菱形挂篮设计与施工技术的应用

李 伟

(山西交通职业技术学院 山西晋中 030619)

菱形挂篮设计与施工技术的应用

李 伟

(山西交通职业技术学院 山西晋中 030619)

伴随着我国经济发展水平的不断提升，我国的桥梁技术发展也越来越成熟。菱形挂篮在我国桥梁建设中应用的越来越广泛。本篇文章立足于当前桥梁建筑建设的工作实践情况，在菱形挂篮的设计、结构形式、载荷试验、拼装、施工工艺等方面做出了重点解析，并针对当前菱形挂篮施工过程中存在的问题加以归纳，提出解决措施，对未来如何更好的进行工艺优化做出了设想。希望本篇文章可以带给相关行业人员一些借鉴和思考，共同推动菱形挂篮工艺水平的提升。

菱形挂篮；设计；施工技术

一、引言

菱形挂篮在结构层面相对简单，力量承受相对明确而且刚度比较大，不易发生变形现象，在加工以及安装的过程中工序并不繁琐，因此具有实用性较强、经济成本较低等优点。菱形挂篮大致包含五大模块，分别是悬吊系统、走行系统、模板系统、承重系统以及锚固系统。通过受力分析，除了走行系统之外其余四个系统均满足施工的标准需求。二力杆作为菱形挂篮的主要受力构件，不仅结构简单而且拆锚难度较小，H型钢主要在主梁中得以应用，双向回转半径尺寸不小，这就强化了杆件的稳固程度。本篇文章以复兴大桥2号桥的菱形挂篮为具体案例，分析了其设计以及施工的具体工艺。复兴大桥2号桥总长度为1237.64m，全长有37个桥墩1个桥台，整个大桥都基本在河水泛洪区里面。下面针对菱形挂篮的不同方面做出层次性的分析。

二、菱形挂篮设计探究

（一）挂篮选型

桥梁悬臂施工过程中离不开挂篮设备的应用，依照结构划分主要有四种类型，分别为桁架式、型钢式、斜拉式以及混合式。菱形挂篮之所以被得以广泛应用，主要得益于它的结构以及受力方面存在的优势，给桥梁施工带来了积极的因素。菱形挂篮的设计要求主要分为三点，其中第一点对箱梁结构参数做了要求。

该桥箱梁结构参数如下：全部是相同高度单箱单室箱梁，截面梁高为3.3米，整个桥体箱梁顶板的厚度在零0.25米，4.2米的箱宽尺寸，桥面板宽要达到7.4米。整个桥梁需要有5道横隔板，梁段分为35个，整个桥梁需要应用双向预应力体系。其次，菱形挂篮的总重量必须小于32吨。最后，悬臂浇筑混凝土的极限重量为57.72吨。

挂篮结构材料

挂篮菱形不同部位采用不同种类的钢材，组合梁应用H型钢，尺寸为300*300，无论是横梁还是内导梁以及底纵梁都是应用工字钢，直径三十二的精轧螺纹钢在吊带得以应用，关于滑道也同样应用H型钢，只是型号与组合梁有所不同，尺寸为250*250.

（二）挂篮结构验算

不同的结构需要进行不同的类型计算。主要分为三大类，首先需要实施稳定性、刚度与强度三方面检算的为菱形组合梁。其次，需要进行刚度以及强度检算的结构比较多，比如吊杆、滑道、前支腿、底纵梁等。最后，只需要进行强度检算的有三种，分别为连接板、焊缝以及各连接螺栓。

主要技术参数：(1)混凝土自重 GC=26kN/m3； (2)钢弹性模量 Es=2.1× 105MPa； (3)材料容许应力：Q235钢[δw]=145Mpa，[δ]=140Mpa， [τ]=85Mpa，(4)模板的允许挠度为1.5mm。 (5)临时结构简化为简支梁后的允许挠度为L/400。

挂篮设计荷载：(1)荷载系数 ：考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超载系数：1.05； 浇筑混凝土时的动力系数：1.2；

浇筑混凝土和挂篮行走时的抗倾覆稳定系数：2.0； (2)作用于挂篮主桁的荷载箱梁荷载：箱梁荷载取 1#块计算； 施工机具及人群荷载：2.5kPa； 模板自重取0.7kN/m2。

底横梁设计计算：δ=M/Wx=-13.4×106/726.33×103=-18.45MPa＜[δw]=145Mpa，满足要求

剪力验算：τ =QSx/Ixb=-78400×428990/116214000×11.5=25.17Mpa＜[τ]=85Mpa，满足要求。

吊杆设计计算：钢吊杆所承受的最大支点反力为310.2kNF ，采用Φ32精轧螺纹钢，由《混凝土结构设计原理》知，Φ32精轧螺纹钢的截面积为804.3mm2，其应力为

σ=N/A=310200385.68/804.3=385.68MPa

其安全储备为：K=800/385.68=2.07(精轧螺纹钢控制应力取800MPa)。 由上述计算可知，底篮横梁的吊杆安全储备均大于2，满足要求。

（三）挂篮技术参数

挂篮技术参数主要分为五个要点，第一，挂篮与模板自身重量为10t，挂篮跟最大梁段重量比为 0.33。第二，挂篮的设计负荷为 100t，恒载与活载安全系数有所区别，前者达到1.2，后者达到1.4。第三，需要采用无平衡重走行方式。第四，走行与静止时的抗倾覆系数有所区别，前者不能小于等于2，后者不能小于等于3。第五，针对挂篮的弹性变形值与非弹性变形值也有规定，前者为 10mm，后者是2mm。

三、菱形挂篮载荷实验

第一次使用菱形挂篮之前需要进行详细科学的试验，不仅能够了解挂篮的承载极限还能够知悉施工的挠度。首先菱形挂篮应该实行预压试验，通过试验得出荷载强度为80t，大于混凝土和施工荷载重量的1.3倍。其次，进一步证实挂篮荷载受力能力符合实际情况，钢材以及混凝土预制板是试验的参与主体。最后，分级加载，总时长达到48小时。完成预压试验之后，需要进行变形观测。在挂篮的不同部位设置28个观测点，无论是在每次加载还是卸载的情况下都应该密切观测，假如在加载时挂篮的某个部分或者某些部分出现异常需要立刻停下加载工作，及时进行处理。依照试验数据加以分析统计，对挂篮的施工挠度有一个大致的了解。

四、菱形挂篮施工工艺

（一）模板调整

菱形挂篮的安装是一个严谨而规范的过程，当安装工作完成之后，接下来就要对水平中线以及标高进行把握。首先需要重视中线控制工作，借助全站仪来放置轴线。其次，高程控制也比较重要，应该根据标高、自重、弹性变形等对结构的下挠进行测算。

（二）钢筋绑扎

钢筋绑扎工作是一个细致的工作环节，需要根据规范标准下料然后进行弯制，完成工序之后根据不同的种类标置牌子进行存放。当对钢筋有需求的时候在挂篮位置进行钢筋吊装，通过工人进行绑扎工作。无论是安装钢筋还是预埋件亦或者是波纹管道，它们的尺寸都必须小于等于技术规范标准要求。

（三）预应力波纹管成孔

塑料波纹管成孔是整个桥预应力管道参与的主体要件，在进行安装过程中，假如跟构造钢筋位置存在分歧，那么需要对构造钢筋相应进行移动，保障其准确定位，再通过多种稳固措施保障在混凝土浇筑的过程中预应力管道位置并不发生改变。混凝土的浇筑工作通常使用对称悬浇施工的方式。

（四）挂篮移动

挂篮移动是一个相对复杂的过程，确定滑道位置是首要工作，其次需要把不同的吊杆逐渐松开，完成这个步骤之后慢慢将菱形梁后锚松开，把主梁安置到位，通过主梁向前移动来使得底膜、侧膜以及内导梁整体移动到位，压紧器也随之到位，进一步保障主梁的稳固，随后把主梁的后锚杆稳固。随后需要从新固定底膜在吊杆上，确定中线和标高。然后根据相关数据对标高以及轴线进行调整，确定无误之后将钢筋和模板进行安装，混凝土灌注之前对高程和中线进行反复检查。

五、菱形挂篮施工过程中遇到的问题及解决措施

第一个常见的问题是挂篮前移后调整时间偏长，倒链人工调整通常是吊杆调整使用的方式，难免会存在一些误差，针对这个问题，应该在今后的吊杆调整时放置千斤顶，这样借助千斤顶的帮助，不仅能够保障工作效率，还能够提升工程的精确度。第二个问题挂篮内导梁移动小车上没还有存在有内导梁，这样就增强了一定的危险度，因此一旦发现这个问题时需要及时的钻孔进行档轴安装工作，确保内膜系统安全移动到位。

六、未来施工过程需要优化的设想

在今后的施工过程中，挂篮主梁设计所涉及到的H型钢两个方向回转半径是最合适的，能够进一步提升稳固程度。两根槽钢焊接成方钢应用于主梁杆件是一个提升钢材效能的良好方式，但是这种方式的连接阶段存在难度，需要进一步优化设计，改变材料，减少重量不仅可以提升效能，而且能够降低经济成本。

[1]陈述中 李建明 菱形挂篮施工在高明大桥扩建工程中的应用 [J]广东交通职业技术学院学报 2015年11期

[2]李秀东 马尊国 贾生旭 大跨度、宽桥面菱形挂篮的设计与应用 [A]第十七届华东六省一市建筑施工技术交流会论文集 [C]2015年06期

[3]董先峰 宁小君 菱形挂篮在特大桥施工中的设计和应用 [A]第十届全国结构工程学术会议论文集（第一卷） [C]2015年02期

TU7

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1007-6344（2016）10-0060-02

李伟（1980.7—），男，山西太原人，硕士，山西交通职业技术学院讲师。研究方向：道路与桥梁工程