挂篮的“四化”技术
时间：2022-09-23 10:38:56
摘要：为进一步优化挂篮的结构及相关系统，提高挂篮的使用效率，节约资源，进行了挂篮“结构轻型化、构件工具化、安全监控化、行走自动化”的研究试验。通过检测及现场使用验证，结果表明满足桥梁施工的质量及安全要求，综合效益显著。
中图分类号：S611文献标识码： A
1、前言：
近年，随着我国基础设施步伐日益加快，高速铁路、城市高架和跨河大桥发展迅速，悬臂施工法已经成为修建大跨度预应力混凝土连续梁桥、连续刚构桥、斜拉桥等常用的施工技术之一，特别是在桥墩较高、桥跨较长或桥下净空受到限制的情况。
挂篮是悬臂浇注施工中的主要工艺设备，其设计和使用是整个桥梁施工的关键。其优点主要有：在施工期间不影响桥下的水陆交通，不用或少用支架，节省施工费用，降低工程造价，适用性强、利用率高，加快施工进度缩短工期，在施工中可以对各个节段的施工误差进行调整保证悬浇施工的精度。因此，对挂篮进行优化设计显得尤为必要。
2、挂篮现况
挂篮一般由主桁系统、吊挂系统、行走系统、锚固系统、模板系统等基本组成。主桁系统是挂篮的主要受力构件，可以采用型钢梁、万能杆件钢桁梁和贝雷片梁等；吊挂系统是结构的传力部分，主要由精制螺纹钢、扁铁或型钢组件构成，作用是将施工混凝土荷载传递至主桁、调节底模平台和模板标高；行走系统由导梁、吊环、滑动小车和推进机构组成，使挂篮在上一段混凝土浇筑完成且混凝土达到一定强度之后顺利进行下一段混凝土的浇筑；锚固系统是一个平衡体系，作用是避免主桁倾覆以确保挂篮施工安全；模板系统包括底模、侧模、内模。
3、设计思路
经过近两年的挂篮设计、加工、安装，并总结以往的经验教训，形成一套挂篮设计标准，即挂篮结构轻型化、构件工具化、安全监控化、行走自动化。以解决传统挂篮设计笨重，构件整体焊接，无法重复利用，行走困难的缺点，为挂篮设计开拓新思路、攫取新方法[1]。
4、挂篮“四化”特点
4.1 结构轻型化
挂篮结构轻型化，主要是对材料选择的控制。挂篮一般由钢构件组成，主要受力构件可采用贝雷片、万能杆件、型钢、钢板等便于加工的高强轻质钢材；吊杆选用精轧螺纹钢或者预应力索。挂篮工作系数是挂篮自重与箱梁梁段自重的比值，反映设计挂篮所用的材料数量（用钢量）。工作系数越小，表示承受节段单位重量使用的挂篮材料越省，整个挂篮设计越合理。挂篮设计的趋势是轻型、重载。目前，减轻挂篮自重采用的手段除选用轻质钢材外，最重要的是优化结构形式，并改善滑移行走系统，同时改进力的传递系统[2]。例如选用受力合理、安全可靠的轻型结构作为挂篮承重主桁，利用箱梁竖向预应力筋平衡倾覆力矩以取消配重，用轻便的反扣轮代替沉重的摩擦式后沟板，用精轧螺纹钢代替钢带等。常见的挂篮形式有三角挂篮、菱形挂篮。三角形挂篮形式，与其他形式挂篮比较有如下突出特点：
（1）三角形挂篮与菱形挂篮相比，降低了上横梁高度，即挂篮重心位置大大降低，从而提高了挂篮走行时的稳定性。
（2）结构简单，拆装方便，重量较轻。通常三角形挂篮主桁架和主要结构体系采用钢板和型钢焊制而成，单件重量较轻，主桁架杆件间采用法兰结构，用高强螺栓或销轴连接，易于搬运和拆装。
（3）通用性强，稍作改装即可用于其他幅宽和梁高的桥上。
4.2 构件工具化
挂篮工具化主要解决构件无法重复利用、适应性低的缺点，使构件能够在不同的施工条件下重复使用，实现快速组装及拆除，减小工作强度，提高工作效率的目的，即构件的通用性强，稍作改装即可用于其他幅宽和梁高的桥上，可避免遇到类似工程时造成的重复设计、重复加工，实现节省劳力、标准化建设的目标。例如：目前最为常用的底模、侧模、排架等，可设置其基本单元为2米，使用时可根据实际情况进行拼装。一种横向可伸缩桥梁内模桁片如图1，可通过横向自由伸缩装置，来适应梁体顶板宽度变化。
图 1一种横向可伸缩桥梁内模桁片
4.3 安全监控化
安全监控化是指挂篮从设计验算到最后现场施工的每一个环节，都须在安全控制范围内，从而保证挂篮安全使用。主要从以下几个方面进行控制：
一、设计时安全验算
挂篮大多是钢结构，所以一般都采用容许应力法设计。施工荷载（模板、振动力、人员、机具）系数取1.4。抗倾覆稳定系数取1.5。挂篮行走时的冲击系数取1.2。前后横梁和外模的刚度取为1/400，内模刚度为1/300，整体刚度为1/600。挂篮整体刚度是悬臂浇注桥梁混凝土施工控制的关键，也是影响线形最主要的因素。过大的变形在节段施工中容易在节段面上产生裂缝。另外，对于海上峡谷等受大风影响的地区采用挂篮施工，应当选择低重心、大刚度的挂篮，同时必须对挂篮进行抗风分析，保证在大风情况下能安全地前移挂篮。
二、预压试验
将两榀主桁架镜面对拼进行对拉试验如图2，分级进行加载预压，检验挂篮主桁的实际承载力和安全可靠性，并获得弹性和非弹性变形参数,为悬臂浇筑施工提供数据,同时检验挂篮加工质量。
图2挂篮预压试验
三、出厂前检验
挂篮出厂前，需对所有构件进行单件检查，主要在于结构尺寸、焊缝质量，重要构件的材质型号等级。各杆件的栓接和电焊连接部位，进行仔细检查，以保证杆件位置正确，结构连接可靠， 且对主要部件不能随意进行电焊或氧气切割，保证焊缝质量。螺栓连接必须牢固。对挂篮的销轴和吊带要进行调质和探伤检查，对重要构件的焊缝，进行无破损检测试验报告检查。
四、施工时挂篮自身安全防护
（1）挂篮前上横梁设置作业平台，并焊接扶手，设置安全网等防护措施。
（2）挂篮底模平台前端及两侧搭设作业平台，底面全部封闭，两侧采用相同的结构型式设栏杆。
五、施工过程安全监控
（1）滑道系统检查；
（2）后锚固系统检查；
（3）主桁节点检查；
（4）吊挂系统检查；
（5）模板系统检查；
（6）不平衡力矩控制。
4.4行走自动化
挂篮行走自动化，即行走系统采用滚动吊环、滑动小车和推进机构等，使挂篮在上一段混凝土浇筑完成且混凝土达到一定强度之后顺利进行下一段混凝土的浇筑，避免了人工拖拉行走方式，速度不快且占用劳动力。例如：采用液压千斤顶代替倒链提供走行牵引力，可成倍提高功效。挂篮前支座加装行走滚轮，较传统前支座下用摩擦板时行走更快。后锚固处用反扣轮代替后钩板，使挂篮就位准确、走行速度快、安全可靠[3]。
5、结语
随着预应力混凝土技术的发展及高强材料、高性能混凝土在桥梁工程中的应用，桥梁正在向大跨度方向发展，从而对挂篮的技术指标提出了更高的要求。安全性、经济性、适用性、快速性是评价挂篮优劣的四个非常重要的指标。设计优秀、技术经济综合效果明显、经过施工实践检验的挂篮应当形成定型的系列化产品，推广应用，这样不仅能带来可观的社会经济效益，也有利于提高桥梁建设质量和科学技术水平。
参考文献
[1] 吴贵生，技术创新管理[J]，北京：清华大学出版社,2000
[2] GB50009-2012建筑结构荷载规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012
[3] GB50017-2003 钢结构设计规范[S].北京：中国计划出版社，2003
作者简介：井维东：男，（1984.12―），汉族，助理工程师，本科，在中国建筑第七工程局交通建筑有限责任公司,从事科技研发工作。
