菱形挂篮结构改造技术
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［摘要］郑州至卢氏高速公路10标半坡1号预应力混凝土梁大桥采用悬臂浇筑法施工，所用挂篮进行了改造加长，即满足使用要求，又具有结构简单、成本低廉的特点。介绍了挂篮改造的设计原理及设计过程，对设计和制作好的挂篮进行了现场拼装和预压受力模拟实验，预压结果满足规范要求。利用该加长挂篮成功进行了大桥的施工。
［关键词］ 桥梁挂篮 悬臂施工 改造加长 技术
［中图分类号］U415.55［文献标识码］A
1 工程概况
郑州至卢氏高速公路10标半坡1号预应力混凝土梁大桥,主桥设计为65+120+65m，梁体高9m，采用悬臂浇筑法施工。原设计块体长度为3m~4m。后设计院变更了设计图纸,块体长度增加至4m~5m。块体重且长，施工难度大，受到各方关注。本桥净高达132m，施工人员及设备的安全性至关重要。如何在满足使用及安全的前提下，改造挂篮，加大块体长度，显得尤为重要。
2 挂篮简述
2.1 对已完成加工的挂篮进行了分析，各方面状况如下:
2.1.1挂篮主桁: 变更前设计为菱形挂篮，前臂长5m，高2.7m,最大承重1#块体重173吨; 变更后最重的1#块体重229吨。基本改装方案, 需对挂篮整体受力分析，重新设计主桁。
2. 1.2 挂篮模板: 变更前原设计1-10#块体长度为3m，11-16#块体长度为4m。模板纵向长4.2m; 变更后1-5#块长度为4m；6-8#块体为4.5m；9-12#块体为5m。要求模板纵向长度为5.2m。基本改装方案, 在原模板基础上加长，采用法兰连接。
2. 1.3 挂篮纵梁: 变更前纵梁长5m，采用40cm高H型钢。基本改装方案, 进行结构验算，将H型钢接长，加固。
2. 1.4 挂篮后锚: 变更前采用4根φ32精轧螺纹钢作为后锚拉杆。基本改装方案, 可根据计算，直接增加φ32精轧螺纹钢数量即可。
在设计变更前，成套挂篮已加工完毕，挂篮设计为菱形挂篮，原设计挂篮主桁受力模型如图1。
变更设计方案后，由于悬臂浇筑块体节段加长、加重，主桁受力情况发生改变，变更后的挂篮主桁受力模型见图2。
2.2 在新的主桁受力模型下，在对挂篮主桁各杆件进行结构重新验算，采用桥梁博士进行计算，结果如下：
2.2.1 悬浇块体加长、加重后，原设计挂篮G3、G5的剪应力不满足要求，G2、G2’、G4的弯曲应力不满足要求。
2.2.2 原挂篮在荷载作用下，主要是弯矩不满足弯曲应力要求，除增大主要杆件面积、惯性矩外，还必须减少弯矩、剪力等，必须进行增加杆件，并重新进行结构设计验算。
通过计算可发现，在加长块体的荷载作用下，挂篮大部分杆件受力不满足要求，必须进行挂篮块体加长改造。
3 改造方案
新挂篮主桁力学模型图如下：
图3新挂篮主桁力学模型图
3.1 结构力学验算
验证新结构模型受力能否满足要求，具体有如下几个方面：
3.1.1 验算新结构模型静态受力情况下各杆件轴应力、剪应力、弯曲应力
3.1.2 验算改造后挂篮地模板平台纵梁受力
3.1.3 验算改造后挂篮前下横梁、后下横梁受力
3.1.4 验算内导梁、外导梁受力
3.1.5 验算挂篮吊带
3.1.6 验算挂篮前上横梁
3.1.7 验算挂篮主桁
验算结果表明改造后的结构模型挂篮各杆件受力均能满足规范要求，结构稳固，安全可靠。
3.2 改造加工
3.2.1 前上横梁向前支点移动40cm，即G2’杆为60cm，减小弯矩力臂
3.2.2 在荷载点处G2’杆下缘增加结构杆件G6、G7，以增加对G2’杆的支撑作用
3.2.3 增加2根G9精轧螺纹钢与后锚点相连，以分担荷载对G2’杆的弯矩作用。
3.2.4 增加2根G8精轧螺纹钢与前端荷载点相连，减少G3杆件剪应力
3.2.5 将G5向上延伸2.3m，增加杆件面积，采用增加钢板进行加强。
3.3 结构受力试验检测
对加工好的挂篮进行受力模拟实验，如图3，结果满足相关规范要求。
4 结语
2012年9月，半坡1号大桥挂篮运至施工现场，完成所有块体的浇筑，各项指标均满足要求。相对于挂篮生产厂家改造费用85万元，工期50天，菱形挂篮结构改造全桥所需费用仅14.5万元，节约费用70.5万元，工期30天。
在安全、可靠的前提下，成功的运用了“菱形挂篮结构改造”技术，做到了安全、科学、经济合理，保证了工期目标的实现，同时节约了资源，降低了能耗。成功的对挂篮进行了改造加长并用于桥梁施工，对于其他桥梁挂篮的加长改造有一定的借鉴意义。
［参考文献］
[1] GB50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003
[2] GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.
丁西焘：中国建筑第七工程局交通建筑有限责任公司焦作研发基地执行经理，工程师