基于力学基础上的挂篮施工建模分析

摘要：挂篮作为一种桥梁临时性的施工设施，具有结构简单、受力明确和重量轻刚度大的优势，在施工中得到了广泛的应用并取得了显著的成效。在挂篮施工中，根据力学特征，建立模型进而实现对各个受力的准确把握，对工作的开展有着重要的促进作用。本文在力学的基础上，对挂篮的施工进行了建模，同时探讨了建模实现的途径，最后探讨了在力学基础上进行挂篮施工的有效措施，目的是为挂篮施工提供指导和借鉴，进而真正的发挥挂篮施工在整个工程施工中的作用，推进挂篮施工的有效开展。

关键字：挂篮施工；力学基础；受力；模型；计算；构件

中图分类号：O3文献标识码： A 文章编号：

作为一种临时性设施，挂篮施工在各个桥梁工程施工中发挥了重要的作用，是指在对大跨度的悬臂桥梁进行施工时，利用吊篮的方式根据施工的要求进行悬臂作业，无需进行支架的搭建或者是大型吊机的使用，因此具有操作简单、结构轻的优点，但同时也存在着较大的安全隐患，如果对各个工作环节的要点把握不到位，很容易引发安全问题，因此需要根据挂篮施工的特点进行建模分析，为挂篮施工奠定坚实的基础，进而推动挂篮施工的有效开展。

一、力学基础上的挂篮施工模型建立

挂篮施工是一个复杂的系统，受到多个方面的力的作用，因此需要分析各个挂篮构架受力，特别是挂篮浇筑砼和走行期间的施工力学，建立简单的受力模型，在挂篮的施工中，应用最为广泛的是三角形挂篮，主要包括以下受力构件：主三角架、外模滑梁、内模滑梁、前上横梁、前下横梁、后下横梁、底模纵梁，前吊杆、后吊杆、外模吊杆及内模吊杆等，可以通过模型的建立分析各个构件的力学特征，进而为挂篮施工的开展奠定坚实的基础，提供科学的依据同时简化了挂篮施工，为施工的有效开展奠定了坚实的基础和保证。

（一）变截面梁段的简化

在挂篮施工中，砼梁段的截面多是变截面，该部位所受的负荷主要来源于梁

段钢筋砼重量、挂篮自重及人员、机械等附加荷载，因此为了简化计算，可以将变截面简化为等截面，并且数值采用变截面的最大截面值，这样就可以简化计算，同时对挂篮的施工影响较小。

（二）梁段砼荷载分块

通过对挂篮的构造和受力特点分析来看，需要对梁段进行横向分割，一般是将其分割为三个区域，即梁段底板和腹板、箱室顶板、翼缘板，同时为了实现对施工的具体计算，还需要将梁段底板和腹板细分为腹板区和底板区。通过分析，不同的区域会对挂篮的不同构件产生不同的影响。梁段底板和腹板主要是对底模、底模纵梁、前下横梁和后下横梁、前吊杆及后吊杆产生影响，而内模、内模滑梁、内模吊杆的影响主要来源于箱室顶板，翼缘板对外模、外模滑梁、外模吊杆产生影响。

（三）荷载组合

在利用挂篮施工时，要对梁段的分段负荷与模板、人群以及材料机械、振捣荷载、混凝土偏载等荷载进行组合，同时还要对施工场地的自然情况进行分析，特别是风的荷载，遇到施工场地的风较大时，需要停止砼浇筑。同时还需要对挂篮进行强度计算和刚度检验。

（四）底模纵梁计算

底模的纵梁用于前下横梁和后下横梁上，借助上部底模模板支撑底模以及砼的重量，为了简便运算，可以将底模的纵梁简化为简支梁进行计算，这样可以对简支梁的长度以及所受的荷载的关系有明确的认识。

（五）前、后下横梁计算

双工字钢或双槽钢共同组成了前、后下横梁，属于复合型的钢梁，主要是用于承受底模纵梁的作用力，并在吊杆的作用下悬吊起来。由于前下吊杆是一种弹性结构，因此在计算模型简化以后，需要考虑挂篮结构的对称性，使杆变形控制在一定的范围内，基本相同，这就需要在前吊杆处模拟为一个固定铰支座或活动铰支座，这样前下横梁即可简化为一根受若干集中荷载的超静定连续梁计算模型。

二、基于力学基础上的挂篮施工建模的实现

为了保证挂篮施工的顺利进行，需要对各个构件的受力进行分析和计算，以此作用施工的依据和参考，一般而言，挂篮各组成构件的力学计算包括以下基本的内容和过程：梁段最大横截面区域分割及各区域荷载组合计算；建立底模纵梁、前下横梁、后下横梁、前上横梁、内模滑梁、外模滑梁等构件的有限元计算模型，并按强度检算要求进行杆件有限元力学计算，查询计算结果；建立三角构架三维杆件有限元模型，分别按强度检算和刚度检算要求进行结构力学计算；计算各前吊杆、后锚杆拉力及前吊杆变形。

为了对挂篮施工的数学模型进行正确的分析和利用，需要借助先进的及时和计算方法，在挂篮施工中最常用的挂篮计算系统为MIDAS/Civil，是一款高性能的集成化软件，能够实现对各个路桥施工的专业计算，并且非常适合应用于挂篮施工，这是因为该软件可以对挂篮的结构特征以及力学特征进行分析，然后进行有限元建模。对于挂篮模型的建立而言，对力学计算的实现是通过建立与功能图形对象的方式实现的，构件的截面预先从软件截面库中选取，然后根据指示对话框，输入挂篮主构架、吊杆、底模纵梁、各横梁、内外滑梁等构件的横向或纵向布置参数及材料参数，即可自动创建各组成构件计算模型。

三、在建模基础上的挂篮施工要求

对挂篮施工进行建模是为了实现对挂篮施工中各个受力和变形特征的掌握，通过简单的计算使挂篮施工向着简单化和标准化以及效率化的方向发展，因此在挂篮施工中，要以建模分析的力学特征为指导，进行合理的施工，进而保证整个工程施工的质量。

首先，进行挂篮施工，要遵循一定的原则，一方面要最大限度的减轻挂篮的重量，同时还要最大限度的缩短施工的周期，进而保证挂篮施工的质量和安全，另一方面要加强对施工条件和作业环境的调查和分析，并根据挂篮的受力特点，选择合适的操作方式，并确定挂篮施工的各个环节的参数。

其次，要合理的对挂篮进行安装，安装要以建模的受力特征为依据，保证安装的质量和安全，一方面要进行一系列的加工制作，对各个构件进行检查，保证满足施工的要求，同时要注意焊接的质量，并严格按照相应规范及规程进行验收的检查，另一方面要进行组装试拼，主要是对主构架和底模进行试拼，这是进行挂篮拼装的前提和基础。此外，还需进行现场的拼装，主要是包括找平铺枕、安装轨道、安装前后支座、吊装主构架、安装主构架之间的连接系、对主构架后端的锚固、吊装前上横梁、安装后吊带、吊装底模架以及底模板。

此外，通过建模的支持，可以对挂篮施工中的不安全因素进行有效的控制，进而采取有效的措施，避免更大损失的出现，切实保证整个工程施工的安全有序进行，真正的发挥挂篮施工的促进作用。

结束语：

通过对挂篮施工中的建模分析以及建模实现的探讨，得出了在力学分析基础上进行挂篮施工的建模，可以为施工提供准确的受力特征，为挂篮施工提供有力的依据和参考，是挂篮施工顺利进行的基础和前提。同时通过建模可以使挂篮施工简单化、数字化和标准化，提高了挂篮施工的效率，为整个工程的施工奠定了坚实的基础和保证。同时挂篮施工虽然具备质量轻操作简单等诸多优点，但是存在着安全隐患，因此可以借助数学模型对受力情况进行分析，为消除安全隐患奠定了坚实的基础，有效的推动了挂篮施工的有序开展。

参考文献：

[1]王武勤.Pc桥梁悬臂灌注施工挂篮的发展[J].桥梁建设,2009(04)

[2]陈金水.几种施工挂蓝的设计与比较[J].公路与汽运,2010(05)．

[3]杨铁力,黄羚.预应力混凝土曲线连续梁桥挂蓝设计与施工技术[J]．公路与汽运,2009(05)

[4]何沁,黎训国.大跨度连续刚构轻型三角形挂篮的设计[J].华中科技大学学报：城市科学版,2009，21(04)

[5]夏季志,马力,刘强.挂篮反拉加载试验仿真分析与工程应用[J]．公路与汽运,2009(05)