衢江大桥挂篮施工设计与应用

摘要：本文根据衢江大桥主桥的结构特点，采用菱形挂篮形式，对施工用的传统挂篮系统进行了设计优化，使结构操作方便，满足施工进度的要求，在施工中取得了不错的效果，可供同类型工程参考。

关键字：衢江、挂篮、设计、应用

中图分类号：TE42 文献标识码：A 文章编号：

一、工程概况

衢江大桥主桥上部为（66+120+66）m的三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，单幅桥宽12.5m。主桥箱梁采用直腹板式单室结构。半幅箱梁横向中心线处高度从跨中为2.8m，至距主墩中心2m处接二次抛物线变化为6.5m。箱梁底板横向方向为水平，箱顶设2%的单向横坡，通过侧腹板高度来设置。主桥箱梁采用纵、竖双向预应力体系。

箱梁截面断面截面示意如下：

二、挂篮结构简介

挂篮主体结构分为：主桁结构、底篮结构、悬吊系统、锚固系统、行走系统、模板系统等。

1．主桁结构

主桁为菱形结构，由弦杆和节点板组成，杆件采用2[32b热轧普通槽钢，两排槽钢对口焊接成整体,在腹板外侧通长、内侧销孔处加强。节点板采用钢板。前、后斜拉带与主纵梁连接采用销钉连接，在销孔处对结构进行加强。

2．底篮结构

底篮结构包括前、后横梁以及底篮纵梁。底篮前、后横梁均采用2I40b工字钢组成。底篮纵梁为桁架纵梁，共12片。底篮纵梁采用2[32b，并在槽钢上焊接加劲板。

3．悬吊系统

挂篮悬吊系统由底篮前、后吊带，翼板前、后吊带，行走吊带组成，其中上前横梁中间的3根吊带采用截面为200mm×20mm的钢带构成，其余吊带均采用PHB785φ32mm精轧螺纹钢做吊带。

4．锚固系统

锚固系统分主桁后锚、轨道锚固以及吊带锚固。

主桁后锚设置在主桁后端，单片主桁由4根φ32mm的精轧螺纹钢来锚固，提供挂篮块段悬臂浇筑时的抵抗倾覆力。

轨道锚固须与主桁后锚结合考虑，为轨道固定和定位，挂篮后行走小车行走时前后轨道锚固筋的间距不得超过1.5m。

5．行走系统

行走系统：整个桁架结构支承在由工钢加工而成的前后支腿上，支腿下设轨道，后支点处设后钩板。

6．模板系统

模板系统包括底模、外侧模和内模，含模板的悬吊系统和行走系统，挂篮前移时模板及纵梁同挂篮一起行走。

7．张拉平台及安全防护设施

在底篮两侧及前端设置防护栏杆及防护网，在主桁上特别是底板吊带处设置安全防护栏及防护网，确保施工安全，底篮腹板外侧设置安全通道，支承于底篮前后横梁，安全通道外侧设置防护网。

立面图

三、设计相关参数设定计算目的

为了保证箱梁悬浇时安全，对挂篮结构的强度、刚度进行设计和验算，控制挂篮悬浇过程中的最大变形。

确定挂篮行走时的安全稳定性、结构的整体稳定和有效安全储备。

四、材料参数

1．箱梁砼的自重取值为2.6t/m3，块段悬浇时考虑1.05的胀模系数；

2.施工人员及材料重量取2.5KN/m2，插入式振捣器对模板的荷载取2.0KN/m2。底板模板取0.8KN/m2、腹板模板取1.5KN/m2、顶模及支撑系统取2.0KN/m2计。

3.允许最大变形：20mm；施工时、行走时的抗倾覆安全系数≥2；自锚固系统的安全系数≥2。

4.挂篮自重：按程序自动计入。

五、挂篮荷载计算

通过对比挂篮施工的几个最不利块段

其中5#梁段为4.0米梁段，梁重148.6t，为挂篮悬浇块段中最重。

1.荷载类型

⑴挂篮结构自重：按实际结构自重计算，程序自动计入

⑵悬浇块砼自重：容重γ＝26KN/m3

⑶胀模系数：取1.05

⑷模板自重：底模板采用0.8KN/m2，腹板模板采用1.5KN/m2，顶模及支撑系统采用2.0KN/m2。

⑸施工人员、机具荷载：按2.5 KN/m2计

⑹振捣砼产生的荷载：按2.0 KN/m2计

2.荷载组合

荷载组合：P=施工恒载×1.05+施工活载

为便于计算，根据箱梁的尺寸变化，将箱梁截面分成四个区域，按照每个区域的混凝土面积和宽度，计算每个分区的混凝土自重、模板重量和施工人员机具等临时荷载，截面分区见下图所示：

Ⅰ翼缘板混凝土自重荷载计算：

Ⅰ翼缘板模板荷载、施工机具及混凝土振捣荷载计算：

Ⅱ腹板混凝土自重荷载计算：

Ⅱ腹板模板荷载、施工机具及混凝土振捣荷载计算：

Ⅲ顶板混凝土自重荷载计算：

Ⅲ顶板模板荷载、施工机具及混凝土振捣荷载计算：

Ⅳ底板混凝土自重荷载计算：

Ⅳ底板模板荷载、施工机具及混凝土振捣荷载计算：

3、计算工况：

本挂篮系统整体采用空间分析软件MIDAS（迈达斯）进行计算，手算结合进行验算。考虑该桥的施工组织，在挂篮计算过程中，以5#块进行验算。

五、挂篮结构计算

采用MIDAS/civil结构计算软件，对挂篮进行计算，计算模型如下：

挂篮实体模型图

（一）、工况一：浇筑5#梁段混凝土

在5#块施工情况下，根据5#块梁段荷载分布及挂篮纵梁（包括挂篮底篮纵梁及挂篮翼缘板纵梁）的分布情况计算出荷载加载到MIDAS模型中，5#梁段浇筑挂篮最大竖向位移为27.5mm，竖向位移最大应力为319.7MPa，小于容许值785MPa，吊带纵梁相交处为319.7MPa，小于容许值785 MPa。

5#块施工底篮桁架结构底模纵梁最大应力出现在腹板正对下侧外侧底模纵梁处，为101.8MPa

5#块施工情况下，中梁最大应力134.5MPa出现在交接点，此处销孔应按照原图纸要求，采用δ=12mm厚的钢板进行加强。

（二）、工况二：挂篮空载行走状态的抗倾覆安全系数Ks计算

挂篮空载行走重量为38T，冲击系数按1.3考虑，则验算荷载按46T计，荷载中心距支点偏安全地取菱形架悬臂中心2.3m，行走初始状态锚压杆位置距支点2.6m，锚杆最大拉力取50T，挂篮空载行走状态的抗倾覆安全系数Ks:

Ks=>2，满足要求。

（三）、主桁抗倾倾覆计算

挂篮主桁后锚的最大拉力为82.03t，按《公路桥涵施工技术规范》要求自锚系统的安全系数为2进行控制设计，竖向预应力筋为φ32的精轧螺纹钢，设计应力为785MPa，设计控制最大张拉力为56.7t，一片主桁共设四根锚固筋。

安全系数==2.76≥2满足规范要求。

七、计算结论及施工建议

1、挂篮上前横梁中部位移变形较大达到2.75厘米，需在上前横梁中间往两侧各1.5米处对上前横梁采用加劲板进行加强，才能施工满足要求；

2、为增加安全系数，建议将内箱中的后锚增加为2根精轧螺纹钢共同受力；

3、根据计算，一片主桁设四根φ32精轧螺纹钢锚固筋即可满足施工要求，而不需要六根。

八、结语

衢江大桥主桥采用菱形挂篮工艺可保证挂篮安全、快速前移就位，保证悬浇箱梁施工7天一个块段，满足施工进度的要求，积累了宝贵的经验，可供相关工程借鉴引用。

参考文献

1、《公路桥涵钢结构及木结构设计规范》JTJ 025-86

2、《公路桥涵施工技术规范》JTJ041—2000

3、《钢结构设计手册》（第三版）——中国建筑工业出版社

4、《钢结构设计规范》GB 50017—2003