掛籃鋼吊帶結(jié)構(gòu)的優(yōu)化分析研究

李 靚

（重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院，重慶 40074）

概述

掛籃是指在懸臂澆筑法中用于澆筑斜拉、T構(gòu)、連續(xù)梁等砼梁時以承受施工荷載及梁體自重，能逐段向前移動并經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的主要鋼結(jié)構(gòu)器械。它具有占用施工場地小、可多個工作面同時施工、工期相對較短、橋梁線型易于在施工過程中進(jìn)行動態(tài)控制等特點(diǎn)。

掛籃作為橋梁節(jié)段施工的重要器械，其優(yōu)點(diǎn)突出。然而，在工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，掛籃鋼吊帶結(jié)構(gòu)在梁段荷載作用下的總變形總是較大。過大的變形一方面引起桿件的疲勞；另一方面會不利于對主梁線形控制，最終可能導(dǎo)致合攏段高程偏差太多；還可能造成人員不必要的心里恐慌。因此有必要對掛籃鋼吊帶結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，提高整體剛度，消除掛籃和人員心理不安全因素。

1 工程實(shí)例

北碚蔡家過線橋主橋?yàn)?5m+70m T型剛構(gòu)橋，主梁為單箱單室箱梁，箱梁頂板寬9.8m，底板寬5.4m?？缰屑斑吙绗F(xiàn)澆段梁高2.5m，箱梁根部斷面高7.6m，從中跨跨中至箱梁根部，梁高以1.6次拋物線變化。平衡施工的梁段數(shù)及梁段長度從根部至跨中分別為4×3.5m、6×4.0m、6×5.0m，累計(jì)懸臂總長68m。

節(jié)段采用掛籃施工。懸臂澆筑箱梁控制重量為195t，模板重量約為30t。本掛籃主要由以下組成：

（1）承重系統(tǒng)。采用型鋼組拼成“口”字形并焊接而成菱形主桁架。

（2）提升錨固系統(tǒng)。掛籃提升由4臺100t液壓千斤頂操作，錨固系統(tǒng)主要包括前吊帶、后吊帶和后錨桿，前后吊帶由鋼板加工而成，后錨桿共4組8根直徑70mm的 40CrNiMo合金鋼吊桿。

（3）行走系統(tǒng)。掛籃前移采用連續(xù)作用液壓千斤頂作動力，行走軌道采用2[32b型鋼組合而成。

（4）模板系統(tǒng)。頂板內(nèi)模采用角鋼桁架拱架，拱架在掛籃前移前下放一定空間（不小于10cm），掛籃移到位后再將拱架提升至標(biāo)高位置。主梁底模及側(cè)模均為大塊鋼模。

2 吊掛系統(tǒng)的優(yōu)化分析

掛籃總的變形主要包括掛籃主鋼桁架和鋼吊帶系統(tǒng)的變形，所以提高掛籃的剛度，關(guān)鍵就在于主桁形式的優(yōu)化和吊帶系統(tǒng)的合理布置。吊帶系統(tǒng)的變形主要由前橫梁的變形及吊帶自身的變形引起。對于前橫梁，我們一般選用較大剛度的工字鋼，以保證對變形的控制；而滑梁吊桿往往是根據(jù)箱梁截面形式由質(zhì)量分布很容易確定其布置。本文主要介紹對前下橫梁鋼吊帶合理布置。以菱形掛籃為例，從吊帶系統(tǒng)著手對其進(jìn)行優(yōu)化，通過該示例展示優(yōu)化思路、優(yōu)化方法。

前下橫梁上一共有4根吊帶，如圖1所示，對稱布置。一般外吊帶布置在腹板外側(cè)，內(nèi)吊帶則布置在腹板內(nèi)側(cè)。下面以下橫梁中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，外吊帶以0.2m為步長在距原點(diǎn)2.3～3.5m中移動，內(nèi)吊帶以0.2m為步長在0.1～1.3m中移動，將吊帶系統(tǒng)的布置分為7組，見表1。

圖1 吊掛系統(tǒng)平面圖

表1 吊帶布置分組（m）

對表1中7組坐標(biāo)組合下的掛籃結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析（有49種不同吊帶布置），最大變形結(jié)果見圖1。

由圖2可知，掛籃的總變形隨外吊帶向原點(diǎn)移動而減小，且減小的趨勢越來越顯著；而掛籃總變形隨內(nèi)吊帶向原點(diǎn)移動先增大后減小，且在距原點(diǎn)1.1m處變形最小。那么，可以得出一般性結(jié)論：外吊帶應(yīng)盡量靠近腹板布置，而內(nèi)吊帶應(yīng)布置在距箱梁中心線0.184L左右（L為箱梁底板寬度）。

圖2 掛籃隨吊帶系統(tǒng)不同布置時最大變形

3 結(jié)語

指出了鋼吊帶結(jié)構(gòu)在梁段施工過程中會出現(xiàn)變形過大，從而將導(dǎo)致鋼構(gòu)件疲勞以及影響對橋梁線型的控制，這將不利于結(jié)構(gòu)安全和橋梁的施工。

通過對鋼吊帶結(jié)構(gòu)的計(jì)算和優(yōu)化分析，確定了鋼吊帶布置的最佳位置：外吊帶靠近腹板外布置，內(nèi)吊帶宜布置在距箱梁中心線0.184L左右。

[1] 王武勤.PC橋梁懸臂灌注施工掛籃的發(fā)展[J].橋梁建設(shè)，1997（4）：55-57.

[2] 李向東.淺談掛籃選型及菱形掛籃的優(yōu)點(diǎn)[J].技術(shù)與市場，2011，18（9）：79-80.

[3] 賀紅.菱形掛籃前吊掛系統(tǒng)優(yōu)化方案比較[J].山西建筑，2007，33（22）：153-154.