談懸臂澆筑施工中掛籃的選用及力學(xué)分析★

楊德超 時(shí)國(guó)松 向?qū)W建 董 軍

(1.北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061199；2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088； 3.北京建筑大學(xué)土木學(xué)院，北京 100044)

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·橋梁·隧道·

談懸臂澆筑施工中掛籃的選用及力學(xué)分析★

楊德超1時(shí)國(guó)松1向?qū)W建2董 軍3

(1.北京交通大學(xué)海濱學(xué)院，河北 黃驊 061199；2.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088； 3.北京建筑大學(xué)土木學(xué)院，北京 100044)

對(duì)懸臂澆筑施工中掛籃的選用進(jìn)行了分析，從掛籃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、受力特點(diǎn)及施工特點(diǎn)等進(jìn)行了論述，并通過(guò)三角掛籃和菱形掛籃的對(duì)比與力學(xué)分析，得出了在同等理想條件下，采用菱形掛籃施工會(huì)更加安全合理。

懸臂澆筑施工，掛籃，力學(xué)分析

1 概況

懸臂澆筑法簡(jiǎn)稱懸澆，適用于大中跨徑的斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋，指的是在完成0號(hào)塊的施工之后，在橋的兩側(cè)同時(shí)懸吊掛籃進(jìn)行施工，兩側(cè)的掛籃同步向兩端進(jìn)行前移，進(jìn)行立模板、綁扎鋼筋、澆筑混凝土及預(yù)應(yīng)力張拉等施工。如今，在面對(duì)大中跨度的斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋施工時(shí)，首先考慮懸臂澆筑法，因?yàn)橥庠诘囊恍└蓴_因素如環(huán)境，地理位置等，對(duì)懸臂澆筑法影響較小，同時(shí)，懸臂澆筑施工可以提高橋梁的整體安全性，其次橋面上放置的鋼筋和建材以及設(shè)備不會(huì)太多，滿足施工的梁段使用即可，這樣能減輕施工中大中跨徑橋梁整體的受力情況，從而保證了整個(gè)工程的安全性。

掛籃是懸臂澆筑中不可或缺的一個(gè)主要施工設(shè)備。掛籃放置在已完成預(yù)應(yīng)力張拉的梁段上，通過(guò)滑道或者軌道利用液壓千斤頂使掛籃進(jìn)行前移。前移之后，在掛籃上進(jìn)行調(diào)模立模，然后進(jìn)行綁扎鋼筋并澆筑混凝土，最后張拉預(yù)應(yīng)力筋并完成其他施工工作即可準(zhǔn)備進(jìn)行對(duì)下一號(hào)塊段的施工。每個(gè)梁段的施工均按此循環(huán)施工直至所有的梁段都澆筑完成。

懸臂澆筑的通用施工方法為：1)0號(hào)塊施工完成之后，在橋的兩側(cè)安裝并調(diào)整掛籃；2)進(jìn)行掛籃的預(yù)壓；3)進(jìn)行掛籃的前移；4)調(diào)模立模后綁 扎鋼筋并澆筑混凝土至合龍?zhí)枆K段之前；5)進(jìn)行合龍段的施工。懸臂澆筑施工的特點(diǎn)：a.施工期間不會(huì)影響到橋梁下方人員或者車輛的通行；b.逐段施工不需要大型設(shè)備，僅用兩個(gè)掛籃就能完成梁部施工；c.橋兩側(cè)各放置一個(gè)掛籃，進(jìn)行同步對(duì)稱的施工，能大大縮短施工工期，提高施工效率；d.施工時(shí)在橋面放置滿足施工梁段所需的建材即可，這樣能減輕橋梁整體的受力情況；e.節(jié)段施工都是重復(fù)作業(yè)，需要的人員少，能較快掌握施工技術(shù)，提高施工效率。

2 掛籃的比較

掛籃是懸臂澆筑施工不可或缺的主要設(shè)備。目前我國(guó)在面對(duì)大中跨度的斜拉橋和剛構(gòu)橋的懸臂澆筑施工時(shí)通常會(huì)考慮使用三角掛籃、菱形掛籃和斜拉式掛籃三種掛籃形式。

選擇掛籃的通用標(biāo)準(zhǔn)如下：1)滿足橋梁設(shè)計(jì)對(duì)掛籃自重的要求外，盡量減輕掛籃自重；2)保證施工質(zhì)量，滿足在施工條件下作業(yè)的安全性；3)施工效率高，能保證懸臂施工時(shí)的效率和質(zhì)量；4)操作簡(jiǎn)單，施工方便，容易被工人快速掌握和熟悉；5)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，能夠多次重復(fù)使用，盡量滿足同種類型不同尺寸的橋梁施工；6)變形小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力合理。

斜拉式掛籃的受力和傳力較合理，但施工難度大，操作過(guò)程較復(fù)雜。每次循環(huán)施工中需要在底?？v梁和主梁的尾部設(shè)置限制移動(dòng)裝置，還需要安裝和卸載斜拉桿。相比之下，三角掛籃和菱形掛籃施工方便，操作較簡(jiǎn)單，安全性也高于斜拉式掛籃。因此在面對(duì)斜拉橋和剛構(gòu)橋的懸臂澆筑施工時(shí)主要分析對(duì)比三角掛籃和菱形掛籃就能選擇出最優(yōu)掛籃用于施工。

2.1 三角掛籃

三角掛籃由主桁系統(tǒng)、懸吊系統(tǒng)、錨固系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、模板系統(tǒng)、走道系統(tǒng)、孔筋系統(tǒng)組成。各桿件之間用銷子連接，其三角掛籃的立面圖如圖1所示。

三角掛籃的優(yōu)點(diǎn)：1)掛籃推移時(shí)方便；2)安全性強(qiáng)；3)施工方便；4)穩(wěn)定性好；5)加工方便，節(jié)約材料。

2.2 菱形掛籃

掛籃的主構(gòu)架為菱形，施工的操作空間較大且拼裝靈活。菱形掛籃主要由主桁系統(tǒng)、走行錨固系統(tǒng)、導(dǎo)向系統(tǒng)、底籃系統(tǒng)、前上橫梁、平臺(tái)防護(hù)系統(tǒng)、輔助部件等組成。菱形掛籃的立面布置圖如圖2所示。

菱形掛籃的優(yōu)點(diǎn)：1)掛籃推移時(shí)方便；2)安全性強(qiáng)；3)施工面寬敞；4)施工容易；5)適用于主梁截面高，節(jié)段荷載重大時(shí)。但是菱形掛籃與三角式掛籃相比，構(gòu)件稍多，重量稍大。加工比較麻煩，成本也稍高。

2.3 主承重對(duì)比

三角掛籃主承重體系是靠主梁和格構(gòu)式主柱及斜拉帶所形成的三角架承受荷載，其中三角掛籃的兩榀三角架是通過(guò)高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接。前橫梁、中橫梁、后橫梁均采用由型鋼與鋼板焊接形成箱形結(jié)構(gòu)。上主梁和下主梁由高強(qiáng)螺栓連接，其斷面采用兩條槽鋼焊接，形成箱形截面，通過(guò)角鋼鋼板焊接成格構(gòu)式立柱。

菱形掛籃主承重體系主要是由兩榀菱形桁片和前橫梁桁片及后橫梁桁片組成。每5根桿件的結(jié)點(diǎn)用銷子連接構(gòu)成菱形桁片。前橫梁和后橫梁同樣采用鋼板組焊成平面桁架。橫梁與主桁片之間通過(guò)高強(qiáng)螺栓進(jìn)行連接。

2.4 走行對(duì)比

反壓滾輪和行走輪及內(nèi)外模滾輪三部分構(gòu)成三角掛籃的主要行走體系。走行體系包括整體走行和分步走行。整體式走行指的是完成懸臂澆筑混凝土并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉后，拆除掛籃側(cè)模和底模，底模懸掛在側(cè)模上，側(cè)模懸掛在外滑梁上，外滑梁的后吊點(diǎn)移動(dòng)到中部附近錨固好，內(nèi)模也與頂板脫離，放在內(nèi)滑梁上，內(nèi)滑梁的后吊點(diǎn)前移并設(shè)置保險(xiǎn)裝置后掛籃前移。掛籃前移到位后，首先轉(zhuǎn)換滑梁后吊點(diǎn)，再調(diào)整底模和側(cè)模，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步的施工。分步式走行指的是在完成懸臂澆筑混凝土并進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉后,把掛籃側(cè)模、底模、內(nèi)模與梁體混凝土鎖住，使內(nèi)、外滑梁落在內(nèi)模和外側(cè)模上，然后進(jìn)行掛籃的前移，使內(nèi)外滑梁隨主梁一起向前移動(dòng)。掛籃前移到位后，錨固主梁并調(diào)試好內(nèi)外滑梁的后吊點(diǎn)。待錨固完成后，前移內(nèi)模和外側(cè)模及底模，解除鎖定后應(yīng)使外模落到內(nèi)外滑梁上，側(cè)模懸掛在外滑梁上，底模懸掛在側(cè)模上，之后用倒鏈牽引前移就位，內(nèi)模也與頂板脫離置于內(nèi)滑梁上，用倒鏈牽引前移就位，之后調(diào)整底模和側(cè)模待進(jìn)行下一步的施工。

滑梁小車和走行小車及滑軌三部分組成菱形掛籃的主要走行體系。走行軌道每側(cè)放置兩片工字鋼在腹板的位置。掛籃主桁前支點(diǎn)下方需要設(shè)置滑船，利用液壓千斤頂使掛籃向前移動(dòng)，掛籃后支點(diǎn)處放置走行小車，不需要設(shè)置平衡重。

2.5 施工對(duì)比

影響三角掛籃施工的不利因素較多，因此在施工時(shí)工序較為繁瑣。由于三角掛籃施工時(shí)主梁下面可利用的空間太小，沒(méi)有存放建筑材料的空間，故必須依靠人工將鋼筋和波紋管及其他建材搬到施工段進(jìn)行施工。三角掛籃的前吊桿短，當(dāng)掛籃的偏差稍大時(shí)，必須進(jìn)行掛籃的調(diào)整，這會(huì)明顯加大施工人員的工作量，影響工作的效率。

影響菱形掛籃施工的不利因素較少。掛籃也比較容易進(jìn)行調(diào)整，通過(guò)精確的放線安放并錨固的滑道精確度也相對(duì)精準(zhǔn)，主梁后部設(shè)置反扣輪，前面是走行輪，掛籃到位后精度會(huì)較高，也不需要進(jìn)行太大的調(diào)整。

3 力學(xué)分析

為了對(duì)比分析三角掛籃和菱形掛籃的利弊，假設(shè)其高度、跨度和桿件截面及使用材料均相同，使用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器對(duì)三角掛籃和菱形掛籃進(jìn)行力學(xué)分析。三角掛籃計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示，菱形掛籃的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖4所示。以熱軋輕工30a為例，A=4 990 mm2，I=77 800 000 cm4，E=206 MPa。

首先在受力點(diǎn)D處施加單位力1，通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器計(jì)算出三角掛籃結(jié)構(gòu)桿件軸力如圖5所示。菱形掛籃結(jié)構(gòu)桿件軸力如圖6所示。

通過(guò)結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器得出的數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)總結(jié)數(shù)據(jù)得到桿件內(nèi)力對(duì)比表，如表1所示。

表1 桿件內(nèi)力對(duì)比表

由表1可知，在相同的材料、荷載、長(zhǎng)度等條件下，三角掛籃BC桿受力較大；菱形掛籃各桿件受力較均勻，整體內(nèi)力較小且位移量相對(duì)于三角掛籃來(lái)說(shuō)較好，壓力分配比較合理。三角掛籃的變形最大；菱形掛籃的變形較小。為了保證結(jié)構(gòu)整體的安全性，綜合考慮得出菱形掛籃是相對(duì)穩(wěn)定的。

4 結(jié)語(yǔ)

面對(duì)斜拉橋和連續(xù)剛構(gòu)橋的懸臂澆筑施工時(shí)，綜合對(duì)比分析三角掛籃和菱形掛籃的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、施工特點(diǎn)及受力特點(diǎn)，并在相同理想條件下計(jì)算得出，菱形掛籃變形量較小。因此在懸臂澆筑施工中采用菱形掛籃比較安全經(jīng)濟(jì)合理。

此結(jié)論僅屬于在理想化條件下得出的，實(shí)際施工中掛籃的選擇與分析必須依靠真實(shí)的環(huán)境和數(shù)據(jù)為依托，必須進(jìn)行多次的檢驗(yàn)，還需要考慮諸多影響掛籃受力的不利因素，以保證掛籃的安全性。

[1]顏永華,張 科,徐小坤.掛籃研究與施工設(shè)計(jì).中國(guó)公路學(xué)會(huì)2005年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集.2005.

[2]段明德.對(duì)掛籃設(shè)計(jì)及應(yīng)用的探討.鐵道工程學(xué)報(bào),1998(2):129-133.

[3]汪海旺,章新生.大跨度懸灌連續(xù)梁三角掛籃設(shè)計(jì)與施工.價(jià)值工程,2011(16):82.

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

Discussion on selection of hanging basket in cantilever casting construction and mechanice analysis★

Yang Dechao1Shi Guosong1Xiang Xuejian2Dong Jun3

(1.HaibinCollege,BeijingJiaotongUniversity,Huanghua061199,China; 2.ResearchInstituteofHighway,MinistryofCommunication,Beijing100088,China； 3.BeijingUniversityofCivilEngineeringandArchitecture,Beijing100044,China)

On the choice of the cantilever casting construction of hanging basket analysis, from the structure features of the hanging basket, the mechanical characteristics and construction characteristics are discussed, through the contrast of triangle hanging basket and diamond hanging basket and mechanics analysis, obtained under the condition of the same ideal, diamond hanging basket construction will be more safe and reasonable.

cantilever casting construction， hanging basket， mechanical analysis

1009-6825(2015)18-0157-03

2015-04-03★：交通運(yùn)輸部西部交通科技建設(shè)項(xiàng)目；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院應(yīng)用技術(shù)型大學(xué)土木工程專業(yè)培養(yǎng)模式改革探討校級(jí)重點(diǎn)科研項(xiàng)目；北京交通大學(xué)海濱學(xué)院力學(xué)系列課程教學(xué)團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目

楊德超(1992- )，男，在讀本科生； 時(shí)國(guó)松(1981- )，男，碩士，講師； 向?qū)W建(1970- )，男，高級(jí)工程師； 董 軍(1967- )，男，博士后，教授

TU318

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