菱型挂篮的改造设计与应用

作者：覃繁星 来源：中国桥梁网

文本摘要：预应力混凝土连续梁刚度大，动力性能好，后期养护工作量小，设计施工技术成熟， 因此广泛应用于桥梁建设中。连续梁施工普遍采用轻型挂篮分段悬臂灌注施工，文章结合工程实例介绍了LGLI20型菱型挂篮的改造设计与应用。

关 键 词：连续梁菱形挂篮改造设计

(一)工程概况

某公路特大桥全长903．80m，其中主桥256m ，两端引桥为647．80m，主桥跨布置为48+2 X 80+48m连续梁。梁体为分离式单箱单室变高度变截面连续梁结构，箱梁顶板宽l6．5m，箱宽8．2m，梁高2．2～4．8m。本桥连续梁2～12#段采用挂篮悬臂灌注法施工，采用曾在某跨江双线铁路大桥施工中使用的LGL120型菱型挂篮，由于桥梁结构尺寸不一致，该LGL120型菱型挂篮需经改造设计才能应用于本桥施工。

(二)既有L6L120型菱形挂篮结构

每个菱形挂篮由主纵桁梁、行走系统、底篮、后锚系统共四部分组成，自重45．6t(包括底模和侧摸)，适应连续箱粱桥型外形尺寸为9．5m(宽)×5．1m(高)，设计悬臂灌注荷载为120 t，一次浇注长度为4 m。

1．主纵桁梁

主纵桁梁是挂篮的主要承重结构，桁架分两片立于腹板位置，其间用工字钢组成平面连接系。每片桁架主行杆件均用2片200mm槽钢组焊而成，节点处用20ram节点板和M12螺栓连接。前梁由1片800mm工字钢组焊而成，中梁由120ram槽钢与钢板组焊成的1．2m高桁架。

2．行走系统

行走系统为液压走行系统，走行轨道为500mm工字钢，每边2片置于腹板位置。挂篮前后车以反扣轮的形式沿轨道顶板下缘滑行，不须加设平衡重。液压缸分为后拉油缸、行走油缸、千斤顶油缸，每侧各一个，6个液压油缸和泵站之间全部用软管相连。

3．底篮

底篮直接承受悬浇梁段的施工重量， 由下横梁和底模纵梁及吊带组成。前吊带的作用是为底模平台提供前吊点，承受约50％的挂篮荷载。后吊带从箱梁的底板预留孔中穿过，下端与底模平台相连，上端2台千斤顶和扁担梁支撑在箱梁底板顶面上。后吊带承受约50％挂篮荷载并将其传给箱梁底板。吊带采用32ram精轧螺纹钢筋。底模纵梁采用430ram工字钢，横梁采用560ram工字钢。

4．后锚系统

后锚系统由下拉缸、锚固梁、后车组成，锚固采用双锚：一种是通过梁体腹板内的竖向预应力钢筋与走行轨相连，同时通过下拉装置将挂篮与走行轨相连；另一种是直接利用梁体腹板内的精轧螺纹钢直接与挂篮相连。

(三)挂篮改造设计

某施工方现有上述LGL120型菱型挂篮，曾在某跨江双线铁路大桥施工中使用，结合本公路特大桥的结构尺寸，对LGL120型菱型挂篮进行改造设计，应用于本桥施工， 以充分利用既有施工机具，节省施工成本。

1．悬浇部分箱梁结构对照分析

两桥均采用单箱单室变高度变截面连续梁，其结构尺寸对照分析见表1：

从上表可以看出，跨线公路大桥的悬浇箱梁长度、高度及面荷载相对比跨江铁路大桥的要小，但其宽度比跨江铁路大桥的箱梁要宽，因此，原挂篮的长度、高度满足跨线公路大桥的悬浇要求，但其宽度不满足要求，需对原挂篮横桥向构件接长、加固。

2．挂篮改造

根据对比分析，由于公路特大桥箱梁底板和翼缘板宽度比跨江双线铁路特大桥要大，需对挂篮进行如下改造：

(1)主纵桁梁

① 对主纵桁梁的下列构件需要加长加固：前梁(工字形结构，高800mm，宽300 mm，翼缘板为厚20 mm的Q345钢板，腹板为厚12 mm0345钢板)接长I．6m。接长时，先从中部将前梁断开，再将接长的1．6m长等截面、同材质的工字形结构用法兰盘连接，法兰螺栓采用20Φ28，法兰盘采用δ=16 mm厚的钢板肋条加强.

② 中梁(桁架结构，上下弦杆采用槽钢2[12．6组焊成的箱形结构，斜杆采用槽钢[12．6及6 mm钢板组焊成的封闭箱形结构，桁架共3节，每节长i．82 m)接长I．6 m。接长时，将桁架一端的插销取消，采用与原结构相同的缀板联结，端部I．067 m长下弦杆取下后仍放在端部，增加一根1．82 m长的下弦杆、1．6 m长的上弦杆及一根1．4 m长的斜杆，接长段长1．6 m.

③侧架(桁架结构，高0．88m，上下弦杆采用16 mm钢板组焊成的封闭箱形结构，斜杆采用槽钢[10，竖杆采用槽钢[18)接长2．4 m。接长段两端设置法兰盘，分别与中粱和侧架相连。法兰盘尺寸为0．28mX0．28m，采用12由22螺栓联结.

④8# 、l7# 、2l# 防风杆原设计为角钢80×80×8，接长另采用角钢80×80×10。

⑤ 另为增强主桁的横向稳定性，在挂篮停止走行后，用5t的手链葫芦将两片主桁拉紧。

(2)对走行系统不必进行改造。

(3)底篮

前、后下横粱(采用工字形结构，高560 mm，宽200mm，翼缘板为厚16 mm的Q235一A钢板，腹板为厚10 mmQ345的Q235一A钢板)均接长1．6m。接长时，先从中部将横梁断开，再将接长的1．6m同材质的工字形结构用法兰盘连接，法兰螺栓为10 Φ26，法兰盘高度为760 mm，宽度为220mm，加劲肋及支点处加强处理按照原设计。

此外，底纵梁二(25 工字钢结构)需要增加3根：底板模板(6=8mm厚钢板)需要拓宽1．8 m；底架的斜拉角钢需要相应延长；横桥向的底篮下工作平台需要延长1．8m。

(4)后锚系统

后锚点原设计采用4根Φ32精轧螺纹钢，本桥采用6根由25精轧螺纹钢，施工时，预埋在混凝土中长度为1．80m，外露0．20m，底端设锚垫板和螺帽，上部采用连接器接长锚固后锚梁。

改造后的挂篮增加重量约5吨，每个挂篮重量为50．6t。

(四)挂篮结构的检算和现场试验验证

1．挂篮整体结构的检算

挂篮结构的检算利用大型通用有限元分析程序superSAP对挂篮进行应力和变形分析。

有限元计算时是在挂篮的前吊点的横梁上施加的横粱自重、一半浇筑重量、底架和上平台一半重量外荷载，挂篮主桁重量和截面模量程序自行加载和计算，计算模型.点是后部锚固点，简化为自由铰支座；中部B点为运行器支承点，简化为固定铰支座；前部C点为外加荷载。

计算结果为：中部B点单侧支承反力RB=96．8t

后部A点单侧锚固力RA=52．8t

前端C点最大饶度δC=17．3mm

主桁的最大应力发生在后拉杆，最大应力

δMAX=106．7MPa

主桁的稳定性大于5．0，满足要求。

2．接长杆件检算

接长杆件除验算其强度及刚度外，还需要对连接处螺栓进行检算。

(1)前梁

前梁的计算模式及受力情况,连接螺栓采用20Φ28，此处螺栓承受拉力，受力最大处螺栓需满足下列条件：

经计算前粱的强度、刚度及连接螺栓计算均满足要求。

(2)侧架

侧架的计算模式及受力情况，连接螺栓采用12Φ22，此处螺栓除承受拉力外还承受剪力，受力最大处螺栓需满足下列条件：

经计算侧架的强度、刚度及连接螺栓计算均满足要求。

(3)前、后下横梁

前下横梁和后下横梁采用相同截面的工字钢，但前下横梁吊点少于后下横梁，故此处只对前下横梁)计算分析。前下横梁的连接螺栓为10Φ26，承受拉力和剪力，螺栓计算公式同侧架。

经计算前下横梁的强度、刚度及连接螺栓计算也满足要3．试验验证为确保悬臂灌注施工安全，检验挂篮受力状况，必须测定挂篮弹性及非弹性变形。在挂篮使用之前进行荷载试验，挂篮荷载试验分为检验菱形架受力状况的菱形架预拉试验和检验挂篮整体受力状况的等载试验两部分。

根据等载试验结果，菱形架的塑性变形为5．2mm，在131t等效荷载的情况下菱形架的总体变形为22．7mm，减去塑性变形5．2mm，菱形架的弹性变形17．5mm，与理论计算17．3m相差不大。从试验数据上可以看出在加载初期的塑性变形较大，加载到一定程度变形呈线形增长，即为弹性变形，表示塑性变形消除。在试验过程中杆件和焊缝无变形和开裂现象。

验过程中杆件和焊缝无变形和开裂现象。

(五)应用效果

1. 由于改造后的LGL菱型挂篮与原设计相比改动不是很大，增加的杆件不多，改造起来也比较容易，花费的成本不大。

2．改造后的挂篮功能基本没有受到影响，菱形挂篮自重轻，在本桥施工中的利用系数达到了2．6。

3．挂篮结构简洁，受力明确，加载后的实际弹性变形与理论计算值相差不大，确保了全桥的线形控制。

【参考文献】

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