鹿岛菱形挂篮的结构及构造

鹿岛菱形挂篮主要由菱形桁架、悬吊系统、走行系统、模板系统及张拉操作平台五部分组成。   

菱形桁架

菱形桁架是挂篮的主要承重结构。主桁构架竖放于箱梁腹板位置，构架的片数可根据主梁的截面特性来定，一般为两片，也有多片的，如吴忠黄河大桥菱形挂篮采用三片构架；主要杆件通常由两片槽钢组焊而成，槽钢的截面由结构分析确定；各杆件间的联结为栓接、焊接或销接。主桁构架间用槽钢或角钢组成的横联连接，在主桁前端节点处放置一根用2根工字钢组焊成的横梁，上设吊点，以做悬吊底模平台和内外模滑梁用，该横梁同时起到将主桁架连成整体的作用。   

悬吊系统

由螺旋千斤顶、扁担梁、吊带或吊杆组成，用于悬挂模板系统，调整模板的标高。前后吊带（杆）：前吊带的作用是为底模平台提供前吊点，其承受几乎一半的挂篮荷载。当待灌段混凝土重量较大时，一般采用吊带，否则用吊杆。吊带一般用16Mn或性能更好的钢板并布设销孔而成，一般为3m段，分段间用销轴连接，以适应不同梁高的需要。当采用吊杆时，钢材一般用冷拉Ⅳ级精轧螺纹钢筋。每根吊带或吊杆在横梁上放2台千斤顶通过扁担梁调整底模标高。后吊带从箱梁的底板预留孔中穿过，一般用16Mn钢板上布调节孔或45号钢棒螺帽形成，下端与底模平台相连，上端2台千斤顶和扁担梁或螺帽支承在箱梁底板顶面上。后吊带的作用是承受挂篮一半的荷载并将其传至箱梁底板。  

模板系统

由外侧模、内模和底模等几部分组成。箱梁外侧模一般采用整体钢制大模板，当梁高变化较大时，可沿梁高分为3块左右，以随梁高变化拆装调整。外侧模支承在外模走行梁上，走行梁前端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板预留孔上，后吊杆与走行梁间设有后吊架，其上装有滚动轴承，挂篮行走时外模走行梁与外模一起沿后吊架滑行。内模一般通过模架放置在两根内模走行梁上，走行梁前端吊在桁架横梁上，后端吊在已浇梁段顶板的预留孔上方，内模可沿走行梁滑行，除角隅处外，平面部分可用组合钢模或木模钉铁皮。底模由底模架、底横梁及模板组成，通过底横梁的前后吊带悬挂在挂篮主桁的前吊点、已浇梁段和外模走行梁上，随主桁一起前移，底模架由型钢组焊成桁架，底横梁由工字钢组焊成格构式梁，底模一般用木模外钉铁皮形成。  

张拉操作平台

张拉操作平台通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上，一般用角钢和钢筋组成，平台平面铺以木板供作业人员站立行走。可用手动胡芦调整其高度。

走行系统

挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统及内模走行系统。桁架走行系统布置为：在主桁构架下的箱梁顶面铺设用钢板组焊的轨道，轨道用竖向预应力筋通过短梁固定，轨道顶面放置前后支座，支座与桁架节点栓接，前支座沿轨道滑行（支座与轨道间垫四氯乙烯板），后支座以反扣轮（或后勾板）的形式沿轨道预板下缘滚（滑）动，不需加设平衡重。走行时用2个5T手动葫芦纵向牵引即可。轨道分节以便向前倒用。悬臂灌筑前，需要Ⅳ级冷拉精轧钢筋将轨道上钢轨与桁架后节点锚固，使后支座反扣轮不受力。底模及外模与主桁同步行走。具体步骤为：脱模前用手动葫芦将底模架吊在外模走行梁上，解除后吊带，脱模后，底模随桁架一起向前走行。内模脱模后，内模架落在走行梁上，人工用手动葫芦即可将其移至下一梁段。

（2）菱形挂篮的力学分析   

从整体看，挂篮荷载有一半左右通过前吊带（或吊杆）传至主桁上节点，菱形桁架以铰接模式计算杆力，其前下节点支于箱梁顶板前侧，后下节点则通过竖向预应力筋或预埋钢筋锚于梁上。

鹿岛挂篮设计路线

1．悬臂浇筑分段长度   

设计挂篮**要决定箱梁悬臂浇筑的分段长度。悬臂梁沿梁长的分段取决于设备和施工条件。每个节段长，节段的数量就少，施工速度就比较快，但每次浇筑混凝土的数量就多，挂篮及其设备就需要相应增大。反之，每个节段短，挂篮的承重要求小，可避免过于庞大的挂篮设备，但节段数量多，挂篮周转次数多，总的施工进度比较慢。总之，悬臂浇筑箱梁分段长度要根据施工条件权衡利弊综合考虑。我国近年来悬臂施工的分段长度一般为3～5m左右，**大达到8m。 

2．挂篮横断面 

挂篮横断面的布置取决于桥梁的宽度和箱梁横断面形式，一般全断面上使用一个挂篮施工即可，但当桥梁宽度很大（15m以上），箱梁横断面为双箱或多箱结构时，为了使挂篮在施工中具有一定的灵活性，在一个横断面上可用两个挂篮分别施工。我国的广西柳州大桥、武汉江汉二桥均采用这种方案。 

3．挂篮设计总体构思 

挂篮设计中，往往根据现有资料和实际施工要求，选取挂篮形式、连接方式和杆件，然后进行检算，这是**常用的一种方法。所以选择何种挂篮结构形式就成为挂篮设计的首要问题。   

根据国内外挂篮施工现有水平，开发的轻型挂篮应满足实际桥梁悬臂施工的需要，设计要注重整体功能，不片面追求轻型指标，总体构思往往体现在以下几个方面：

（1）减轻挂篮自重途径

①选用一种受力合理、安全可靠、刚度较大的轻型结构作为挂篮承重主桁； 

②挂篮用材立足国内生产的高强轻质钢材，并便于加工； 

③挂篮浇筑混凝土时，尾部充分利用箱梁竖向预应力筋平衡倾覆力矩以取消配重，从而减轻自重。   

（2）缩短挂篮施工周期   

①挂篮行走、模板升降等采用液压装置或容易操作的螺旋千斤顶，电气集中控制，靠机械化和自动化来提高生产效率和降低工人劳动强度；   

②在后锚受力许可的条件下，挂篮行走时，内外模可同步就位，尽量减少工序，缩短施工周期；   

③悬吊系统和锚固系统装拆方便、调整简单。   

（3）保证悬灌混凝土质量   

模板以刚度控制设计，可采用新型材料制模板，既减轻重量又坚固耐用，且满足所有悬灌梁段使用，不需要更换和修补。制订施工实施细则，严格规范保持平衡施工及限制施工荷载的措施，保证施工安全和质量。   

（4）改善施工条件和环境   

设计挂篮时应考虑有宽敞的作业空间，便于放置各种机具和操作人员往返；在挂篮主桁架上方设置遮阳雨棚，改善作业环境。 

（5）考虑通用性 

对挂篮结构作适当处理可适应各种跨径、不同宽度的各类箱箱梁施工。 

4．挂篮主桁架计算 

挂篮主桁架作为承重结构，是**重要的设计计算构件，其计算内容主要包括：各杆件及锚杆的内力计算和截面设计、挂篮的变形和倾覆稳定计算。计算应按两个挂篮连成一体、灌筑梁段和空载走行等情况分别进行。   

（1）荷载系数   

依据交通部颁发的《公路桥涵设计和施工规范》，荷载系数取值如下：考虑箱梁混凝土浇筑时胀模等因素的超载系数为1.05；浇筑混凝土时的动力系数为1.2；挂篮空载行走时的冲击系数为1.3；浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数为2。      

（2）施工荷载   

在灌筑梁段和空载走行过程中，挂篮主桁架主要承受以下几种荷载：   

①**大节段混凝土重量：此项为设计挂篮时的控制重量；

②挂篮自重：主要包括主桁架、悬吊系统、模板系统及张拉操作平台的重量；   

施工机具及人群荷载：根据施工中所用的附着式震捣器、张拉千斤顶及油泵的数量和施工人数计算。在没有实测资料的情况下可按2.5kN／m计算。   

动力附加荷载：考虑浇筑混凝土时的动力因素和挂篮施工安全方面的重要性，该处动力附加荷载主要考虑两项：a．振动系统产生的振捣力；b．梁段本身在振动中的动力影响，参照浇筑混凝土时的动力系数1.2，则梁段的动力影响为0.2倍的梁段混凝土重。   

冲击附加荷载：主要考虑挂篮空载行走时的冲击影响，依据挂篮空载行走时的冲击系数1.3，则冲击附加荷载=0.3×挂篮自重。   

风荷载：在6级以上大风条件下，很难保证施工质量，一般在大风情况下就停止挂篮施工。但由于悬臂施工为高空作业，安全性要求高，所以应对挂篮在可能的大风条件下的锚固、行走及整体的稳定性进行检算，以策安全。其数值可由当地气象资料提供或查全国风压图得到。  

混凝土偏载：可按灌筑梁段时两侧腹板浇筑混凝土**大偏差计算。   

（3）荷载组合   

根据以上各施工阶段的检算内容和荷载情况，荷载组合如下：

荷载组合Ⅰ：混凝土重量+动力附加荷载+挂篮自重+施工机具和人群重；

荷载组合II：混凝土重量+挂篮自重+混凝土偏载+施工机具和人群重；

荷载组合Ⅲ：混凝土重量+挂篮自重+风载；

荷载组合Ⅳ：混凝土重量+挂篮自重+施工机具和人群重；

荷载组合V：挂篮自重+冲击附加荷载+风载。

荷载组合Ⅰ～Ⅲ用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载组合Ⅳ用于变形计算；荷载组合V用于挂篮行走验算。   

主桁结构内力与变形计算：简化的计算常假定主桁架每一桁片承担的荷载相同，按平面结构计算。

5．其它构件检算 

挂篮的悬吊系统、模板系统和走行系统等按一般钢结构计算方法设计，在此不再赘述，但因挂篮是可移动的支架，又属于高空作业，所以在设计时必须保证有足够的安全度，尤其要注意悬吊系统的前吊带（杆），其在脱模过程中，受到的冲击振动**大，而且承受重复作用，有发生端部断裂的危险，因此悬吊系统的前吊带（杆）的安全系数不小于2。所有计算均根据不同的计算图示与荷载组合，求得各构件的**大应力，经多次调整结构几何尺寸，以达到在满足规范要求的前提下，使结构材料**省、重量**轻。

鹿岛挂篮的加工工艺

对于型钢式挂篮，鹿岛在加工过程中应注意以下环节：   

（1）挂篮所用的主要材料包括主桁架、吊带等受力杆件所用材料必须符合国标要求。   

（2）确定合理的焊接工艺

由于挂篮杆件多为组焊件，为保证焊接质量，减少焊接残余变形，各杆件焊接前，必须先制定焊接工艺。根据挂篮所用材质选定焊条种类、型号、规格，确定焊接层数，坡口形状，电流大小，进行试焊。重要部位杆件焊接时，焊工必须先进行首焊试验，经试验合格后方准其焊接。试焊后的焊件，进行几何形状检查并探伤，经检查合格后，此工艺方可作为挂篮杆件的焊接工艺。   

（3）确定合理的下料方案

由于杆件数量多，尺寸不一，因此，合理的下料方案对结构的受力性能、材料的节省及焊接工作量的大小影响颇大。例如配料时，受拉杆件多采用整料，受压杆件可用短料焊接等。   

（4）对节点的处理采用机械加工手段与工地合理的组焊方法相结合，使杆件的加工既在工地加工又有工厂的加工精度，从而保证了工期和效益。

（二）挂篮结构的主要特点   

1）平行桁架式挂篮

上部结构一般为一等高桁梁；

受力特点：底模平台及侧模支架所承荷重均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在其后端用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构。