋849.99为界划分为第一合同段和第二合同段。吴忠黄河公路大桥上部采用变截面连续箱梁，下部采用钢筋混凝土重力式墩，钻孔灌注桩群桩基础。见图1。

图1宁夏吴忠黄河公路特大桥布置图（单位：cm）

挂篮结构设计

本工程采用三角型挂篮，挂篮结构由主桁系统、锚固系统、行走系统、模板系统、悬吊系统等5部分组成。见图2、图3。

2.1主桁系统

主桁系统的主要构件包括主梁、前后拉杆、立柱、立柱平连等。其中主梁、前后拉杆、立柱通过销轴连接成一个形状为等边三角型的受力构件，立柱平联则将两个三角桁架联接起来，起到结构稳定、整体受力的作用。

图2 挂篮总装结构图a

图3 挂篮总装结构图b

2.2锚固系统

锚固系统应能保证挂篮在施工过程中不发生前倾、移动等现象。自锚式挂篮是利用箱梁已浇节段原有的竖向预应力钢筋，再通过多根32mm精轧螺纹钢筋进行受力转换，将挂篮主梁牢牢压紧，以抵消混凝土浇注时产生的拉力。由于精轧螺纹钢不仅能自由拆卸、安装，还可以重复使用，因此使用效果良好，大大降低了施工成本。

2.3行走系统

挂篮的行走系统一般分为滑动式和滚动式。滑动式是采用滑板进行滑移，而滚动式则是以滚筒取代滑板，通过轨道将挂篮主梁支承在滚筒上面进行前移。由于滚动式行走摩擦力小，安全可靠，操作容易控制，设计挂篮时我们选用了滚动式行走系统。

2.4模板系统

由于在施工过程中，连续箱梁各节段长度与高度均有变化，因此，模板系统宜采用组合钢模板，由底模、外侧模、内模和端模组成。

2.5悬吊系统

悬吊系统所有吊杆均采用钢吊带，其具有刚度大，变形小，安全性高等特点。

挂篮试验

3.1 试验方案

箱梁悬臂施工中，挂篮在承受梁段混凝土重量时会发生弹性变形。在确定箱梁梁段的立模标高时应预先考虑其变形的影响，以确保箱梁线形监控的准确性。通常在悬臂浇筑之前，应对挂篮进行静力加载试验以确定其刚度。通过挂篮试验可以达到：线性回归挂篮弹性变形的外力－变形曲线，为箱梁的线形监控准备数据；测试挂篮的承载能力，为悬臂施工时挂篮的安全性提供保证。

进行挂篮试验时，选择了四个测点分别为：上横梁中央分隔带一侧（A点）；上横梁靠近外护栏一侧（B点）；下横梁中央分隔带一侧（C点）；下横梁靠近外护栏一侧（D点）。加载试验采用反力架加载方案，加载重量为梁段最重时挂篮所承受的荷载重量的1.2倍。试验时采用分级加载及卸载，共加载6次。每加载10t，持荷5分钟，测定挂篮上下前横梁标高，待达到最大荷载时，持荷20分钟，检查挂篮各处螺母及螺栓是否松动。按以上步骤重新操作一次，详细测定挂篮变形与荷载的关系。

3.2 挂篮外力变形回归曲线

通过第二次加载结果数据中的A点和B点的标高增量的平均值，线性回归出上横梁弹性变形的外力－变形公式（1）；通过C点和D点的标高增量的平均值，线性回归出下横梁及吊带弹性变形的外力－变形公式（2）。通过这两个公式可以分别提供施工阶段上顶面标高公式和底模立模标高公式中的挂篮变形影响值。

（1）

（2）

式中：为挂篮承受荷载值，单位t。

、分别在作用时上、下横梁处的挠度平均值，单位（mm）。

施工控制中的挂篮影响

施工阶段在计算立模标高的时候需仔细考虑挂篮变形影响，特别对于浇筑的前几段，因为此处结构刚度大，由结构的变形引起的梁端挠度可以忽略不计，所以前几段的预抛高主要由挂篮变形值确定。

当挂篮试验是在零号块上进行的时候，在浇筑1号块时，浇筑后立模标高公式中不计入挂篮非弹性变形值。这是因为挂篮试验后不需移动挂篮就可以进行1号块的浇筑，所以立模公式中的挂篮变形就是挂篮的弹性变形。此时可以利用公式（1）计算顶板顶模顶面立模标高公式中的挂篮变形值（认为挂篮上横梁和顶板顶模顶面之间的距离恒定），可以利用公式（2）计算底板底模底面立模标高公式中的挂篮变形值（认为挂篮下横梁和底板底模底面之间的距离恒定）。

在浇筑2号块到5号块时，需要考虑挂篮的非弹性变形，由于其在施工中离散性较大，没有确定的统计规律，所以要进行挂篮变形观测，对于上横梁变形，可观测上横梁中部固定一点，对于下横梁变形，可观测底板底模底面，把得到的观测值进行加权，追加到公式（1）和（2）的源数据中，重新进行公式回归，随着每次挂篮变形观测值的加入，回归公式就更接近与真实状态。挂篮变形的观测方法阐述如下：以悬臂浇筑到第3段为例，见图4，此时在新浇块作用下已有结构前端点变形值为1，挂篮自身变形值为2，观测得到的挂篮变形值为3。在立模标高理论公式中，1即为结构计算得出的累计位移值，2即为挂篮变形值；在实际观测中，由于T构悬臂浇筑初期刚度大，1/3值较小，所以可以认为此时观测得到的挂篮变形值等于为挂篮自身变形值，即3＝2。当悬臂浇筑到第6段以后，见图5，此时T构端部的结构变形较大，2/3值较小，并且由于前5段的修正，挂篮的外力－变形回归公式趋于稳定，可以不进行挂篮变形观测，但还需继续在混凝土浇筑前、浇筑1/2时、浇筑后、张拉预应力前、张拉预应力后进行前支点和后锚点的标高观测，此时是为了检查挂篮的前支点和后锚点与结构固结是否可靠，保证施工安全。如果挂篮试验不是在零号块上进行的，则在浇筑第1块时就需根据经验修正公式（1）和（2），其余阶段计算与上述过程相同。

图4 浇筑到第3段挂篮变形

图5 浇筑到第6段挂篮变形

结论

挂篮悬臂浇筑施工是目前连续刚构、连续梁、斜拉桥等桥型的箱梁施工中常用且最为成熟的施工工艺。三角型挂篮以其操作方便、安装拆卸简单、通用性强、工艺成熟等特点在工程中得到广泛的应用。

挂篮试验的目的是检验挂篮的受力状况，测定挂篮弹性和非弹性变形，线性回归挂篮弹性变形的外力－变形曲线，准确确定箱梁的立模标高中挂篮变形影响值，保证悬臂施工时挂篮的安全性。在悬臂浇筑的前几段，由于挂篮变形值在立模标高中占比例较大，所以应该对挂篮变形进行详细观测，同时把观测数据和挂篮试验数据进行整合，为后续施工阶段的线形监控提供更准确的挂篮变形值。

参考文献：

1．田武平，周思锋，詹应超.大跨度连续梁悬臂浇筑挂篮的设计及施工.公路,2010.8(8):37-43.

2．胡宗浩，李小刚.黄墩大桥主梁悬臂浇筑施工中的挂篮设计与分析.中外公路.2010,30(4):186-189.

3．王海峰，沈冬叶.悬臂浇筑预应力混凝土箱梁线形控制技术.公路,2010.9(9):117-120.

4．宁夏吴忠黄河公路特大桥施工监控总报告,2010.

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