摘要：本文以苍溪嘉陵江特大桥主桥挂篮悬臂施工为背景，主要介绍了三角形挂篮的设计，对三角形挂篮的结构参数，工作原理以及有限元模型进行了详细的介绍，供同类桥梁施工参考。
关键词：连续刚构 三角形挂篮 设计 有限元模型
1、工程概况
兰州至海口高速公路广元至南充段苍溪嘉陵江特大桥位于苍溪县陵江镇回水坝附近，桥梁全长1339.06m，其中主桥长410m，引桥长929.06m，全桥跨径组合为8×30m+5×50m预应力简支T梁+（105+200+105）m连续刚构+5×50m+8×30m预应力简支T梁。主桥上部结构为三跨预应力混凝土变截面连续箱梁，每个主墩“T”构纵桥向划分为26个对称梁段， 0号梁段采用托架法施工；1～26号梁段采用双悬臂挂篮逐块对称现浇施工，上、下游两幅箱梁同时进行；两侧边跨现浇段采用托架法施工；边跨和中跨合龙段均采用吊架法施工。
2、挂篮的设计
2.1 箱梁结构参数
主梁为分幅式单箱单室截面，三向预应力混凝土结构。每幅箱梁顶板宽13.6 m,底板宽7.75 m,两翼缘板悬臂长2.925 m,箱梁顶板设置陈2%单向横坡。箱梁跨中及边跨现浇段梁高4.1 m,桥墩与箱梁相接的根部断面及墩顶0号梁段高12.75 m。梁高从跨中至根部以1.6次抛物线变化。全桥共有2个边跨合龙段和1个中跨合龙段，长度均为2 m，边跨现浇段长3.82 m。每个主墩“T”构纵桥向划分为26个对称梁段。梁段数及梁段长度从根部至跨中分别为14 m（0号段），12×3 m、14×4 m、2 m（合龙段），累计悬臂总长94.5 m，现浇梁段最大控制重量为262.4 t。
2.2 挂篮选型
选择挂篮时，应按照保证挂篮结构形式简单、强度可靠、安全稳定、自重轻、受力明确、变形小、行走方便、锚固和装拆容易并尽可能降低成本的原则进行设计。
苍溪嘉陵江特大桥16号墩采用三角形挂篮形式，属于斜拉式挂篮，具有以下突出优点：
2.2.1 三角形挂篮降低了前横梁高度，即挂篮重心位置大大降低，从而提高了挂篮行走时的稳定性；
2.2.2 结构简单、拆装方便、重量较轻。设计中三角形挂篮主桁架和主要结构体系采用钢板和型钢焊制的箱形结构，单件重量较轻，主桁架杆件间采用高强螺栓连接，易于搬运和拆装。
2.2.3 挂篮行走系统由导梁、走行轮、反扣轮组成，具有就位准确、操作简单便利、走行速度快、安全可靠等特点；
2.2.4 挂篮通用性强，稍作改动即可用于其他梁高和幅宽的桥梁施工。
2.3 三角形挂篮的结构设计
三角形挂篮主要由主承重系统、后锚系统、悬吊提升系统、行走系统和模板系统组成，总体布置图如图1所示。
图1 挂篮总体布置图
挂篮结构设计的总原则为自重轻、结构简单、受力明确、刚度大以保证悬浇混凝土质量、前移和装拆方便以缩短挂篮施工周期、能改善施工环境并具有通用性。
2.3.1 主承重系统
主承重系统由主桁架、前后上横梁、前后下横梁和后下横梁加劲桁架组成。主纵梁采用Q345钢板组焊而成, 截面采用矩形钢箱截面（900×450mm），具有抗扭刚度好，承载能力高等特点；前上横梁由2I56a普通热轧工字钢组成，通过前吊杆与前下横梁以及滑梁相连接；后上横梁采用[16a和[20a普通槽钢加工桁架，行走挂篮时承担顶模的竖向荷载，同时作为承重桁架间的横向联系；前下横梁、后下横梁采用顶底板为22mm钢板，腹板为12mm钢板组焊的钢箱，材质为Q345B，断面尺寸为450×260mm组合钢箱，在后下横梁下端采用2[20a断面形式设置加劲桁架，桁高240cm，前、后下横梁通过16道底纵梁组合工字钢连接形成底篮系统。
2.3.2 后锚系统
采用无后配重的方式，本设计后锚采用4根直径50mm的40Cr钢构成。通过在箱梁砼中预埋直径为70mm孔道将后锚的上拔力通过斜钢垫板直接传到已浇砼的箱梁上。
2.3.3 悬吊提升系统
该系统包括底篮系统的前吊杆系统、后外侧吊杆系统、后内侧锚固系统以及翼缘板及边箱顶板平台吊杆系统四部分构成。
后下横梁的锚固，是用吊带的下端与后下横梁销接，上端穿过主梁底板和翼缘板的砼预留孔，锚固于底板和翼缘板上。前下横梁的锚固，是用吊带的下端与前下横梁销接，上端直接与挂篮的前上横梁连接。
主吊带采用16Mn钢板加工成标准节，然后用钢销连接到需要的长度，副吊带采用φ32精轧螺纹钢筋。
行走系统：轨道用钢板加工成工字形截面，挂篮行走时，在后锚点上，用特制小轮反挂于行走轨道的上翼缘板，用液压千斤顶驱动挂篮前移。行走轨道通过预留孔安装反压梁进行固定。
模板系统：模板系统由内、外模板、滑梁及模板固定装置组成，均采用大块钢模。浇注砼时，模板由内外滑梁支撑，而内外滑梁的锚固，则通过吊带一端锚固于砼箱梁的顶板，一端锚固于挂篮前上横梁。内外模板侧模间由对拉螺杆承受浇注砼时的侧向压力。挂篮移动时，内、外模均由滑梁支托随同挂篮前移。
2.4 构件的传力过程
浇筑每个砼块件时，挂篮的传力过程如图2所示。
图2 挂篮的传力过程
2.5 有限元模型的建立
本次计算采用通用有限元程序Midas civil，建立挂篮的空间模型（图3）。因为施工中每个阶段施工荷载的差异，所以需要确定最不利工况进行强度验算。本桥箱梁沿桥梁纵向只有腹板和底板存在变化，所以只需考虑浇筑混凝土体积最大的阶段进行验算，也即1#块件对挂篮产生最不利影响。
施加砼湿重荷载时，考虑顶板和翼缘板的荷载有30%传由底模和腹板侧模承担。
图3 挂篮计算的应力及空间模型
2.6 结论
通过对该挂篮的组成结构进行系统的设计,建立有限元模型，计算结果表明该挂篮在最不利荷载工况下各杆件应力能够满足容许应力要求，同时刚度也满足施工规范的要求。
论文作者:张荣欣
论文发表刊物:《防护工程》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/29
标签：挂篮论文; 横梁论文; 角形论文; 系统论文; 锚固论文; 桁架论文; 顶板论文; 《防护工程》2017年第25期论文;