預應力連續梁橋懸臂施工中掛籃的比選及應用研究

趙 麗

(長沙市公路橋梁建設有限責任公司)

懸臂掛籃施工法又稱為懸臂灌注法或無支架平衡伸臂法，由于在每段橋梁施工時使用掛籃施工，不需要大型的施工設備而在預應力連續梁橋、特別是在大中跨徑橋梁施工中普遍使用。在每段梁段施工時，懸臂施工把掛籃作為承受力平臺，通過掛籃分別向兩側逐步地向前對稱推進，并灌注混泥土即可完成梁段施工。掛籃作為懸臂施工中的關鍵設備，那么掛籃的選擇及受力平衡方式直接影響工程的結果。

1 掛籃的分類及特點比較

在查閱的大部分的文獻中，一般地將掛籃按兩種方法進行分類。一種是按抗傾覆平衡的方式，掛籃可分為半壓半錨固式掛籃、錨固式掛籃和壓重式掛籃;另一種是按構造形式，掛籃可分為型鋼式掛籃、斜拉式掛籃、桁架式掛籃和混合式掛籃。桁架式掛籃又可分為平行桁架式、平弦無平衡重式、弓弦式、菱形等，斜拉式也可以分為預應力斜拉式和三角斜拉式。

平行式掛籃(平行桁架式、平弦無平衡重式)自身荷載大，掛籃構件龐大，在實際的施工中一般都不采用。弓弦式掛籃在制作安裝比較麻煩，桿件數量大，但是桿件重量都比較輕，多以常備式為主，桁高能夠合理地受力且能隨彎矩大小而變化。菱形掛籃是比較受歡迎的一種掛籃形式，它受力很合理能一次移動到位，而且結構非常簡單。斜拉式掛籃是目前最輕的掛籃之一，重要的是它具有無平衡重的特點;但斜拉式掛籃彈性伸縮較大，長度大，在實際的應用中，特別是在跨度和梁高都比較大的橋梁施工時，就存在有一定的局限。

3 預應力連續梁橋懸臂施工中掛籃的選擇及受力分析

3.1 工程背景

H橋是全長為297.43 m，橋面總寬為20.97 m的雙向預應力混泥土連續箱梁結構設計，主橋變截面箱梁上部采用連續梁設計的雙箱單室，梁底線形按二次拋物線設計。由張拉的時間，縱向預應力束分為前期束和后期束，在澆筑T型時前期束張拉，前期束的整束張拉控制為3 068 kN，配YM15-16型錨具，采用兩端張拉，腹板下彎束張拉控制力為1 075fpk，采用16s15.24 mm的鋼絞線;在澆筑完T型束以及主橋合攏時進行后期束張拉。

選擇掛籃時不能僅僅只考慮橋梁的長短、跨徑，更為關鍵的是箱梁自身混泥土的重量對掛籃的最大承受能力應做為控制目標。H橋的箱梁較一般橋梁，跨徑不算大，但橋寬較寬，因此不能忽視掛籃每次所要承受箱梁混泥土的重量和外力。

3.2 掛籃的選擇

掛籃是一個能沿梁頂滑動或滾動的承重構架，掛籃的設計要求結構簡單，重量輕，堅固不易變形能承受重力，同時要能重復利用，方便裝卸。在施工時，掛籃的下面要進行模板鋼筋施工，所以安裝掛籃時要在底下預留足夠的空間，保障施工的作業面。掛籃的錨固懸掛在已施工的前端梁段上，在掛籃上可進行下一節段的模板、鋼筋、混凝土的澆筑、壓漿等工作，一個節段完成后，掛籃向前推移，再進行下一節段的施工，直到完成所有節段的懸臂澆筑?？紤]到H現場實際情況，通過綜合分析比較各種掛籃形式的的特點，該橋懸臂澆筑施工采用自錨式三角組合梁掛籃較為合理。

3.2.1 掛籃的主要構件應力分析計算

根據H橋混凝土懸臂施工工藝要求及施工設計圖紙情況，單節箱梁長度最長為4 m，最短為3.5 m，因此，經分析決定:采用的掛籃結構，主析、橫梁及底模架、行走系統、懸吊系統和模板構成了掛籃的主體結構，行走采用后錨自錨式結構，用焊接的方式把桿件聯結，使掛籃在現場可以方便安裝。

(1)主桁結構

掛籃的主桁結構由四片三角形析桁架組成，四片主桁的三角形桁架之間通過四根上水平橫梁加強形成整個橫梁，掛籃前橫梁設計為10根32精扎螺紋筋連接底橫梁，聯結的方式為焊接，主桁桁架各桿件之間通過焊接聯結，桿件材料均采用140a。

(2)掛籃荷載確定

掛籃荷載決定于受力最大的梁塊，即掛籃對最大的梁塊都能滿足要求，那么掛籃就能滿足要求，因為在每一節箱梁的施工過程中掛籃的受力模型是不變的。根據H橋混凝土懸臂施工工藝要求及施工設計圖紙情況發現，第四節箱梁的為最大長度4 m，混泥土的重量達到了863 kN，產生的力矩最大。因此可以根據第四節箱梁來驗算確定掛籃荷載。

掛籃的重量:三角主桁梁重 31.09 kN;側、內膜重80.97 kN;底部橫梁61.12 kN、縱梁30.07 kN;底板模板重24.91 N。

由荷載沖擊系數(K1)與鋼鋼結構加工焊縫引起重量的增加量(K2)的乘積得到掛籃結構荷載的安全系數(K)，即K=K1×K2=1.18×0.97=1.14

(3)驗算掛籃主要構件的應力

掛籃的主精梁、吊帶和錨固系統是主要的受力構件。如其受力圖所示，掛籃自身重力、施工荷載、混泥土重力等通過前、后斜梁F2、F3傳遞到主桁梁F4產生下繞變形。

計算每個主桁梁的受力，所有承受力F

圖2 主桁梁受力示意圖

這個重量F最后通過前吊帶傳遞到掛籃的4個主桁梁，則每個主桁梁的拉力F1是

由受力分析，F6與F1將構成一個力矩的平衡關系，F2、F3與F4三者之間也構成一個受力的平衡，也就可以得到

豎向受力方面，F5、F6與F1三者之間存在相互平衡光系，構成平衡方程，得F5

再通過建立力學，應用MIDAS軟件得出掛籃主桁梁的最大彎矩為6.630 00×105 kN·mm，最大撓度應小于1 cm。由于

所以主桁滿足施工要求。

四個主桁梁的受力和構成了整個前橫梁承受的豎向力:P總=4×F1=132.63×4=530.52 kN，又因為掛籃前橫梁設計為10根Φ32精扎螺紋筋連接底橫梁，每根吊帶的拉力

P=KP總/10=1.14X530.52/10=60.48 kN ［σ］=331 kN，所以滿足施工要求。

3.2.2 掛籃試壓

安裝完掛籃后應對掛籃進行試壓，目的是消除掛籃的非彈性形變，并對掛籃的安全和穩定進行檢測。經指揮部、監理和監控小組同意批準后，試驗方案方可開始實施。試驗方案的目標是獲取加載與掛籃變形的關系曲線，所以應對掛籃進行掛籃分級加載試驗，為更好地檢驗全部掛籃的性能，在條件允許的情況下逐個對掛籃進行加載試驗。

4 結語

針對當前我國預應力連續梁橋懸臂施工中掛籃的普遍使用的現狀，查閱相關文獻，對掛籃的分類及特點進行了總結比較，結合H橋現場施工情況進行了實證分析與研究。合理地選擇掛籃施工及對掛籃重點構件和受力狀況正確分析是不同類型預應力連續梁橋懸臂施工中的關鍵。H橋的實證試驗結果表明:角組合梁式掛籃主要各構件中主桁梁、吊帶受力最大，是掛籃設計和施工中重點控制構件。

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［2]倪順龍，郭光松.京杭運河特大橋設計與施工［M］.北京:人民交通出版社，2006.

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