第三章挂篮

《桥梁施工临时结构》授课教案第三章挂篮Chapter3CantileverCradle第三章挂篮Chapter3CantileverCradle第一节挂篮简介Section1Summary1.悬臂浇筑法（Cast-in-placeCantileverMethod）概念：指的是在桥墩两侧对称设置工作平台，平衡地逐段向跨中悬臂浇筑水泥混凝土梁体，并逐段施加预应力的施工方法。主要设备是一对能行走的挂篮，挂篮在已经张拉锚固并与墩身连成整体的梁段上移动，绑扎钢筋、立模、浇筑混凝土、施预应力都在其上进行。完成本段施工后，挂篮对称向前各移动一节段，进行下一对梁段施工，循序前行，直至悬臂梁段浇筑完成。发展：20世纪60年代由前西德首先使用以来。挂篮作为悬臂灌筑施工的主要设备已有多种类型，有些国家如日本、法国等已有定型的系列化产品。我国从80年代开始使用这种技术以来，也已取得了巨大的成就。浇筑梁段顺序：(1)在墩顶托架或赝架上浇筑0号块并实施墩梁临时固结；(2)在0号块段上安装悬臂挂篮，向两侧依次对称分段浇筑主梁至合龙前段；(3)在支架上浇筑边跨主梁合龙段；(4)最后浇筑中跨合龙段形成连续梁体系。注意：在梁段混凝土浇筑前，应对挂蓝等进行全面检查，经签认后方准浇筑。张拉及合龙注意要点：1、预应力混凝土连续梁悬臂筑施工中，顶板、腹板纵向预应力筋的张拉顺序一般为上下、左右对称张拉，设计有要求时，按照设计要求。2、浇预应力混凝土连续梁合龙顺序一般是先边跨、后次跨、再中跨。3、连续梁（T构）的合龙、体系转换和支座反力调整应符合下列规定：（1）合龙段的长度宜为2米；（2）合龙前应观测气温变化与梁端高程及悬臂端间距的关系；（3）合龙前应按设计规定，将两悬臂端合龙口予以临时连接，并将合龙跨一侧墩的临时锚固放松或改成活动支座；（4）合龙前，在两端悬臂预加压重，并于浇筑混凝土过程中逐步撤除，以使悬臂端挠度稳定。4、高程控制预应力混凝土连接梁合拢顺序一般是先边跨，后次跨，在中跨。预应力混凝土连接梁支座反力调整，按设计要求程序施工。2.挂篮的结构特点（一）挂篮的组成组成部分：承重结构、悬吊系统、锚固装置、走行系统和工作平台。承重结构是挂篮的主要受力构件，它承受施工设备和新浇筑节段混凝土的全部重量，并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工完成的梁身上。挂篮的走行系统可用轨道或四氟乙烯滑板，牵引动力一般用电动卷扬机，它包括前牵引装置和尾索保护装置。为保证浇筑混凝土时挂篮有足够的抗倾覆稳定性，往往在挂篮的尾部设置后锚固，一般通过埋在梁肋内的竖向预应力筋实现，当后锚能力不够时，也可采用尾部压重等措施。挂篮的主要功能是支撑模板，承受新浇混凝土重量，由工作平台提供张拉、灌浆的场地，调整标高。因此挂篮不仅要求有足够的强度保证，还要有足够的刚度及稳定性，自重轻，移动灵活，便于调整标高等。（二）挂篮结构的主要特点1）平行桁架式挂篮上部结构一般为一等高桁梁；受力特点：底模平台及侧模支架所承荷重均由前后吊杆垂直传至桁架节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在其后端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，在主桁架上部增设前后上横桁架，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架。由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减少，大大减少了倾覆力矩，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主梁顶板上。3）弓弦式挂篮弓弦桁架挂篮的主桁架外形似弓形，故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，受力合理的特点，还可在安装时在结构内部预施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。4）菱形挂篮菱形挂篮可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，故大大减轻自身静荷。5）滑动斜拉式挂篮该挂篮在力学体系方面有较大突破，其上部采用斜拉式体系代替梁或桁架式结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下限位装置承受，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。6）三角形组合梁挂篮三角形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。又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，还需较大压重。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。7）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己成箱梁的前端角上，灌注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直应力筋拉住模板来承担混凝土重，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箱梁较为适宜。8）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。（三）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度大，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。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）使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。（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。3.常用挂篮的结构构造和力学分析（一）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，一般为3m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号钢棒螺帽形成，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。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（支座与轨道间垫四氯乙烯板），后支座以反扣轮（或后勾板）的形式沿轨道预板下缘滚（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