桥梁挂篮设计.doc

第五章 挂篮设计与施工第一节 概述悬臂浇筑法施工从60年代由前西德首先使用以来，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁的一种有效施工手段日本预应力混凝土工业协会《关于预应力混凝土长大桥梁的调查研究报告》指出，1972年后建造的跨径大于100m以上的桥梁近200座，其中悬臂法施工的桥梁占87%以上，而采用悬臂浇筑法施工占80%左右挂篮作为悬臂灌筑施工的主要设备已有多种类型，有些国家如日本、法国等已有定型的系列化产品我国从80年代开始使用这种技术以来，也已取得了巨大的成就因此，总结并比较各种类型挂篮的优劣，对今后的应用及其发展有着重要的意义挂篮悬臂浇筑施工又称迪维达克施工方法，这种施工方法一般将梁每2～5m分成一个节段，以挂篮为施工机具进行悬臂对称施工挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重结构，其锚固悬挂在已施工的前端梁段上，在挂篮上可进行下一梁段的模板、钢筋、预应力管道的安设，混凝土灌筑和预应力张拉，灌浆诸作业完成一个阶段的循环后，挂篮即可前移并固定，进行下一节段的悬灌，如此循环至悬臂灌筑完成一、挂篮的分类、结构特点（一）挂篮分类及组成目前，挂篮的型式很多，构造上亦有差异，其常见分类方法有：(1)按挂篮使用材料分类：由万能杆件、军用梁、贝雷梁等制式杆件组拼和由型钢加工制成两种；(2)按主要承重结构形式分类：桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、钢板梁式及牵索式四种；(3)按受力原理分类：垂直吊杆式、斜拉式、刚性模板三种；(4)按其抗倾覆平衡方式分类：压重式、锚固式和半压重半锚固式三种；(5)按其走行方法分类：一次走行到位和两次走行到位两种；(6)按其移动方式分类：滚动式、滑动式和组合式三种。

挂篮通常都有以下几个组成部分：承重结构、悬吊系统、锚固装置、走行系统和工作平台承重结构是挂篮的主要受力构件，它承受施工设备和新浇筑节段混凝土的全部重量，并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工完成的梁身上挂篮的走行系统可用轨道或四氟乙烯滑板，牵引动力一般用电动卷扬机，它包括前牵引装置和尾索保护装置为保证浇筑混凝土时挂篮有足够倾覆稳定性，往往在挂篮的尾部设置后锚固，一般通过埋在梁肋内的竖向预应力筋实现，当后锚能力不够时，也可采用尾部压重等措施挂篮的主要功能是支撑模板，承受新浇混凝土重量，由工作平台提供张拉、灌浆的场地，调整标高因此挂篮不仅要求有足够的强度保证，还要有足够的刚度及稳定性，自重轻，移动灵活，便于调整标高等几种主要挂篮的结构形式如图5-1～5-8所示二）挂篮结构的主要特点 1. 按主要承重结构形式分析挂篮结构的主要特点(1)平行桁架式挂篮平行桁架式挂篮的上部结构外形一般为一等高度桁梁，其受力特点是：底模平台及侧模架所承重均由前后吊杆垂直传至桁梁节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在梁顶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2)平弦无平衡重挂篮平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，取消压重，在主桁上部增设前后上横桁，根据需要，其可沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊住底模平台及侧模支架。

由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾覆力矩，故不需平衡压重，其主桁后端则通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁顶板上3)菱形挂篮菱形挂篮可以认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁顶板上，无平衡压重，而且结构简单，故自重大大减轻，是近年来常用的挂篮形式4)三角形挂篮三角形挂篮也是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，它与菱形挂篮均属于垂直吊杆式，主要区别在于主桁架的形状，其承重结构为三角形，其它组成类似于菱形挂篮，属于全锚式挂篮，自重轻5)弓弦式挂篮弓弦式桁架(又称曲弦桁架式)挂篮主桁外形似弓形，故也可认为是从平行桁架式挂篮演变而来，除具有桁高随弯矩大小变化外，还可在安装时施加预应力以消除非弹性变形故也可取消平衡重，所以一般重量较轻6)滑动斜拉式挂篮滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大的突破，其上部采用斜拉体系代替梁式结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下限位装置(或称水平制动装置)承受，主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持其底模平台后端仍吊挂或锚固于箱梁底板之上7)预应力斜拉式挂篮 预应力斜拉式挂篮的最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉住模板，从而使得挂篮结构简化，重量变轻。

8)三角型组合梁挂篮三角型组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上，将受弯桁架改为三角形组合梁结构由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而使主梁能采用单构件实体型钢由于挂篮上部结构轻盈，除尾部锚固外，还需较大配重其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂篮基本相同9)自承式挂篮自承式挂篮分为两种，一种是模板支承在整体桁架上，桁架用销子和预应力筋挂在已成箱梁的前端角上，灌筑混凝土时主梁和走行桁架移至一边，挂篮前行时再安上，吊着空载的模板系统前移另一种是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板，通过梁上的水平及竖向预应力筋拉住模板来承受混凝土重，走行方法与前者相同，由临时吊车悬吊着模板系统前移到下一梁段这种方法对跨度不很大的等高度箱梁较为适宜10）牵索式挂篮在斜拉桥的施工中，利用斜拉主索牵挂挂篮，其承重结构不再支承在已灌筑梁段顶面，而是悬挂于已成梁段的下面，通过牵索系统将挂篮前端的垂直荷载直接传到斜拉桥的主塔上，这是它的最大特点2. 按挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类分析挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类及特点见表5-1表5-1　挂篮分类及特点项　　目类　　型特　　点按挂篮使用材料分由万能杆件、军用梁、贝雷梁等制式杆件组拼一次性投资少，自重大，体积大由型钢加工一次性投资大，结构布置合理，自重小按受力原理分垂直吊杆式吊杆吊住模板，将荷载传到主桁梁上，操作简单斜拉式混凝土荷载通过底模传力到斜拉带，然后传到主梁上，主桁受的弯矩小，操作较垂直吊杆式复杂刚性模板模板具有足够的强度和刚度，除了承受混凝土的压力外，还能在顺桥向承力，因此可用预应力束直接拉住模板，对模板要求很高，操作复杂按抗倾覆方式分全压重式挂篮的稳定全靠主桁尾部的压重全锚固式挂篮的稳定全靠主桁尾部的锚固半压半锚式压重是为了补充锚固对挂篮稳定性的不足二、各类挂篮的适用性国内外挂篮正向轻型方向发展，挂篮设计主要控制指标为：挂篮的总用钢量与最大块件之比值K1、主桁架用钢量与最大块件重量之比值K2。

K1值愈低，表示整个挂篮设计愈合理，K2值愈低，表示挂篮承重构件的受力愈合理，使用材料愈节省国内对挂篮所用材料数量常用一个系数即挂篮利用系数来表示：挂篮利用系数=浇筑最大梁段混凝土重量/挂篮总重1. 制式杆件组拼的桁架式挂篮国内早期挂篮一般使用的是由制式杆件(万能杆件、军用梁等)组拼的桁架式挂篮由于其自重大，包括压重可达3000kN(如武汉江汉大桥挂篮重2870kN)，所以其走行系统常用火车轮对台车又因为桁高的约束，各杆件的应力水平较高，随之而来的就是前吊点下挠大，复杂的空间结构引起的非弹性变形大，使用时需要进行预压以便消除非弹性变形，增加了施工的难度，延误了宝贵的工期并且，此时的挂篮大多使用平衡重，所以这些挂篮利用系数一般较小，如广西柳州大桥、湖南常德沅水大桥分别为0.87和0.96，武汉江汉大桥的挂篮利用系数仅为0.46平弦无平衡重挂篮由于主桁上部的上横桁可根据需要沿纵向移动，并在主桁横移时吊住模板系统，故可取消压重，具有一定优点，但由于其并未从根本上克服平行桁架式挂篮机构庞大，自身静荷较大的缺点，应用不是很广泛弓弦式挂篮桁高随弯矩大小而变化，受力较合理，而且自重较轻，对不想一次性投入过多的施工单位有一定吸引力，但其缺点是杆件数量多、制作安装都较麻烦，且易丢失。

2. 用型钢制造的桁架式挂篮随着挂篮使用经验的丰富、对其功能认识的深入及对国外经验的学习和借鉴，发展到使用型钢及钢板加工制造挂篮菱形挂篮和三角形挂篮结构简单、受力合理和一次移动到位等特点，较受欢迎这两种挂篮形式近10年来得到了广泛的应用，同时也带动与挂篮施工相适应的桥型设计的发展，如双向预应力、三向预应力技术的应用这一时期的挂篮主要是无平衡重型的由于取消了平衡重，挂篮重量大大减轻，其利用系数成倍上升，达到2.5～2.9，如京九线泰和大桥和义乌经发大桥都超过了33. 斜拉式挂篮滑动斜拉式挂篮这是目前利用系数最大的一种挂篮它改变了垂直吊杆挂篮工作时的前端荷载要通过主桁架的悬臂部分传给已浇梁段而对主桁架的强度、刚度要求高的传力机制，而是将挂篮工作时的前端荷载通过斜拉杆直接传给已浇梁段，从而降低了对主梁的强度、刚度要求，使主梁悬臂部分的功能变成主要是悬吊空载时的模板系统，减少了材料用量，也就减轻了模板的重量由于这种挂篮具有用料省、加工简单及对0号块的长度要求短等优点，所以近年应用较多但是，这种挂篮由于斜拉杆的斜拉力使底模纵梁和主梁中分别存在压力和拉力，因此需要在底纵梁和主梁的尾部设置限位器和限位板，增加了操作上的难度。

使用这种挂篮的施工程序比使用垂直吊杆式挂篮稍显复杂，需要在每一个循环中增加安装拆卸斜拉杆、安装拆卸限位器、安装拆卸限位板的工序而且当跨度和梁高都较大时，由于斜拉杆长度较大，弹性伸长较大，上下限位装置的水平力随之增大，故使其应用也受到一定的限制预应力斜拉式挂篮利用梁部结构本身的预应力束拉紧刚性模板，使得临时设施数量大大减少，但因属永久结构和临时结构相结合，需设计、施工，乃至建设单位意见统一方可采用此外，对于预应力束在锚固系统时的锚下控制张拉力、锚具的可靠度、锚具对预应力束的刻压损失等问题都应综合予以考虑，既能安全地完成悬灌作业，又能保证预应力束在运营期间的耐久性和可靠度其它几种挂篮结构形式中，三角型组合梁式挂篮虽然较平行桁架式挂篮轻，但仍需一定的压重，故应用受一定限制自承式挂篮的两种形式本质上与预应力斜拉式挂篮并无很大区别，唯一不同的只是预应力筋采用特殊设计，并配置必要的定位销和钢销三、我国挂篮应用的现状我国的挂篮设计及制作已全部适应悬臂施工向高强、轻型、大跨发展的需要，从PC连续梁或刚构的悬臂施工挂篮最初是平行桁架式，后来，逐渐发展为多样化，结构越来越轻型，受力越来越合理，施工越来越方便，应用也越来越广泛。

现将我国挂篮应用的部分技术指标列于表5-2供借鉴表5-2　国内部分桥梁挂篮表桥名最大跨度/最大段重挂蓝类型挂篮主要特点挂篮重/平衡重挂篮总重/梁段广西柳州大桥124m/92t平行桁架式万能杆件主桁，4号段开始悬灌75.7t/30t105.7t/92t=1.15福建乌龙江大桥144m/120t平行桁架式万能杆件主桁90t/无90t/120t=0.75武汉江汉二桥135m/132t平行桁架式万能杆件主桁，1号段开始悬灌201.4t/86t287.4t/132t=2.18湖南常德沅水大桥120m/160t平行桁架式万能杆件主桁，3。