谈悬臂浇筑施工中挂篮的选用及力学分析★

杨德超 时国松 向学建 董 军

(1.北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061199；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088； 3.北京建筑大学土木学院，北京 100044)



·桥梁·隧道·

谈悬臂浇筑施工中挂篮的选用及力学分析★

杨德超1时国松1向学建2董 军3

(1.北京交通大学海滨学院，河北 黄骅 061199；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088； 3.北京建筑大学土木学院，北京 100044)

对悬臂浇筑施工中挂篮的选用进行了分析，从挂篮的结构特点、受力特点及施工特点等进行了论述，并通过三角挂篮和菱形挂篮的对比与力学分析，得出了在同等理想条件下，采用菱形挂篮施工会更加安全合理。

悬臂浇筑施工，挂篮，力学分析

1 概况

悬臂浇筑法简称悬浇，适用于大中跨径的斜拉桥和连续刚构桥，指的是在完成0号块的施工之后，在桥的两侧同时悬吊挂篮进行施工，两侧的挂篮同步向两端进行前移，进行立模板、绑扎钢筋、浇筑混凝土及预应力张拉等施工。如今，在面对大中跨度的斜拉桥和连续刚构桥施工时，首先考虑悬臂浇筑法，因为外在的一些干扰因素如环境，地理位置等，对悬臂浇筑法影响较小，同时，悬臂浇筑施工可以提高桥梁的整体安全性，其次桥面上放置的钢筋和建材以及设备不会太多，满足施工的梁段使用即可，这样能减轻施工中大中跨径桥梁整体的受力情况，从而保证了整个工程的安全性。

挂篮是悬臂浇筑中不可或缺的一个主要施工设备。挂篮放置在已完成预应力张拉的梁段上，通过滑道或者轨道利用液压千斤顶使挂篮进行前移。前移之后，在挂篮上进行调模立模，然后进行绑扎钢筋并浇筑混凝土，最后张拉预应力筋并完成其他施工工作即可准备进行对下一号块段的施工。每个梁段的施工均按此循环施工直至所有的梁段都浇筑完成。

悬臂浇筑的通用施工方法为：1)0号块施工完成之后，在桥的两侧安装并调整挂篮；2)进行挂篮的预压；3)进行挂篮的前移；4)调模立模后绑 扎钢筋并浇筑混凝土至合龙号块段之前；5)进行合龙段的施工。悬臂浇筑施工的特点：a.施工期间不会影响到桥梁下方人员或者车辆的通行；b.逐段施工不需要大型设备，仅用两个挂篮就能完成梁部施工；c.桥两侧各放置一个挂篮，进行同步对称的施工，能大大缩短施工工期，提高施工效率；d.施工时在桥面放置满足施工梁段所需的建材即可，这样能减轻桥梁整体的受力情况；e.节段施工都是重复作业，需要的人员少，能较快掌握施工技术，提高施工效率。

2 挂篮的比较

挂篮是悬臂浇筑施工不可或缺的主要设备。目前我国在面对大中跨度的斜拉桥和刚构桥的悬臂浇筑施工时通常会考虑使用三角挂篮、菱形挂篮和斜拉式挂篮三种挂篮形式。

选择挂篮的通用标准如下：1)满足桥梁设计对挂篮自重的要求外，尽量减轻挂篮自重；2)保证施工质量，满足在施工条件下作业的安全性；3)施工效率高，能保证悬臂施工时的效率和质量；4)操作简单，施工方便，容易被工人快速掌握和熟悉；5)经济实用，能够多次重复使用，尽量满足同种类型不同尺寸的桥梁施工；6)变形小，结构简单，受力合理。

斜拉式挂篮的受力和传力较合理，但施工难度大，操作过程较复杂。每次循环施工中需要在底模纵梁和主梁的尾部设置限制移动装置，还需要安装和卸载斜拉杆。相比之下，三角挂篮和菱形挂篮施工方便，操作较简单，安全性也高于斜拉式挂篮。因此在面对斜拉桥和刚构桥的悬臂浇筑施工时主要分析对比三角挂篮和菱形挂篮就能选择出最优挂篮用于施工。

2.1 三角挂篮

三角挂篮由主桁系统、悬吊系统、锚固系统、走行系统、底篮系统、模板系统、走道系统、孔筋系统组成。各杆件之间用销子连接，其三角挂篮的立面图如图1所示。

三角挂篮的优点：1)挂篮推移时方便；2)安全性强；3)施工方便；4)稳定性好；5)加工方便，节约材料。

2.2 菱形挂篮

挂篮的主构架为菱形，施工的操作空间较大且拼装灵活。菱形挂篮主要由主桁系统、走行锚固系统、导向系统、底篮系统、前上横梁、平台防护系统、辅助部件等组成。菱形挂篮的立面布置图如图2所示。

菱形挂篮的优点：1)挂篮推移时方便；2)安全性强；3)施工面宽敞；4)施工容易；5)适用于主梁截面高，节段荷载重大时。但是菱形挂篮与三角式挂篮相比，构件稍多，重量稍大。加工比较麻烦，成本也稍高。

2.3 主承重对比

三角挂篮主承重体系是靠主梁和格构式主柱及斜拉带所形成的三角架承受荷载，其中三角挂篮的两榀三角架是通过高强度螺栓进行连接。前横梁、中横梁、后横梁均采用由型钢与钢板焊接形成箱形结构。上主梁和下主梁由高强螺栓连接，其断面采用两条槽钢焊接，形成箱形截面，通过角钢钢板焊接成格构式立柱。

菱形挂篮主承重体系主要是由两榀菱形桁片和前横梁桁片及后横梁桁片组成。每5根杆件的结点用销子连接构成菱形桁片。前横梁和后横梁同样采用钢板组焊成平面桁架。横梁与主桁片之间通过高强螺栓进行连接。

2.4 走行对比

反压滚轮和行走轮及内外模滚轮三部分构成三角挂篮的主要行走体系。走行体系包括整体走行和分步走行。整体式走行指的是完成悬臂浇筑混凝土并进行预应力张拉后，拆除挂篮侧模和底模，底模悬挂在侧模上，侧模悬挂在外滑梁上，外滑梁的后吊点移动到中部附近锚固好，内模也与顶板脱离，放在内滑梁上，内滑梁的后吊点前移并设置保险装置后挂篮前移。挂篮前移到位后，首先转换滑梁后吊点，再调整底模和侧模，准备进行下一步的施工。分步式走行指的是在完成悬臂浇筑混凝土并进行预应力张拉后,把挂篮侧模、底模、内模与梁体混凝土锁住，使内、外滑梁落在内模和外侧模上，然后进行挂篮的前移，使内外滑梁随主梁一起向前移动。挂篮前移到位后，锚固主梁并调试好内外滑梁的后吊点。待锚固完成后，前移内模和外侧模及底模，解除锁定后应使外模落到内外滑梁上，侧模悬挂在外滑梁上，底模悬挂在侧模上，之后用倒链牵引前移就位，内模也与顶板脱离置于内滑梁上，用倒链牵引前移就位，之后调整底模和侧模待进行下一步的施工。

滑梁小车和走行小车及滑轨三部分组成菱形挂篮的主要走行体系。走行轨道每侧放置两片工字钢在腹板的位置。挂篮主桁前支点下方需要设置滑船，利用液压千斤顶使挂篮向前移动，挂篮后支点处放置走行小车，不需要设置平衡重。

2.5 施工对比

影响三角挂篮施工的不利因素较多，因此在施工时工序较为繁琐。由于三角挂篮施工时主梁下面可利用的空间太小，没有存放建筑材料的空间，故必须依靠人工将钢筋和波纹管及其他建材搬到施工段进行施工。三角挂篮的前吊杆短，当挂篮的偏差稍大时，必须进行挂篮的调整，这会明显加大施工人员的工作量，影响工作的效率。

影响菱形挂篮施工的不利因素较少。挂篮也比较容易进行调整，通过精确的放线安放并锚固的滑道精确度也相对精准，主梁后部设置反扣轮，前面是走行轮，挂篮到位后精度会较高，也不需要进行太大的调整。

3 力学分析

为了对比分析三角挂篮和菱形挂篮的利弊，假设其高度、跨度和杆件截面及使用材料均相同，使用结构力学求解器对三角挂篮和菱形挂篮进行力学分析。三角挂篮计算简图如图3所示，菱形挂篮的计算简图如图4所示。以热轧轻工30a为例，A=4 990 mm2，I=77 800 000 cm4，E=206 MPa。

首先在受力点D处施加单位力1，通过结构力学求解器计算出三角挂篮结构杆件轴力如图5所示。菱形挂篮结构杆件轴力如图6所示。

通过结构力学求解器得出的数据，经过总结数据得到杆件内力对比表，如表1所示。

表1 杆件内力对比表

由表1可知，在相同的材料、荷载、长度等条件下，三角挂篮BC杆受力较大；菱形挂篮各杆件受力较均匀，整体内力较小且位移量相对于三角挂篮来说较好，压力分配比较合理。三角挂篮的变形最大；菱形挂篮的变形较小。为了保证结构整体的安全性，综合考虑得出菱形挂篮是相对稳定的。

4 结语

面对斜拉桥和连续刚构桥的悬臂浇筑施工时，综合对比分析三角挂篮和菱形挂篮的结构特点、施工特点及受力特点，并在相同理想条件下计算得出，菱形挂篮变形量较小。因此在悬臂浇筑施工中采用菱形挂篮比较安全经济合理。

此结论仅属于在理想化条件下得出的，实际施工中挂篮的选择与分析必须依靠真实的环境和数据为依托，必须进行多次的检验，还需要考虑诸多影响挂篮受力的不利因素，以保证挂篮的安全性。

[1]颜永华,张 科,徐小坤.挂篮研究与施工设计.中国公路学会2005年学术年会论文集.2005.

[2]段明德.对挂篮设计及应用的探讨.铁道工程学报,1998(2):129-133.

[3]汪海旺,章新生.大跨度悬灌连续梁三角挂篮设计与施工.价值工程,2011(16):82.

[4]李向东.浅谈挂篮选型及菱形挂篮的优点.技术与市场,2011,18(9):79-80.

Discussion on selection of hanging basket in cantilever casting construction and mechanice analysis★

Yang Dechao1Shi Guosong1Xiang Xuejian2Dong Jun3

(1.HaibinCollege,BeijingJiaotongUniversity,Huanghua061199,China; 2.ResearchInstituteofHighway,MinistryofCommunication,Beijing100088,China； 3.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

On the choice of the cantilever casting construction of hanging basket analysis, from the structure features of the hanging basket, the mechanical characteristics and construction characteristics are discussed, through the contrast of triangle hanging basket and diamond hanging basket and mechanics analysis, obtained under the condition of the same ideal, diamond hanging basket construction will be more safe and reasonable.

cantilever casting construction， hanging basket， mechanical analysis

1009-6825(2015)18-0157-03

2015-04-03★：交通运输部西部交通科技建设项目；北京交通大学海滨学院应用技术型大学土木工程专业培养模式改革探讨校级重点科研项目；北京交通大学海滨学院力学系列课程教学团队建设项目

杨德超(1992- )，男，在读本科生； 时国松(1981- )，男，硕士，讲师； 向学建(1970- )，男，高级工程师； 董 军(1967- )，男，博士后，教授

TU318

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