［摘要］結(jié)合無錫湖濱路運(yùn)河橋的工程實(shí)例，介紹了寬幅箱梁重載掛籃的設(shè)計(jì)構(gòu)思、總體構(gòu)造與結(jié)構(gòu)分析計(jì)算。掛籃走行利用下導(dǎo)梁巧妙解決了前、后下橫梁穩(wěn)定問題，使走行更為方便快捷安全。通過試驗(yàn)，對多桁片菱形掛籃的制作安裝質(zhì)量、強(qiáng)度和剛度進(jìn)行了檢驗(yàn)，為正確使用掛籃系統(tǒng)提供了依據(jù)。該掛籃具有自重輕，受力明確、加工拼裝簡單、走形方便、綜合技術(shù)指標(biāo)高的特點(diǎn)。
　　關(guān)鍵詞：寬幅箱梁；重載；多桁片菱形掛籃設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)分析；試驗(yàn)
　　
　　1、 主橋箱梁概述
　　無錫湖濱路運(yùn)河橋主橋?yàn)楣傲航M合體系橋梁，主梁跨徑組合為50＋95＋50m連續(xù)箱梁，橋?qū)?8m。拱圈是鋼箱拱，拱軸線為二次拋物線，矢跨比為1/4.75。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，梁底曲線為二次拋物線。在支點(diǎn)處梁高為4.2米，跨中梁高2.1米。采用封閉箱型斷面，橫向?yàn)閱蜗湮迨遥▓D1），箱梁底板寬26m，頂板寬38m。混凝土箱梁設(shè)計(jì)采用掛籃懸臂施工，每個(gè)橋墩兩側(cè)的箱梁各有11個(gè)懸臂澆筑塊段，其中最長塊段為6m，縱向節(jié)段重量最大約為3680KN。主橋設(shè)計(jì)考慮箱梁寬度較大，選用“品”字型懸臂澆注施工方法，先澆注箱梁箱室部分，落后兩個(gè)節(jié)段澆注兩側(cè)懸臂部分。

　　圖1主梁標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段結(jié)構(gòu)
　　主橋箱梁設(shè)計(jì)對掛籃施工有三條要求：(1)掛籃重量不應(yīng)超過0.5倍最大節(jié)段重量；(2)各梁段采用一次澆筑，要求掛籃有足夠的剛度；(3)各懸臂施工梁段，無論在灌注或掛籃移動(dòng)、拆除階段，均要求保持平衡施工。
　　根據(jù)設(shè)計(jì)對施工掛籃的三條要求，掛籃設(shè)計(jì)主要難點(diǎn)：(1)箱梁塊段長、寬、自重均較大；(2)掛籃自重要求輕，梁段全斷面一次灌注；(3)如采用壓重走行，則增加了掛籃的重量。若采用箱梁兩側(cè)外導(dǎo)梁的二次走行方式，勢必增加前后下橫梁的承載跨度和截面，從而增加了掛籃的重量和掛籃走行難度，要求選擇出合適的掛籃走行方式和受力體系。
　　2、多桁片掛籃設(shè)計(jì)總體構(gòu)思
　　根據(jù)國內(nèi)目前掛籃施工水平和加工能力，綜合考慮本橋懸臂澆筑設(shè)計(jì)分段長度和梁段重量、外形尺寸，本橋掛籃設(shè)計(jì)構(gòu)思：
　　（1）選用受力合理、安全可靠的輕型結(jié)構(gòu)作為掛籃承重主桁架。
　　（2）掛籃主桁架的用材立足國內(nèi)生產(chǎn)的普通鋼材，力求結(jié)構(gòu)輕巧、便于加工。
　　（3）走行系統(tǒng)的滑道通過預(yù)埋在箱梁頂板的螺栓錨固，掛籃空載前移時(shí)，靠后勾板裝置平衡傾覆力矩。
　　（4）采用掛籃主桁架和模板系統(tǒng)分開走行，兩次走行到位的方法，從而減小后勾板及滑道的受力，達(dá)到取消平衡重、減輕自重的目的。
　　（5）提吊系統(tǒng)綜合采用鋼吊帶和精軋螺紋鋼筋，使錨固受力合理，裝拆方便，調(diào)整簡單。
　　（6）掛籃行走采用并聯(lián)的全液壓裝置，實(shí)現(xiàn)多片桁架同步走行；
　　（7）采用下導(dǎo)梁走行體系，使前后下橫梁受力更加合理，調(diào)整更加簡單，提高了安全性能。
　　（8）模板設(shè)計(jì)注重混凝土外觀質(zhì)量，以剛度控制設(shè)計(jì)，采用鋼框優(yōu)質(zhì)覆膜竹膠板結(jié)構(gòu)，來減輕掛籃的重量；
　　3、多桁片掛籃總體構(gòu)造
　　3.1圍繞總體構(gòu)思進(jìn)行掛籃結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其掛籃主要技術(shù)參數(shù)：
　　（1）掛籃（含模板）與箱梁節(jié)段重量之比為0.5，即掛籃自重應(yīng)控制在185t。
　　（2）對于掛籃走行及澆筑混凝土兩種工況，掛籃的抗傾覆安全系數(shù)≥2.0。
　　（3）箱梁高度變化：2.1~4.2m；
　　（4）掛籃走行方式：自行（液壓油缸頂推前移）；
　　（5）提升模板方式：電氣控制液壓千斤頂提升；
　　3.2多桁片掛籃構(gòu)造
　　本掛籃主要由掛籃主桁架及前上橫梁、吊掛起頂系統(tǒng)、下導(dǎo)梁及走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、后錨固和限位系統(tǒng)、內(nèi)外模板系統(tǒng)等六部分構(gòu)成，如圖2,圖3所示。

　　
　　圖2掛籃立面圖                                                                                            圖3掛籃側(cè)面布置圖
　　3.2.1主桁架及前上橫梁
　　主桁架是掛籃的主要承重結(jié)構(gòu)，主桁架有六片主桁組成，截面尺寸由結(jié)構(gòu)分析確定，每片桁架都由2[36a的型鋼組焊成箱型斷面而成，用φ75mm40Cr鋼銷軸拼接而成，其系統(tǒng)線高5.0m，掛籃主桁架懸臂長7.2m，總長14.4m。六片桁架之間橫向間距分別為5.2m，5.5m，4.0m，5.5m，5.2m，六片主桁架分別置于箱梁腹板位置，采用角鋼組焊成中橫聯(lián)和上下平聯(lián)，以保證六片桁架的整體性，同時(shí)減小桁架中桿件的自由長度。這種結(jié)構(gòu)達(dá)到了使掛籃重量減輕的目的，且桿件布置合理、受力明確均勻、較好的發(fā)揮材料的特性，并提供了寬廣的作業(yè)空間。掛籃前上橫梁設(shè)置于主桁架前端之上，采用2I45b型鋼加焊加勁板構(gòu)成。全長28.9m，放置在主桁架上弦前節(jié)點(diǎn)并與之栓接。前上橫梁頂面共設(shè)24個(gè)吊帶孔位置，其中底模平臺吊帶孔12個(gè)，下導(dǎo)梁吊帶孔2個(gè)，10個(gè)內(nèi)導(dǎo)梁前吊點(diǎn)，所有吊帶孔均對稱于前上橫梁中心設(shè)置。
　　3.2.2底模平臺
　　掛籃底模平臺由前、后下橫梁，平臺縱梁，安全防護(hù)欄桿等構(gòu)成。前后下橫梁均采用2I45b×29.9m型鋼焊加勁板而成。其中前下橫梁設(shè)吊帶位置12個(gè)，后下橫梁設(shè)吊帶位置12個(gè)。前、后下橫梁上支撐在平臺縱梁，用于在其上鋪設(shè)底模。底模平臺縱梁采用2[40a組焊結(jié)構(gòu)。為保持各片桁架間的橫向穩(wěn)定，底模的[10的型鋼要與縱梁進(jìn)行焊接連接。在平臺兩側(cè)與端頭，設(shè)置1200mm高的欄桿立柱，現(xiàn)場焊欄桿與扶手并掛安全網(wǎng)，通道上滿鋪3mm的花紋板作腳手板，形成工作走道與平臺。
　　3.2.3吊掛起頂系統(tǒng)
　　吊掛起頂系統(tǒng)有三部分：底模平臺、內(nèi)導(dǎo)梁的前后吊掛系統(tǒng)及其臨時(shí)吊掛系統(tǒng)。
　　（1）底模平臺吊掛：
　　澆注梁段時(shí)底模平臺共有12根前吊帶、12根后吊帶。前吊帶采用δ=20mm的Q345B鋼板制成。為保證塊段接縫的質(zhì)量，使模板密貼，后吊帶應(yīng)予以蹬緊，氣蹬緊初始拉力為35t。前吊帶將底模系統(tǒng)調(diào)平，前下橫梁頂標(biāo)高設(shè)預(yù)抬25mm。吊帶下端與掛籃前下橫梁的吊耳鉸接，上端設(shè)墊梁、墊座與起頂分配梁錨固于前上橫梁上，每個(gè)吊帶采用2臺25T螺旋千斤頂調(diào)節(jié)高度。底模平臺的后吊帶與前吊帶設(shè)置是相同的，只是在后中吊帶采用2臺25T液壓千斤頂調(diào)節(jié)高度。
　　（2）底模平臺臨時(shí)吊掛布置
　　為在主桁架走行時(shí)將底模平臺荷載轉(zhuǎn)換到已澆梁段，采用了臨時(shí)吊掛結(jié)構(gòu)。由于掛籃底模平臺后吊掛直接作用于上一節(jié)段梁體上，故不須另設(shè)臨時(shí)吊掛。所以底模平臺、下導(dǎo)梁均只有前臨時(shí)吊掛。底模平臺共設(shè)6個(gè)臨時(shí)吊掛點(diǎn)，橫橋向?qū)ΨQ于箱梁中心，設(shè)置方法是在箱梁頂板順橋向埋設(shè)兩處預(yù)留孔，通過預(yù)留孔設(shè)置20T倒鏈與平臺前端吊點(diǎn)連接。底模平臺前下橫梁的臨時(shí)吊耳采用δ=16mm鋼板制成，前下橫梁的臨時(shí)吊點(diǎn)通過銷軸與鋼絲繩連接，再與倒鏈相連，頂端用卡環(huán)與倒鏈連接錨固于已澆梁段上。為了保證下導(dǎo)梁隨主桁架一起走行，導(dǎo)梁后端能吊掛于已澆梁段上，每根導(dǎo)梁設(shè)上吊掛走行吊環(huán)一個(gè)(又稱上滑錨)。為了保證底模平臺及側(cè)模在下導(dǎo)梁上滑行，每根導(dǎo)梁設(shè)下吊掛走行吊環(huán)一個(gè)(又稱下滑錨)。吊環(huán)采用囗字形結(jié)構(gòu)，下導(dǎo)梁從囗字形吊環(huán)內(nèi)穿過。
　　3.2.4下導(dǎo)梁及走行系統(tǒng)
　　（1）下導(dǎo)梁系統(tǒng)：采用鋼箱結(jié)構(gòu)，箱梁截面采用1000×800×20mm，計(jì)算跨度為12m，下導(dǎo)梁后端錨固于箱梁底板，前端錨固于掛籃主桁前端吊帶。掛籃走行分2步完成，第一步先走行主桁及下導(dǎo)梁，到位后錨固。第二步，底模系統(tǒng)及側(cè)模系統(tǒng)在下導(dǎo)梁上滑動(dòng)到位。在下導(dǎo)梁后端設(shè)置2臺步履式千斤頂，用于底模系統(tǒng)的滑動(dòng)。
　　（2）走行系統(tǒng)：每只掛籃采用6條滑道，對稱于箱梁中心布置，兩滑道中心距按照主桁架中心距布置。滑道梁采用鋼板焊接而成。采用U型預(yù)埋螺栓固定于箱梁頂面，螺栓基本間距為300mm。掛籃走行采用六臺20t的液壓千斤頂并聯(lián)頂推桁架。反力座設(shè)置在走道梁上，使得桁架及帶動(dòng)下導(dǎo)梁、內(nèi)導(dǎo)梁向前移動(dòng)。為保證掛籃同步走行在掛籃前支點(diǎn)位置設(shè)置了具有高強(qiáng)度、摩擦系數(shù)很小的高分子材料MGE板。
　　3.2.5后錨固和限位系統(tǒng)
　　（1）后錨固系統(tǒng)：掛籃的后錨固系統(tǒng)在混凝土懸臂澆筑時(shí)，掛籃的后端通過后錨分配梁后錨固力全由螺紋鋼筋承擔(dān)。掛籃主桁架走行到位后則錨上后錨。后錨設(shè)在每片主桁架尾端，每片桁架尾端設(shè)平衡扁擔(dān)梁和接長箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋把主桁架后節(jié)點(diǎn)錨固在箱梁上，錨固時(shí)應(yīng)使后勾板脫離滑道，在平衡扁擔(dān)梁與每片桁架相交交點(diǎn)兩側(cè)分別設(shè)精軋螺紋鋼筋后錨。平衡扁擔(dān)梁型鋼組焊而成，與主桁架尾端栓接。每片主桁架兩側(cè)設(shè)后錨固4φ32精軋螺紋鋼筋（級別：JL785），單根精軋螺紋鋼筋的初始拉力為35t。
　　（2）限位系統(tǒng)：掛籃在走行到位之后，要精定位后才能澆注砼。在砼澆注過程中，必須保持其位置準(zhǔn)確，不移位。因本掛籃未設(shè)專門的定位系統(tǒng)，故在施工時(shí)必須確保掛籃走道平面位置準(zhǔn)確，并在走道兩端設(shè)限位器，當(dāng)掛籃走行到位后即將掛籃前支點(diǎn)鎖定。此外，為避免砼澆注過程中底模平臺發(fā)生位移，在砼澆注前應(yīng)將后吊帶預(yù)施足夠的拉力，使掛籃底模與已澆注的梁體之間貼緊，并用于限位。
　　3.2.6內(nèi)外模板系統(tǒng)
　　箱梁的內(nèi)外模板均采用專業(yè)模板公司制作的輕型模板，模板組成：膠合板面板、木工字梁豎肋、雙槽鋼橫肋。膠合板模板的優(yōu)點(diǎn)：①組裝靈活，部件重復(fù)利用性好；②剛度大，重量輕；③造價(jià)低，部件標(biāo)準(zhǔn)化程度高。木梁膠合板模板的技術(shù)參數(shù)：允許最大側(cè)壓力為70KN/m2，質(zhì)量為60kg/m。
　　3.3掛籃特點(diǎn)
　　（1）本掛籃主桁架采用普通型鋼焊制而成，每只掛籃總重138.5t，掛籃總重與箱梁節(jié)段總重之比（掛籃工作系數(shù)）：138.5/368=37.6%，充分突出本掛籃自重輕的特點(diǎn)。
　　（2）該掛籃外形美觀、結(jié)構(gòu)簡單、桿件受力明確、計(jì)算簡便。掛籃主桁架為普通型鋼焊制而成，采用銷接方式連接，制造、拼裝簡單。箱梁懸臂施工節(jié)段長達(dá)6m，如此長的懸臂施工采用普通掛籃較為罕見。
　　（3）使用并聯(lián)液壓裝置頂推掛籃，保證了桁架的同步性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。
　　(4)采用下導(dǎo)梁走行體系，使前后下橫梁受力合理，調(diào)整更加簡單，走行時(shí)更加安全。掛籃分2次走行到位，使走行系統(tǒng)構(gòu)造簡潔，后勾板和滑道受力狀況極大改善，對滑道的錨固要求大大降低，減少了掛藍(lán)的重量。
　　（5）掛籃前端及中部工作面開闊，便于掛籃軌道、箱梁腹板和底板鋼筋、預(yù)應(yīng)力筋的安裝，加快梁段施工速度。
　　4、掛籃主桁架設(shè)計(jì)計(jì)算
　　4.1作用于掛籃主桁的荷載
　　荷載系數(shù)依據(jù)交通部頒發(fā)的公路橋涵設(shè)計(jì)和施工規(guī)范選定。
　　（1）混凝土箱梁節(jié)段荷載最大節(jié)段混凝土重3680KN，考慮澆筑混凝土?xí)r動(dòng)力因素和掛籃安全方面的重要性，控制設(shè)計(jì)最大荷載G=1.2×3680=4416KN。
　　（2）施工機(jī)具及人群荷載25KN/m2。
　　（3）風(fēng)荷載500KN/m2（根據(jù)公路橋涵設(shè)計(jì)和施工規(guī)范）。
　　（4）混凝土偏載箱梁兩側(cè)腹板混凝土澆筑最大偏差5m3，重量為12.5t。
　　4.2荷載組合
　　（1）荷載組合Ⅰ梁段混凝土重量+掛籃自重+施工機(jī)具及人群重+混凝土偏載。
　　（2）荷載組合Ⅱ梁段混凝土重量+風(fēng)載。
　　（3）荷載組合Ⅲ掛籃自重+沖擊附加荷載（0.3×掛籃自重）+風(fēng)載。
　　荷載組合Ⅰ、Ⅱ用于主桁架承重系統(tǒng)強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性計(jì)算，荷載組合Ⅲ用于掛籃走行時(shí)傾覆穩(wěn)定計(jì)算。
　　4.3結(jié)構(gòu)分析計(jì)算
　　掛籃主桁架及其它各系統(tǒng)為空間桁架結(jié)構(gòu)，采用MIDAS7.3.1程序進(jìn)行分析，建立結(jié)構(gòu)模型，對結(jié)構(gòu)中桿件采用梁單元，底板及加勁肋采用板單元，在計(jì)算過程中共有312個(gè)梁單元，126個(gè)板單元，計(jì)算模型如圖4所示，進(jìn)行掛籃結(jié)構(gòu)各部件的受力分析。
　　（1）工況1：澆筑混凝土?xí)r
　　通過計(jì)算，各荷載組合中主桁架桿件最大應(yīng)力為135Mpa，其他分配梁最大應(yīng)力為100Mpa，均小于所用材料的容許應(yīng)力。掛籃懸臂端的最大計(jì)算繞度19mm，
　　滿足剛度要求。且掛籃主桁架及底模平臺后錨固和前吊掛安全系數(shù)均大于2.0。
　　（2）工況2：掛籃走行時(shí)
　　此工況掛籃主桁架走行時(shí)的傾覆穩(wěn)定為主要計(jì)算項(xiàng)目，經(jīng)計(jì)算，掛籃主桁架后節(jié)點(diǎn)的后勾板、滑道及其預(yù)埋螺栓的受力安全系數(shù)均大于2.0。掛籃傾覆穩(wěn)定系數(shù)為：K抗傾=M抗傾/M傾＞2，滿足要求。
　　
　　5掛籃變形測試
　　5.1掛籃測試的目的主要是檢驗(yàn)實(shí)際承載力和安全可靠性，并獲得彈性和非彈性變形參數(shù)，，同時(shí)檢驗(yàn)掛籃的設(shè)計(jì)質(zhì)量和加工質(zhì)量。靜載試驗(yàn)按照最重梁段（4＃）的1.2倍進(jìn)行模擬壓重，分三級進(jìn)行：0→50％→100％→120％→卸載，每級荷載加上后進(jìn)行測量并記錄原始數(shù)據(jù)，為箱梁施工控制提供數(shù)據(jù)。
　　5.2主要測試方法：掛籃測試在靜荷載下，對其進(jìn)行撓度測試，加載采用模擬掛籃的實(shí)際受力模式進(jìn)行。試驗(yàn)分3級加載和1級卸載。撓度采用精密水準(zhǔn)儀配精密標(biāo)尺進(jìn)行觀測，其觀測點(diǎn)設(shè)于主桁受力中心，編號從上游向下游編號。
　　5.3試驗(yàn)結(jié)果
　　
　　由測試結(jié)果可得出下列結(jié)論：①主桁實(shí)測撓度較小，說明主桁剛度大，對保證箱梁混凝土澆注質(zhì)量有利；②根據(jù)實(shí)測彈性和非彈性變形值所繪制的變形曲線可用于箱梁施工中設(shè)置掛籃預(yù)拱度時(shí)參考。③從結(jié)構(gòu)的撓度測量結(jié)果來看，掛籃結(jié)構(gòu)在超載系數(shù)為1.2時(shí)均處于正常工作范圍。由此可見，掛籃各部件均滿足結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求。也反映出掛籃的強(qiáng)度時(shí)滿足使用要求且是安全的。
　　6、結(jié)束語
　　本掛籃采用多桁片主桁使主橋箱梁在懸臂施工時(shí)受力更加合理；采用下導(dǎo)梁走行體系，使前后下橫梁受力合理，提高了掛籃的安全性；使用并聯(lián)液壓裝置頂推掛籃，保證了桁架的同步性，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。這是大懸臂掛籃設(shè)計(jì)的一次成功嘗試，值得在以后類似的掛籃設(shè)計(jì)中借鑒。
　　參考文獻(xiàn)：
　　［1］鐘銘，袁長卿.寬體式輕型掛籃設(shè)計(jì)［J］華東公路，2002，（6）
　　［2］李戰(zhàn)榮.東龔家塬大橋掛籃設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］鐵道建筑技術(shù)，2003，（3）