矮塔斜拉桥菱形挂篮设计与应用

矮塔斜拉桥菱形挂篮设计与应用1、工程概况

大蒸港矮塔斜拉桥是上海A15大路浦西段的三座大桥之一，同时也是上海市第一座矮塔斜拉桥，桥型为单索面矮塔斜拉桥，跨径组合为90+165+90=345m，桥面宽达34m，是目前已建成通车的我国同类桥型中桥面最宽的大桥。全桥位于圆曲线和缓和曲线上，箱梁截面为单项五室，其箱顶宽33.7m，底宽17.499m～21.543m，翼缘悬臂板宽4.5m。箱梁根部梁高7m，端梁和跨中处梁高3.5m，梁底按二次抛物线变化，顶板与底板坡度全都，最大为3%。本工程主梁0#~2#块采纳支架法现浇施工，3#~20#节段采纳悬臂现浇施工，挂篮浇筑箱梁分段长度为3m、3.5m、4m、4.5m，其中大桥悬臂浇筑最大节段重量达430吨。

2、挂篮设计

2.1设计依据

（1）《钢结构设计规范》（GB50017-20233）

（2）《大路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2023）

（3）《大路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2023）

（4）《A15大路工程大蒸港矮塔斜拉桥设计图》

2.2挂篮的设计参数

（1）材料：一般钢材：Q235b，焊接钢板材质：Q235b，所用销轴材质：Q345

（2）容重：钢筋砼容重：2.6t/m3，钢材的容重：7.85t/m3，木材容重：0.8t/m3

（3）弹性模量：Q235钢材2.1×105Mpa

（4）模板荷载：竖向模板荷载：0.2t/m2，水平模板荷载：0.2t/m2

（5）施工荷载：q1=0.2t/m，人行荷载：q2=0.2t/m，前端工作平台施工荷载及堆载：q3=0.25t/m

2.3挂篮的构造形式

考虑到大蒸港矮塔斜拉桥的单节最大施工节段为430t，以及单幅桥面宽达34m的特点，为满意结箱梁构的受力需求，本工程采纳了菱形挂篮的结构，该结构形式简洁、受力合理、操作空间大、移动周期短。本文设计的菱形挂篮主要由菱形主桁架、前上横梁、底模平台及吊挂系统、外侧模导梁、走行系统、后锚固系统、内外模、限位设施等组成。

2.3.1菱形桁架

菱形挂篮的桁架自重按150t考虑（设计图纸中要求：含施工临时设施荷载不得超过170t），悬浇施工挂篮设置6片主桁，主桁间距分布为（5.6m+5.3m+2.0m）*2，主桁采纳菱形结构形式。主桥最大横向坡度3%，主桁斜拉索两侧每三片主桁连接成整体，走行浇筑砼时前上横梁呈水平状态。在前后下横梁上设置支座和转向节点，以满意箱梁底板横向和纵向变坡的需要。

2.3.2底模平台

底模平台由前、后下横梁、底模及其纵梁、前后吊挂系统（含垫梁、扁担梁、吊杆（带））、吊环、操作平台组成。

底模平台前端直接悬挂于前上横梁上，后端悬挂于已浇筑箱梁节段和外侧模导梁上；外侧模及其排架支撑于外侧模导梁、限位梁上，并通过吊杆最终将力传于前上横梁及已浇筑箱梁节段上。

2.3.3外模吊挂系统

外模吊挂系统包括外侧模导梁、外模板及其支架、吊环、吊杆（带）。单只挂篮设置2根外侧模导梁，在浇筑混凝土时承受翼缘板及部分腹板重量，在侧模和底模走行时，作为走行滑道和吊挂系统。

3.3.4挂篮走行系统

挂篮走行系统包括走道梁、前走行系统、后走行系统、外侧模导梁走行吊环。

本挂篮采纳侧模包底模的形式，外侧模支架在前后下横梁上设横向限位梁，以反抗侧模的水平力，在翼缘板与腹板的转角处设置可调整角度的丝杆，以满意翼缘板与腹板之间夹角变化；底模在梁纵向分成3块，因底板横向不断加宽，每施工完一个节段，将边上两小块向外移动，再在中间添加木模填补。图2走行系统

挂篮走行系统由主桁架走行系统、底模、侧模走行系统组成。主桁架走行系统是以六片主桁架下走道梁最为反力支点的，通过固定在走道梁上的长行油顶，获得向前的推力。而走道梁通过精扎螺纹钢与箱梁固定，并同时充当主桁架的走形滑道。

走行时，外侧模板导梁利用后走形吊架作为后支点，然后主桁架通过外侧模导梁和精扎螺纹钢，带动侧模板和底模板在主桁架下的走道梁上的长行油顶的推动下同时移动。

2.3.5锚固系统

锚固系统的作用是挂篮悬浇混凝土施工过程中，在主桁尾部供应一向下的压力，以平衡挂篮前方的倾覆力矩，包括后锚梁及后锚杆。

2.3.5挂篮模板及限位系统

挂篮模板及限位系统:本挂篮模板采纳侧模包底模的形式，挂篮外模采纳钢模，外模与其支撑架焊为一体;内模及端模采纳竹胶板与钢管支架相结合的方案，内外模之间依据需要设对拉筋对拉。为适梁体线形变化，挂篮内、外模每施工一个节段需进行现场调整，梁体翼缘与斜腹板角度变化，通过设置于外模处的丝杆调整;由于梁高变化引起底板宽度的变化，可通过调整底模宽度来实现；底模平台纵向分成三块，外侧两块可在前、后下横梁上横向滑动以满意底模变宽需要。

2.3.6挂篮的液压系统

液压装置是为挂篮走行供应动力，确保六片主桁架同步行走。本套挂篮每片主桁架设置一台长行油顶，当每个箱梁混凝土浇筑完毕并张拉预应力后，开动长行程千斤顶，以挂篮作为固定反力点，将走道梁向前牵引，移至下一节段，使其前端与已浇节段端面平齐。移动过程中长行程千斤顶顶推主桁，使主桁渐渐整体前移，移动时外侧模导梁一起随挂篮移动。全程移动均采纳一套液压掌握箱来统一掌握操作，设置一操作工即可完成挂篮移动的主要工序。采纳这套系统，提高了机械化和自动化程度，减轻了劳动强度，提高了生产效率，增加了挂篮施工安全牢靠性，缩短了施工周期。图3液压掌握箱

2.3.7挂篮的验算

浇注混凝土时挂篮承受的荷载有悬浇节段混凝土自重、人行荷载、施工荷载、挂篮荷载、工作平台荷载等。挂篮最不利荷载按7#块（430t）计算。挂篮自重按150t考虑。

（1）走行状态结构计算

本挂篮走行步骤为：走行滑道前移就位→走行主桁带动侧模导梁就位并锚固主桁→走行底模和侧模系统就位。

在走行状态其中只有前后下横梁和侧模导梁结构受力发生变化，故对其检算即可。前后下横梁在走行时只有两端吊点，底模荷载按均布荷载加载在前后下横梁上，经计算焊接箱形截面梁强度满意要求，主要受变形位移的掌握。计算结果如下：fmax=55.3mm＜L/400=27200/400=68mm。满意施工规范要求。

（2）浇筑状态结构验算

利用Midas等结构有限元软件建模并对浇筑状态的挂篮进行验算，均满意强度、刚度和稳定性的要求。

3、挂篮的应用

由于本工程采纳空间菱形挂篮的机构形式，且挂蓝的走行系统采纳了液压装置，该工程在正常施工条件下8～10d完成一个节段，其中最快挂篮移动时间仅为1天，大大优于同条件的其它挂篮形式。由于该空间结构的菱形挂篮受力合理、操作简便、结构安全，为整座大桥的成功合龙制造了有利的条件。

4、结论

挂篮用于混凝土连续梁的悬浇施工，国内外均有已有许多胜利的先例。但运用于大蒸港矮塔斜拉桥如此大的梁块的悬浇施工，尚不多见。A15大蒸港矮塔斜拉桥其最大悬臂浇筑节段重达430吨，再加上其单箱五室截面、外腹板为斜腹板等独特的构造形式，使得挂篮的选型和设计成为该工程能否如期完成的一个重要前提。