菱形挂篮现浇施工及防倾覆控制研究

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工程技术
2023 NO.7（下） 中国新技术新产品
图１ 沉降量变化曲线
量。小里程端挂篮产生的最大预压变形量为 33.1mm，卸载 后残余量为 2.6mm ；大里程端挂篮产生的最大预压变形量为 31.6mm，卸载后残余量为 1.4mm。根据图 1 记录数据，挂篮
2 菱形挂篮悬臂现浇技术
2.1 菱形挂篮施工
桥梁为单箱双室结构，桥面宽 1850cm，桥梁结构采用
菱形挂篮悬臂现浇成型，挂篮主体结构由菱形主桁架、走行
及锚固系统、吊杆系统、底托系统和模板系统等部分组成。
由于桥梁为单箱双室结构，横桥向设置 3 道腹板，为保证
挂篮稳定性及承载能力，单侧菱形挂篮设置为 3 幅主桁架 结构 [2]。
序号 1 2 3 4
控制项目 走行梁位置偏差 走行梁面高差
锚固点 连接螺母扭矩
控制标准 ≤5mm ≤5mm ≥1处/m
100kg·m
将底模平台系统、外侧模及内模吊挂于相应导梁上，顶起前
支点滑座，使其与走道梁分离 1~2cm 距离，解除主桁后锚
固螺栓，使后锚反力滑轮勾于走道梁上，检查滑轮和走道梁
为模拟混凝土浇筑对挂篮系统的影响，利用沙袋模拟混
（1，1）模型进行改进。即每当预测出下一桥梁节段的平面 偏差值时，则将最早的数据样剔除，以保证在序列维数不变 的前提下，每新增一个节段线形数据则进行一次预测，周而 复始直至完成所有悬臂现浇节段，采用改进的 GM（1，1） 模型法使预测值精度有很大的提高。
进行桥梁平面线形控制过程中，引入灰色预测理论进行曲线 3 挂篮抗倾覆控制研究
过对各节段实测数据进行累加生成运算得到生成新的时间 生最大拉应力，约为 294.65MPa。后锚采用 2 组 4 根 φ32mm
序列 x（1）（t），将 x（1）（t）拟合成一阶线形白化微分方 精轧螺纹钢进行锚固，其单根屈服强度约为 830MPa，后锚
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1 工程概况
东北某大桥工程主桥为 4 跨大跨径变截面连续箱梁桥， 长度为 380m，跨径布置为 70+120+120+70=380m。主桥采用 悬臂浇筑法和支架现浇法结合施工。主桥每个墩悬臂现浇段 共分为 16 个节段，共使用 12 个挂篮同时施工。
咬合是否严密，走行时不能存在咬边情况，然后同时开起 6 组走行牵引千斤顶油泵，使主桁架连同底模平台系统、外侧 模及内模缓慢同步前行，走行至下一节段施工位置后停止。 挂篮走行至下一施工节段就位后，落下前支点滑座千斤顶， 使滑座与走道梁面密贴，重新锚固主桁后锚固端螺栓。
单位：MPa
对现浇挂篮结构抗倾覆稳定性的影 响。2）通过建立合理的有限元模型， 分析现浇状态及走行状态下的抗倾 覆稳定性安全储备系数可知 ：现浇 抗倾覆安全储备系数 λ1 为 11.26，走 行抗倾覆安全储备系数 λ2 为 12.17， 均完全满足抗倾覆稳定性要求。3） 通过模拟分析过程中的数据分布可 知 ：加强现浇状态下后锚精轧螺纹 钢数量及安装垂直度、加强主桁架 各连接点位强度可有效提供现浇状 态下的抗倾覆稳定性 ；走行状态下，
凝土浇筑过程中荷载的分布变化进行预压，预压荷载分布计
算见表 2。
表 2 预压荷载
序号 1 2 3 4
项目 箱梁混凝土V/m3 混凝土重度ρ/（t·m-3） 预压荷载系数λ 预压总荷载M/t
计算数值 105 2.6 1.3
M=λ·V·ρ=355
2.2.1.3 预压方案实施
由于采用 1.5t/ 袋重沙袋进行预压，根据上节所得预压 荷载计算可知，须用沙袋 148 袋。后根据箱梁横桥向截面质 量分布规律可得 ：底腹板横桥向摆 4 层，须用砂袋 132 袋 ； 翼缘板须用砂袋 16 袋 [3]。现浇挂篮预压荷载采用分级加载 方式按 20% → 40% → 60% → 80% → 100% 5 级加 / 卸载的 方式进行，并分别取小里程、大里程记录每级加载后各测点 标高，得到菱形挂篮沉降量变化曲线如图１所示。

反力分析图，如图 4 所示。
因此自锚系统须提供不小于 235.25kN 的反力来保证走
行抗倾覆稳定性，由于在走行过程中，自锚系统是通过走
行反扣轮来进行锚定，而反扣轮与主桁架是通过 φ80mm 的
40Cr 钢销轴销接。其提供的自锚反力计算如公式（5）所示。
N V A 570u 3.14u802 2863.68kNN 4
弹性为挂篮弹性压缩变形。
消除这种精度差，采用等维灰数递补数据处理技术来对 GM
2.2.1.5 平面线形控制
简支箱梁可根据“曲线直作”原理，将曲线线路化为一 段简支直梁，而现浇连续梁则须在原位进行“曲线曲作”施 工，与简支箱梁相比，现浇连续梁在曲线线路上的平面线形 受桥梁偏距、偏角的影响更大，线性控制难度更大。因此在
3.1 现浇状态抗倾覆分析
变化的灰色过程，通过累加生成多节段曲线桥梁实测数据，
现浇挂篮结构在混凝土浇筑过程中，主要受到混凝土
归纳出线形变化的有序数列规律，从而建立一个基于已施工 自重产生的竖向荷载及混凝土浇筑冲击荷载影响。在此工况
节段数据变化规律来预测后续曲线线形变化的 Grey model 模 下，模拟得出挂篮结构受力响应云图如图 3 所示 ：当浇筑方
验法，进行了菱形挂篮预压试验，得出了沉降 - 预压荷载曲线，后利用有限元模拟验证了走行及浇筑状态下，菱
形挂篮结构的安全储备系数，表明结构具有极强的抗倾覆能力。且根据模拟分析过程中的数据分布，总结了提升
菱形挂篮抗倾覆能力的相关措施，可用于后续相关工程施工。
关键词 ：桥梁工程 ；菱形支架现浇 ；线形控制 ；抗倾覆分析
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菱形挂篮现浇施工及防倾覆控制研究
黄璜 （湖南省第四工程有限公司，湖南 长沙 410119）
摘 要 ：为提高现浇菱形挂篮施工质量，提高挂篮结构受力稳定性，保障箱梁现浇施工安全进行，该文依托东北
某大桥进行菱形挂篮现浇施工及防倾覆控制研究，采用综述法介绍了现浇菱形挂篮拼装施工技术，并利用现场试
图３ 现浇状态挂篮结构受力响应云图
匀速平稳向下一阶段前进。在此过程中，由于前后锚固已拆
除，挂篮主要靠锚固点处与走行梁接触的自锚轮组提供锚固
力。挂篮走行过程中，前端支架模板体系自重荷载通过精轧
螺纹钢吊杆向自锚系统传递拉力。因此在走行过程中，自锚
系统须提供足够的反力来抵消拉力以保证抗倾覆稳定性。基
于此工况对桁架系统进行模拟分析得到走行状态自锚系统
2.2.1.4 高程线形控制
悬臂现浇箱梁高程线形控制，主要通过在计算各节段 立模标高过程中考虑菱形挂篮弹性变形、预拱度、成桥节段 总体挠度来进行控制。由图１可知，菱形挂篮在预压过程中 的沉降变化曲线规律基本一致 ：随加载沉降增加，随卸载 沉降减少，且卸载完成均存在沉降残余量，即为非弹性变形
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要设置目的是为了削弱各种施工荷载对桥梁竖向线形的影 制坐标点实测数据与理论数据偏差值来建立残差 GM（1，1）
响，本悬臂现浇曲线大桥各施工节段立模标高如公式（２） 模型来预测平面线形变化，对后期各节段平面控制指标点的
所示。
Hsi=Hi+f
i y
+βf
i n
+∆f
i+∆
弹性
（2）
式中 ：Hsi 为立模标高 ；Hi 为设计高程 ；fyi 为预拱度 ；fni 为
程其形式如公式（3）所示。
dx 0 t ax 1 b
dt
（3）
的弹性变形量计算如公式 （1）所示。
式中 ：a 为发展系数 ；b 为灰色作用量。
∆ 弹性 =∆+100%-∆ 安全卸载
（1）
该曲线桥梁采用悬臂现浇法进行桥梁施工，在曲线桥梁
连续梁桥施工预拱度控制是通过立模标高实现的，其主 平面线形控制过程中，基于灰色系统理论利用各节段线形控
桥梁平面线形控制。当建立平面线形控制模型时，首先，实 测上一阶段单侧线形控制坐标点数据，并与控制坐标点理论 数据进行对比求差值。以此为依据来预测下一节段平面线形 偏差并进行顺延纠偏。
当利用灰色系统理论控制曲线桥梁平面线形时，过程中 将各节段控制坐标点实测数据序列看作是随施工时间进程
现浇箱梁挂篮施工过程中，现浇状态及走行状态下挂篮 发生倾覆的风险最大，因此该文利用 Midas 软件主要模拟主 桁架在这 2 种状态下的受力情况，以针对性地制定抗倾覆措 施，模型如图 2 所示 [4]。
（5）
反力安全储备系数为 12.17，足以提供保证挂篮在走形
过程中的抗倾覆稳定性。走行安全储备系数计算如公式（6）
所示。
= λ2
= N 235.25
28= 63.68 235.25
12.17
（6）
式中：λ2 为走行安全储备系数；N 为自锚系统提供的支反力； σ 为钢销抗剪强度 ；A 为钢销截面积。
4 结论
中图分类号 ：U 44
文献标志码 ：A
挂篮悬臂现浇法是大跨度桥梁工程施工中最常见且成 熟的重要施工技术，且菱形挂篮结构是其中最常见的结构形 式之一，具有受力合理、刚度高和强度大的特点。但在施工 中由于人为因素的影响，往往导致菱形挂篮结构存在施工缺 陷，严重影响结构抗倾覆稳定性。基于此，为细化菱形挂篮 现浇施工技术，探究结构抗倾覆稳定性及相关措施。该文依 托东北某大桥工程主桥菱形挂篮施工，从菱形挂篮结构施工 工艺及抗倾覆稳定性方面，通过综述、现场试验和有限元模 拟的方法介绍了挂篮施工技术，研究了菱形挂篮抗倾覆稳定 性及相关措施 [1]。
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图２ 挂篮主桁架模型
安全储备系数 [5] 计算如公式（4）所示。
O1
4 fV s fmax
4u830 11.26 294.65
（4）
式中 ：λ1 为现浇安全储备系数 ；fσs 为屈服强度 ；fmax 为最大 拉应力。
由公式（4）可知 ：现浇状态下下横梁后锚安全系数足
以满足抗倾覆要求。应力分布云图如图３所示，除下横梁锚
固点外，桁架其余部分应力为 -129.69~200.23MPa，满足稳
定性要求。同时上述分析可知，为保证现浇状态下挂篮主桁
架的抗倾覆稳定性，可针对下横梁锚固点采取针对性地加强 措施或者增加锚固点数量 [6]。
3.2 走行状态抗倾覆分析
除现浇状态外，挂篮走行状态也是易发生倾覆的稳定性 薄弱环节。在挂篮走行，主要靠液压油顶提供推动力使挂篮
梁体 0# 块施工完成后，通常沿梁体纵桥向的中轴线放
样出 3 幅主桁架，并根据中轴线位置安装轨道垫梁、走行梁。
在安装走道梁垫梁前，应先将后走行轮安装在走道梁上，精
确设置 3 根走行梁间距，确保 3 幅主桁架对称布置，降低侧
翻倾覆风险，并利用竖向精轧螺纹钢压紧走道梁，具体参数
见表 1。
表 1 走行梁安装控制参数
型，确定曲线桥梁平面线形在后续节段的发展变化趋势，以 量达到最大时，由于受到竖向荷载作用，上横梁前端产生最
提前进行干预控制，并对桥梁线形进行顺延调整。
大竖向沉降变形约为 32.3mm，与预压结果相近。在下横梁
在控制模型中，设 x（0）（t）为原始实测数据样本，通 后锚处产生最大拉应力，约为 310.2MPa；在下横梁前锚处产
2.2 现浇曲线桥梁线形控制
2.2.1 弹性变形监测
2.2.1.1 预压点位布置 为有效消除挂篮非弹性变形，准确确定立模标高，保证
结构线形满足施工控制预期要求，须对悬臂现浇挂篮进行预 压施工。在挂篮静载预压前，预压监测点布置在前横梁和前 吊杆下横梁左右，主要监测预压过程中前支点和后锚点的沉 降变形，监测斜拉杆和主桁架梁内侧的应力变化。 2.2.1.2 预压荷载计算
通过该文对大跨度桥梁现浇挂篮施工技术及抗倾覆稳
定性的模拟研究，得出以下３点结论：1）现浇挂篮拼装预压
施工质量是影响挂篮结构稳定性的重要因素，应严格按照方
案及设计要求严控现浇挂篮拼装预压工序，以降低人为因素
32.3 29.4 26.4 23.5 20.6 17.7 14.7 11.8 8.89 5.97 3.05 0.12
成桥累计挠度 ；β 为根据挠度观测结果，分析统计出的挠度
实测数据进行预测，可以更精确的反映整个施工期间曲线桥 梁平面线形的变化趋势，后以预测数据为参照，在控制指标 点理论数据上进行顺延调整，以保证曲线桥梁线形的平顺过 渡。
折减系数 ；∆fi 为根据实测挠度结果选取的挠度调整值。Δ
但预测精度与预测点和数据样本点间间隔距离相关，为