桥梁挂篮设计Word格式文档下载.docx
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（二）挂篮结构的主要特点
1。
按主要承重结构形式分析挂篮结构的主要特点
（1）平行桁架式挂篮
平行桁架式挂篮的上部结构外形一般为一等高度桁梁，其受力特点是：
底模平台及侧模架所承重均由前后吊杆垂直传至桁梁节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在梁顶用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构。
（2）平弦无平衡重挂篮
平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的基础上，取消压重，在主桁上部增设前后上横桁，根据需要，其可沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊住底模平台及侧模支架。
由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾覆力矩，故不需平衡压重，其主桁后端则通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁顶板上。
（3）菱形挂篮
菱形挂篮可以认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，其上部结构为菱形,前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁顶板上，无平衡压重，而且结构简单，故自重大大减轻，是近年来常用的挂篮形式.
（4）三角形挂篮
三角形挂篮也是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来,它与菱形挂篮均属于垂直吊杆式,主要区别在于主桁架的形状，其承重结构为三角形,其它组成类似于菱形挂篮，属于全锚式挂篮，自重轻.
（5）弓弦式挂篮
弓弦式桁架（又称曲弦桁架式）挂篮主桁外形似弓形，故也可认为是从平行桁架式挂篮演变而来,除具有桁高随弯矩大小变化外,还可在安装时施加预应力以消除非弹性变形。
故也可取消平衡重,所以一般重量较轻.
（6）滑动斜拉式挂篮
滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大的突破,其上部采用斜拉体系代替梁式结构的受力，而由此引起的水平分力,通过上下限位装置（或称水平制动装置）承受，主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持。
其底模平台后端仍吊挂或锚固于箱梁底板之上。
（7）预应力斜拉式挂篮
预应力斜拉式挂篮的最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉住模板，从而使得挂篮结构简化,重量变轻。
（8）三角型组合梁挂篮
三角型组合梁挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上，将受弯桁架改为三角形组合梁结构。
由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而使主梁能采用单构件实体型钢。
由于挂篮上部结构轻盈,除尾部锚固外，还需较大配重。
其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂篮基本相同。
（9）自承式挂篮
自承式挂篮分为两种，一种是模板支承在整体桁架上，桁架用销子和预应力筋挂在已成箱梁的前端角上,灌筑混凝土时主梁和走行桁架移至一边，挂篮前行时再安上,吊着空载的模板系统前移.另一种是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板，通过梁上的水平及竖向预应力筋拉住模板来承受混凝土重，走行方法与前者相同，由临时吊车悬吊着模板系统前移到下一梁段.这种方法对跨度不很大的等高度箱梁较为适宜。
（10）牵索式挂篮
在斜拉桥的施工中，利用斜拉主索牵挂挂篮，其承重结构不再支承在已灌筑梁段顶面，而是悬挂于已成梁段的下面，通过牵索系统将挂篮前端的垂直荷载直接传到斜拉桥的主塔上，这是它的最大特点。
2。
按挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类分析
挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类及特点见表5—1。
表5-1 挂篮分类及特点
项 目
类 型
特 点
按挂篮使用材料分
由万能杆件、军用梁、贝雷梁等制式杆件组拼
一次性投资少，自重大，体积大
由型钢加工
一次性投资大，结构布置合理，自重小
按受力原理分
垂直吊杆式
吊杆吊住模板，将荷载传到主桁梁上,操作简单
斜拉式
混凝土荷载通过底模传力到斜拉带，然后传到主梁上，主桁受的弯矩小,操作较垂直吊杆式复杂
刚性模板
模板具有足够的强度和刚度，除了承受混凝土的压力外,还能在顺桥向承力,因此可用预应力束直接拉住模板，对模板要求很高,操作复杂
按抗倾覆方式分
全压重式
挂篮的稳定全靠主桁尾部的压重
全锚固式
挂篮的稳定全靠主桁尾部的锚固
半压半锚式
压重是为了补充锚固对挂篮稳定性的不足
二、各类挂篮的适用性
国内外挂篮正向轻型方向发展，挂篮设计主要控制指标为：
挂篮的总用钢量与最大块件之比值K1、主桁架用钢量与最大块件重量之比值K2.K1值愈低，表示整个挂篮设计愈合理,K2值愈低，表示挂篮承重构件的受力愈合理,使用材料愈节省。
国内对挂篮所用材料数量常用一个系数即挂篮利用系数来表示：
挂篮利用系数=浇筑最大梁段混凝土重量/挂篮总重。
1.制式杆件组拼的桁架式挂篮
国内早期挂篮一般使用的是由制式杆件（万能杆件、军用梁等）组拼的桁架式挂篮。
由于其自重大，包括压重可达3000kN（如武汉江汉大桥挂篮重2870kN），所以其走行系统常用火车轮对台车。
又因为桁高的约束，各杆件的应力水平较高,随之而来的就是前吊点下挠大，复杂的空间结构引起的非弹性变形大，使用时需要进行预压以便消除非弹性变形，增加了施工的难度,延误了宝贵的工期。
并且,此时的挂篮大多使用平衡重，所以这些挂篮利用系数一般较小，如广西柳州大桥、湖南常德沅水大桥分别为0。
87和0。
96，武汉江汉大桥的挂篮利用系数仅为0。
46。
平弦无平衡重挂篮由于主桁上部的上横桁可根据需要沿纵向移动，并在主桁横移时吊住模板系统，故可取消压重，具有一定优点，但由于其并未从根本上克服平行桁架式挂篮机构庞大,自身静荷较大的缺点，应用不是很广泛。
弓弦式挂篮桁高随弯矩大小而变化，受力较合理，而且自重较轻，对不想一次性投入过多的施工单位有一定吸引力，但其缺点是杆件数量多、制作安装都较麻烦,且易丢失.
2.用型钢制造的桁架式挂篮
随着挂篮使用经验的丰富、对其功能认识的深入及对国外经验的学习和借鉴,发展到使用型钢及钢板加工制造挂篮。
菱形挂篮和三角形挂篮结构简单、受力合理和一次移动到位等特点，较受欢迎。
这两种挂篮形式近10年来得到了广泛的应用，同时也带动与挂篮施工相适应的桥型设计的发展,如双向预应力、三向预应力技术的应用。
这一时期的挂篮主要是无平衡重型的。
由于取消了平衡重，挂篮重量大大减轻，其利用系数成倍上升,达到2。
5～2。
9,如京九线泰和大桥和义乌经发大桥都超过了3。
3。
斜拉式挂篮
滑动斜拉式挂篮这是目前利用系数最大的一种挂篮。
它改变了垂直吊杆挂篮工作时的前端荷载要通过主桁架的悬臂部分传给已浇梁段而对主桁架的强度、刚度要求高的传力机制，而是将挂篮工作时的前端荷载通过斜拉杆直接传给已浇梁段,从而降低了对主梁的强度、刚度要求,使主梁悬臂部分的功能变成主要是悬吊空载时的模板系统，减少了材料用量，也就减轻了模板的重量。
由于这种挂篮具有用料省、加工简单及对0号块的长度要求短等优点，所以近年应用较多。
但是，这种挂篮由于斜拉杆的斜拉力使底模纵梁和主梁中分别存在压力和拉力，因此需要在底纵梁和主梁的尾部设置限位器和限位板，增加了操作上的难度。
使用这种挂篮的施工程序比使用垂直吊杆式挂篮稍显复杂，需要在每一个循环中增加安装拆卸斜拉杆、安装拆卸限位器、安装拆卸限位板的工序。
而且当跨度和梁高都较大时，由于斜拉杆长度较大，弹性伸长较大,上下限位装置的水平力随之增大，故使其应用也受到一定的限制。
预应力斜拉式挂篮利用梁部结构本身的预应力束拉紧刚性模板,使得临时设施数量大大减少，但因属永久结构和临时结构相结合，需设计、施工，乃至建设单位意见统一方可采用。
此外，对于预应力束在锚固系统时的锚下控制张拉力、锚具的可靠度、锚具对预应力束的刻压损失等问题都应综合予以考虑，既能安全地完成悬灌作业,又能保证预应力束在运营期间的耐久性和可靠度。
其它几种挂篮结构形式中，三角型组合梁式挂篮虽然较平行桁架式挂篮轻，但仍需一定的压重，故应用受一定限制。
自承式挂篮的两种形式本质上与预应力斜拉式挂篮并无很大区别，唯一不同的只是预应力筋采用特殊设计，并配置必要的定位销和钢销。
三、我国挂篮应用的现状
我国的挂篮设计及制作已全部适应悬臂施工向高强、轻型、大跨发展的需要，从PC连续梁或刚构的悬臂施工挂篮最初是平行桁架式，后来,逐渐发展为多样化,结构越来越轻型，受力越来越合理,施工越来越方便，应用也越来越广泛。
现将我国挂篮应用的部分技术指标列于表5-2供借鉴。
表5—2 国内部分桥梁挂篮表
桥名
最大跨度/最大段重
挂蓝类型
挂篮主要特点
挂篮重/
平衡重
挂篮总重/梁段
广西柳州大桥
124m/92t
平行桁架式
万能杆件主桁，4号段开始悬灌
75。
7t/30t
105。
7t/92t=1.15
福建乌龙江大桥
144m/120t
万能杆件主桁
90t/无
90t/120t=0。
75
武汉江汉二桥
135m/132t
万能杆件主桁，1号段开始悬灌
201。
4t/86t
287.4t/132t=2.18
湖南常德沅水大桥
120m/160t
万能杆件主桁，3号段开始悬灌
166t/无
166t/160t=1.04
广西红水河铁路斜拉桥
96m/100t
77t/无
77t/100t=0.77
三门峡黄河公路大桥
160m/187.7t
平弦无平衡重式
前后上横桁吊挂底模平台抗倾覆，3号段开始悬灌
98t/无
98t/187。
7t=0。
54
重庆长江北大桥
/144t
三角型组合梁式
三角桁架，2号段开始悬灌
73.2t/40t
113。
2t/144t=0.79
钱塘江二桥（公路）
80m/190t
三角桁架
190t/160t=1.19
湖北沙洋汉江桥
111m/100t
56t/50t
106t/100t=1。
06
湖南株洲湘江大桥
90m/101t
滑动斜拉式
钢斜拉杆拉住底模架,2号段开始悬灌
46.2t/无
31。
5t/101t=0.31
湖北襄樊汉江长虹大桥
100m/104。
6t
钢斜拉杆拉住底模架,1号段开始悬灌
32.4t/无
32。
4t/104.6t=0.31
江苏南京草场门大桥
60m/87t
弓弦式
万能杆件为主的曲弦桁架，1号段开始悬灌
43。
6t/无
43.6t/87t=0.50
京九铁路泰和赣江特大桥
80m/140t
菱形
菱形型钢桁架，2号段开始悬灌
46.8t/无
46.8t/140t=0。
331
虎门大桥辅航道桥
270m/240。
5t
88.7t/无
88.7/240.5t=0。
37
义乌经发大桥
82m/134t
42.6t/无
42.6t/134t=0。
318
吴忠黄河大桥
90m/140t
63.8t/无
63.8/140=0。
45
四、挂篮型式的思考
对挂篮优劣的评价除了从经济性、安全性考虑外,挂篮的结构简便、安装拆卸和使用的方便等适用性也是重要的指标。
为此，对挂篮型式的思考与建议
如下.
（1）全锚式挂篮应当是今后挂篮使用的主流，而垂直吊杆式的菱形、三角形挂篮及斜拉式挂篮由于其各自的特点均会有各自的应用份额。
（2）我国地域广阔，设计单位众多，设计习惯不同,再加上施工企业的原因，生产定型系列化挂篮尚不具备条件,这就为工程师们对挂篮进行改进提供了空间。
今后相当长的时间带有各施工企业及工程师特色的挂篮会争奇斗艳，施工企业自行设计加工的挂篮仍是主流。
（3）菱形挂篮为施工提供了宽阔的作业空间，此优点会被很多工程师看中，因而会受到青睐;
三角形挂篮、斜拉式挂篮由于它们的杆件（底边或大梁）位于腹板的上方,影响了腹板的钢筋绑扎及混凝土灌筑作业,因而应用会受到抑制，而斜拉式挂篮更由于其需要在梁上预留的孔洞较多，移位操作较复杂，会受到更多的影响.
（4）菱形挂篮、三角形挂篮及斜拉式挂篮的利用系数已经达到3以上，从力学上讲材料强度已得到合理的利用,刚度成为控制材料截面的主要因素，因此挂篮材料节省的空间并不大，而对它们的适用性如连接方式、锚固方式、杆件材料、走行系统的革新会不断取得成果，斜拉式挂篮革新的空间会更大。
五、挂篮的发展方向
1.挂篮设备应系列化、规格化
挂篮作为PC连续梁（或刚构）悬臂灌筑的一种常用设备，应用已很普遍；
而目前国内的挂篮种类虽不少,但适应不同跨度和梁宽的系列化、规格化产品尚不多见,多数施工单位都是对不同跨度和梁宽使用一种挂篮，仅对其某些杆件的布置作些调整，往往会因大马拉小车影响作业效率。
产生这种现象的原因除产品开发滞后外，还有挂篮在具体一个施工单位的利用率问题,为此建议成立挂篮系列产品租赁公司,以便解决产品系列化、规格化和利用率的矛盾.此外，挂篮设计还应考虑PC梁悬灌段灌筑的连续性，附设一些保证全天候作业的设施，供施工单位根据不同的需要选用。
2.挂篮制作的工厂化
由于挂篮作业的安全性要求较高,一般来说,除一些可利用的常备式杆件外,挂篮的主要受力部件，特别是一些需作特殊处理的杆件，宜由具有一定资质的厂家加工制作，并需作严格的检测，以绝对保证高空作业的安全.
3.挂篮施工作业的标准化和规范化
目前，我国桥梁施工规范对挂篮的作业做了一些规定,但尚不够充分和完善;
而国内出现的几起挂篮施工事故大多由于操作不当所致，建议在修订桥梁施工规范时，对主要挂篮的操作要求予以进一步的补充和明确。
4.挂篮设计形式的新动向
（1）针对一般挂篮梁上结构占用悬灌作业场地的矛盾,国外有人设想将挂篮用箱梁的纵向预应力筋预张拉固定，承受灌筑段的重量；
而在梁顶设专门为滑移挂篮而用的结构,待完成滑移作业后将这部分结构后移，腾出作业场地。
对此有必要作进一步的探讨与研究。
（2）针对弯梁桥,国内有关单位已研制出一种斜拉组合式挂篮，这种弯梁施工用挂篮既能纵向走行，又可横向转动，其组合位移便形成了沿桥梁的曲线走行.挂篮前移时,是用锚固于梁顶的上横梁维持大梁稳定的，挂篮转动是靠顶推挂篮后端实现的。
这种挂篮的出现，为弯梁桥的悬灌开辟了一条新的途径。
第二节挂篮的结构构造及设计
挂篮作为悬臂施工中的专用装备，除了要能承受梁段自重和施工荷载外,还要求自重轻、变形小、稳定性好，装拆方便和移动灵活等.因此，选择何种形式的挂篮就显得十分重要，外形简单、受力明确、重量轻常是选择的依据。
一、常用挂篮的结构构造和力学分析
1.菱形挂篮和三角形挂篮
（1）菱形挂篮的结构及构造
菱形挂篮主要由菱形桁架、悬吊系统、走行系统、模板系统及张拉操作平台五部分组成。
菱形桁架：
菱形桁架是挂篮的主要承重结构。
主桁构架竖放于箱梁腹板位置，构架的片数可根据主梁的截面特性来定，一般为两片,也有多片的，如吴忠黄河大桥菱形挂篮采用三片构架；
主要杆件通常由两片槽钢组焊而成，槽钢的截面由结构分析确定;
各杆件间的联结为栓接、焊接或销接。
主桁构架间用槽钢或角钢组成的横联连接，在主桁前端节点处放置一根用2根工字钢组焊成的横梁，上设吊点，以做悬吊底模平台和内外模滑梁用，该横梁同时起到将主桁架连成整体的作用。
悬吊系统：
由螺旋千斤顶、扁担梁、吊带或吊杆组成，用于悬挂模板系统，调整模板的标高。
前后吊带（杆）：
前吊带的作用是为底模平台提供前吊点,其承受几乎一半的挂篮荷载。
当待灌段混凝土重量较大时，一般采用吊带,否则用吊杆.吊带一般用16Mn或性能更好的钢板并布设销孔而成，一般3m一段,分段间用销轴连接,以适应不同梁高的需要。
当采用吊杆时，钢材一般用冷拉IV级精轧螺纹钢筋。
每根吊带或吊杆在横梁上放2台千斤顶通过扁担梁调整底模标高。
后吊带从箱梁的底板预留孔中穿过，一般用16Mn钢板上布调节孔或45＃钢棒螺帽形成,下端与底模平台相连，上端2台千斤顶和扁担梁或螺帽支承在箱梁底板顶面上。
后吊带的作用是承受挂篮一半的荷载并将其传至箱梁底板。
模板系统：
由外侧模、内模和底模等几部分组成。
箱梁外侧模一般采用整体钢制大模板,当梁高变化较大时，可沿梁高分为3块左右，以随梁高变化拆装调整.外侧模支承在外模走行梁上，走行梁前端通过吊杆悬吊在已浇好的箱梁顶板预留孔上，后吊杆与走行梁间设有后吊架，其上装有滚动轴承，挂篮行走时外模走行梁与外模一起沿后吊架滑行。
内模一般通过模架放置在两根内模走行梁上,走行梁前端吊在桁架横梁上，后端吊在已浇梁段顶板的预留孔上方，内模可沿走行梁滑行，除角隅处外，平面部分可用组合钢模或木模钉铁皮。
底模由底模架、底横梁及模板组成，通过底横梁的前后吊带悬挂在挂篮主桁的前吊点、已浇梁段和外模走行梁上，随主桁一起前移，底模架由型钢组焊成桁架，底横梁由工字钢组焊成格构式梁，底模一般用木模外钉铁皮形成。
张拉操作平台：
张拉操作平台通过钢丝绳悬吊在菱形桁架的前端小悬臂梁上,一般用角钢和钢筋组成，平台平面铺以木板供作业人员站立行走。
可用手动胡芦调整其高度。
走行系统
挂篮走行系统分为桁架走行系统、底模、外模走行系统及内模走行系统。
图5-9菱形挂篮走行反扣装置
桁架走行系统布置为，在主桁构架下的箱梁顶面铺设用钢板组焊的轨道，轨道用竖向预应力筋通过短梁固定，轨道顶面放置前后支座，支座与桁架节点栓接，前支座沿轨道滑行（支座与轨道间垫四氟乙烯板），后支座以反扣轮（或后勾板）的形式沿轨道顶板下缘滚（滑）动，不需加设平衡重.走行时用2个5T手动葫芦纵向牵引即可。
轨道分节以便向前倒用。
悬臂灌筑前,需要IV级冷拉精轧钢筋将轨道上钢轨与桁架后节点锚固,使后支座反扣轮不受力。
底模及外模与主桁同步行走。
具体步骤为：
脱模前用手动葫芦将底模架吊在外模走行梁上，解除后吊带,脱模后，底模随桁架一起向前走行。
内模脱模后，内模架落在走行梁上,人工用手动葫芦即可将其移至下一梁段。
（2）菱形挂篮的力学分析
从整体看，挂篮荷载有一半左右通过前吊带（或吊杆）传至主桁上节点，菱形桁架以铰接模式计算杆力，其前下节点支于箱梁顶板前侧,后下节点则通过竖向预应力筋或预埋钢筋锚于梁上.
（3）三角形挂篮
三角形挂篮除主桁架结构形式与菱形挂篮不同外，其它构造与菱形挂篮完全相同,在此不作详述.
滑动斜拉式挂篮
（1）挂篮的结构及构造
滑动斜拉式挂篮的主要结构是：
主梁（纵梁）、各种横梁、斜拉带系、模板系统（包含底模、侧模、及内模）、滑梁、上下限位装置等.
主梁是挂篮的主要受力结构之一,承受梁段混凝土及模板系统等重量。
每根主梁由两根工字钢组合而成，其通过钢垫板、枕木等垫在桥面上。
主梁后部在两工字钢间用竖向预应力筋通过压紧器锚固在已灌梁段的顶面，主梁尾部连接限位压板，仍用竖向预应力压紧在桥面上，以限制主梁在重载时前移。
见图5-10a）。
图5—10上、下限位器示意图
上横梁及斜拉横梁由槽钢拼接（或焊接）而成，前者除把主梁连成整体外，主要用来吊挂内外模板系统,后者将斜拉带传来的底模及灌筑梁段混凝土重量再传递到主梁.斜拉带是挂篮最关键的构件，一般用16Mn或其它性能更优的钢板制成，每一拉杆一般作成4—5段,各段端部设有销孔，组成时用钢销联结成整体。
并可随梁高的变化增减。
斜拉带上端通过元宝梁固定在斜拉横梁上。
元宝梁下置放两组千斤顶，用以调节底模标高.
模板系统由内模、外模及底模组成，内模模架用型钢栓接或焊接而成，模板可用木模外包铁皮或组合钢模和填充木模组成,内顶模可沿悬吊在顶板预留孔上的型钢滑道前移，也可用调高支柱支撑在底模上，以便适应梁高变化。
外侧模及支架通过滑梁吊挂在挂篮横梁上，外模以钢制大模板为宜。
底模固定在底模平台上,底模平台由纵梁和前后下横梁组成，前下横梁与斜拉杆铰接，后下横梁通过后下锚杆锚固在箱梁底板上。
滑梁由两个槽钢组成，其后断通过吊杆或吊索吊挂在箱梁顶板外翼缘上,而当挂篮移动前，滑梁则除掉后吊点，落于侧模支架的滚筒上由前吊杆带动与主梁一起前移就位.
图5-11滑动斜拉式挂篮受力示意图
上限位如前所述，下限位器设于下横梁后侧，分为竖直和斜向两种，其与底模平台顶紧,以承受传来的水平力。
当限位器为竖直时，在水平力作用下其受弯，受力状况较差，但锚固杆较短。
当为斜向设置时,其以受拉力为主并兼受少量弯矩，受力状况大大改善，但锚固杆相应加长,拆装不太方便。
见图5—10b）、c）所示。
（2）滑动斜拉式挂篮的力学分析
如图5—11所示，灌筑梁段混凝土的重量落于底模平台上，其前端通过铰将此力及底、侧模重力传至斜拉杆，后端通过后锚杆将垂直力传至箱梁底板混凝土上。
由于斜拉杆为拉力杆,故其轴向力分解为垂直力和水平力，其水平力通过底平台纵梁传至尾部，由下限位器承担。
同理，斜拉杆在上部将轴向力传至上横梁进而传至上主梁，其垂直分力由主梁传至箱梁顶板，水平分力则由主梁传至上限位器，并由竖向预应力筋压紧限位拉板与混凝土桥面间产生的摩擦力平衡。
挂篮底模及侧模前移时的重力全部由滑梁承受.
弓弦式挂篮
（1）挂篮的结构及构造
弓弦式挂篮由弓弦桁架、前吊杆、后锚栓、走行系统、模板系统等四部分组成
桁架弧杆全为拉杆,腹杆全为压杆,两者均用万能杆件N1杆组拼而成，弓弦杆用槽钢组拼,并与弧杆铰接，其余用节点板螺栓连接。
主桁片设于箱梁腹板上方，两桁片间以万能杆件平联连接
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