挂篮研究与设计
一、挂篮方案的调研
在预应力箱梁悬灌施工中，挂篮是其主要设备。国内外采用的挂篮种类或形式很多，理想的挂篮应满足结构简单，受力明确，重量轻，安装、拆卸及使用方便、可靠，在混凝土灌注施工中变形小等要求。
国内施工挂篮大都根据工程需要由施工单位自行设计、制造。虽种类和形式很多，但归纳起来不外乎两大类：一类是利用型钢或钢板加工焊制成主梁，由主梁加拉索构成三角形斜拉挂篮。另一类是利用常备万能杆件或加工件拼装而成的上承式或下承式桁架挂篮。
1、三角形斜拉挂篮
这类挂篮以往一般前端采用垂直吊杆吊挂底模系统，承受新浇梁段全部重量。后端靠平衡重抗衡前端倾覆力矩（近年大都改为以后锚系统将主梁锚固于梁体竖向预应力筋上，改变了受力方式）。这类挂篮具有结构简单、重量轻、受力明确、安装、走行方便，拆卸工作量小等优点。已在重庆沙洋河、松花江等公路大桥及茅岭江、板其二号铁路大桥广泛应用。由这类挂篮派生发展的自锚式斜拉挂篮，是将挂篮主梁锚固在已成梁段上，并通过斜拉带及后锚系统将挂篮的全部荷载（含梁段混凝土重、挂篮自重及施工荷载等）传递给已成梁段，从而取消平衡重，改善受力条件，大幅度减轻挂篮重量。该类型挂篮先后应用于武汉长江二桥引桥、宁波招宝山大桥、大榭岛公铁两用大桥、株洲湘江、襄樊汉江、宜昌乐天溪1、2号、风陵渡黄河等十几座公路桥及侯月线海子沟铁路双线大桥悬灌施工。
2、桁架挂篮
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这类是利用常备万能杆件或加工件拼装而成的上承式或下承式桁架挂篮。已在乌龙江、汉江、柳江及沅江等公路大桥及孙水河五号、武水河等铁路大桥采用。这类挂篮的最大特点是通用性强，刚度大，可取消平衡重。不足的是重量大（每个挂篮重在200t以上）非弹性变形大。由这类挂篮派生发展的菱形挂篮、弓弦式挂篮、牵索式挂篮，前两者将挂篮的走行轨锚固在已成梁段上，挂篮后端用Ⅳ级精轧螺纹钢筋及扁担梁锚固在走行轨下钢枕上，并通过桁架吊杆及后锚系将全部荷载传递给已成梁段，与前述自锚式斜拉挂篮一样，取消平衡重，改善受力条件，减轻挂篮重量。该两型挂篮分别在京九线泰和赣江大桥、珠海鸡啼门及南京市草场门大桥施工中得到成功应用。后者前端利用主索牵拉上承式桁架，后端用斜拉杆拉住桁架，将大部分荷载直接由主索传递给塔柱。已成梁段受力小，梁段配筋小，节省钢材。该型挂篮在吉林临江门斜拉桥施工中，创造成功应用的先例。
国外挂篮种类也很多，如法国的自悬式、自承式及预应力挂篮，侧模为刚性模板，能承受较大的压力，但因笨重使用不便。
二、挂篮关键技术及定量化指标的思考
1、适应跨度。经调研获悉，国内大跨度铁路预应力箱梁桥跨度：连续梁.6~90.0m，以72~80m跨居多；刚构桥48~168m，以88~128m跨居多；斜拉桥96m。公路桥则大的多，较常规的适应跨度范围为60~400m。
2、适应截面。根据收集的资料获悉，单、双线铁路箱梁顶宽为6.0~10.0m，底宽3.3~6.1m，根部梁高4.8~8.8m，跨中断面高2.6~4.4m。公路桥梁梁面宽13～30m，底宽2.5~6.8m，根部梁高4.8~14m，跨中断面高2.5~4.4m。为适应梁体截面的变化，挂篮结构设计一般采用可调式结构。梁宽通过加宽底模系达到目的。梁高通过调整挂篮斜拉带或吊杆高度来完成。若梁截面为单箱双室，可在纵隔板箱顶增加一根主导梁，或一片桁架在其两侧增设两根斜拉带（或
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吊杆）即可满足受力要求。
3、挂篮承重。据调查铁路箱梁施工节段一般为2.5~4.0m，双线梁段最重为147t，现在最大的梁段重已超过200t。公路桥梁梁面宽13～30m，分段长，斜拉桥分段长达8m，节段重达500t。
4、调坡。主要是箱梁纵坡的调节，底坡通过调节挂篮斜拉带或吊杆达到目的。翼板底坡一般同一座桥只设一种坡度，在设计外侧模时，一并考虑其翼板底板纵向坡度，不必另行考虑。如情况特殊，一座桥设几种纵坡，外侧模翼板模一端设铰接，另一端设丝杆（或加设垫块）调节升降，达到调坡的目的。
5、曲线桥施工。挂篮在曲线桥施工中，为适应梁体曲率的变化，施工前可先将设置在梁顶腹板上的走行轨弯成相应曲度或者经计算加大主导梁间的间距，通过持篮适度横向拔移来达到施工曲梁的目的。也可适当改变主导梁方向，根据计算，以折线拟合曲线，进行曲梁施工。
6、模板设计：为适应梁高变化的需要，外侧模一般设成基本节加可调节组成。为适应箱梁腹板厚度的变化，内模系统设计为抽屉式，内顶模桁架宽度方向连续可调，以适应截面的变化。为解决新老梁段混凝土连接，模板长度设计较梁段长长出30cm，长出部分设密封胶条，以防止混凝土灌注时漏浆。
三、挂篮结构设计
1、设计要点：
⑴荷载：梁段重按照实际节段重取值，施工荷载按2kN/m2考虑，同时考虑风载、自重、
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振动力及冲击荷载等；
⑵每一梁段施工均按挂篮走行、混凝土灌注两种工况计算。每种工况的整体稳定系数不小于2；
⑶挂篮整体变形不大于1.2cm；局部变形视构件性质而定。
⑷主梁在挂篮走行时，前端挠度不大于L/400；滑梁载模走行时，跨中挠度不大于L/400。
⑸挂篮（含模板）与梁段重量之比为0.30~0.5。
2、结构设计
1）斜拉式挂篮
该型挂篮由主导梁（纵梁）、横梁、斜拉带系、模板系统及锚固系统等组成（见附图1）。
主导梁是载模走行时的主要受力结构，担负模板及施工荷载等重量。由两根工字钢和槽钢焊接而成。主导梁通过钢垫板、枕木支垫在桥面上，并利用竖向预应力筋及上锚系锚固于已成梁体。
前后横梁及斜拉横梁由槽钢拼接（焊）而成。前者除把主导梁连成整体外，主要用来吊挂内、外侧模，后者把底模及待灌梁段混凝土重量通过斜拉带传递给主导梁。
斜拉带用16Mn钢板加工而成，是挂篮主要承力构件。每根斜拉带由5~7节组成。各节斜
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拉带端部钻设孔眼，用钢销联接，以适应梁高变化的需要。斜拉带上端通过元宝梁固定在斜拉横梁上，下端拉挂底模前横梁。
模板系统由外模、内模及底模组成。外模设计为基本节加可调节组成，模板设计为钢模、钢木结合或瑞达模板，通过滑梁吊挂在挂篮上；内模设计为抽屉式。模架用型钢焊制，模板采用组合钢模板。
底模纵梁以槽钢制做，固定在前后托梁上。纵梁上铺设钢板，后端通过后托梁、后锚系等锚固在已成梁段底板上。
该型挂篮的特点是：
① 实现无托架施工。
② 重量轻。该挂篮重量轻，与梁段混凝土重量比约为三分之一。由于挂篮轻，梁部施工荷载小，梁体布筋设计可更为简单。
③ 结构简单。该挂篮组装部件少，且各部件大都是用型钢加工而成，故加工、运输、拆卸、安装等方便、工作量小，能节省大量的施工费用。
④ 挂篮刚度大，灌筑混凝土过程中调整模板标高简单。经测试斜拉带弹性变形不足5mm，且底模托梁变形也极小，仅需在灌筑混凝土前预留极少量模板下沉量，即可在灌筑过程中不必做调整。必要时也可利用斜拉带顶部千斤顶对模板进行调整。
⑤ 挂篮的主梁部位占据空间小，箱梁上部施工面开阔，对运、绑钢筋和其他施工操作提供
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了较好的工作条件。
2）菱形挂篮
该型挂篮主要由菱形桁架、提吊系统、走行及后锚系统、模板系统和张拉操作平台等六部分组成（见附图2）。
⑴构造：
① 菱形桁架：菱形主构架是挂篮的主要承重结构，由两片桁架、横联和门架以及前上横梁组成，桁架间距和腹板竖向预应力钢筋位置相对应。各杆件间采用普通螺栓联结。前上节点和前上横梁联结，挂篮前吊点（底模架4个、内模2个、外模2个）均设在前上横梁上。所用材料均为A3型钢。
② 提吊系统：
a． 底模前吊带。前吊带的作用是将悬灌的底板、腹板混凝土及底模板重量传至主桁架上。吊带采用8根φ25精轧螺纹钢每两根为一组，共4组，每组吊带用2个LQ32千斤顶通过扁担梁调节底模的标高。
b． 底模后吊带。后吊带的作用是将底模架荷载的一部分传至已成箱梁的底板上。已成箱梁底板靠近腹板位置预留两个方型孔洞，16Mn吊带穿过箱梁底板和底模架后横梁销接，上端每组吊带用2个LQ32千斤顶通过扁担梁调节底模。
③ 模板系统。箱梁外侧模采用大块钢模板，纵向长度4400mm，在梁高范围分为三块，以
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便梁高变化时调整。面板采用厚4mm钢板，加劲肋为∠75×6和［10钢框架焊接， 整个外侧模支撑在外模走行梁上，走行梁前端悬吊在主构架前上横梁上，后端悬吊在已成梁段顶板上（在浇注顶板时预留孔），后吊杆与走行梁间设有后吊架，后吊架上装有滚动装置，挂篮走行时，外侧模走行梁与外模一起沿后吊架滑行。
内模由内模架、模板、横、竖带及调整丝杠等组成。内模架吊在两根内模走行梁上，走行梁前端吊在主构架前上横梁上，后端吊在已浇梁上（顶板预留孔），内模架可沿走行梁滑行，模板除上、下梗肋，顶板张拉台座处用特制模板外，余均为组合钢模板。
底模板由底模架和底模板组成，底模架由纵梁和前后横梁组成，底模板为木模，下垫方木分配梁，模板上钉1mm厚的白铁皮，底模宽度比箱梁底宽少8mm，两外缘固定6mm橡胶条，在浇筑混凝土时，外侧模与底模夹紧，以防漏浆。
④ 走行及锚固系统
走行系统。在主构梁的两片桁架下的箱梁顶面（腹板竖向预应力筋位置）铺设两根轨道，轨道用钢板组焊成Ⅱ型截面。轨道的底板锚固在竖向预应力筋上。主桁前端设有前支座。沿轨道滑行（支座与轨道间垫聚四氟乙烯板），主桁后端设有后支座，后支座用反扣轮沿轨道滚动，不需加平衡重，用两个5t倒链牵引前行。
锚固系统。挂篮的锚固系指挂篮在悬灌作业时，挂篮的后端用φ25精轧螺纹钢和后锚扁担梁把菱形主构架后节点锚固在轨道上，锚固时应使后支座反扣轮脱离轨道，使后锚力全由精轧螺纹承担，每套挂篮用12根φ25精轧螺纹钢。
⑤ 张拉操作平台
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挂篮最前端悬吊的张拉操作平台，采用型钢及钢筋拼装而成。用4个倒链悬吊在主构架上，通过倒链可升降，以适应梁段高度变化及张拉需要。
⑵菱形挂篮的主要特点
① 菱形挂篮外形美观，结构简单，杆件受力明确，计算简便。
② 作业面开阔，便于构造钢筋分片吊装，混凝土运输车可直接从两片桁架中间通过，运至施工的梁段；能加快梁段施工速度。梁段循环周期平均为6~8天。
③ 利用桁梁前后支座，使桁架在轨道上走行，无需平衡重，操作方便，移动灵活、平稳。外模、底模随桁架一次到位，缩短了挂篮移动时间，移动一次只须2~4小时。
④ 挂篮自重较轻。
⑤ 桁架纵向安装尺寸，只要有12m梁段长度即可安装两套挂篮，起步时不需要两套挂篮联体，拼装速度快，一套挂篮2~3天即可拼装就位。
⑥ 挂篮所用材料均为常用材料，加工制造简单。
⑦ 挂篮刚度大，变形小。
⑧ 适用范围广，适合于多种类型连续箱梁悬灌施工。
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