基于菱形挂篮的一种新型走行结构的研究与应用

基于菱形挂篮的一种新型走行结构的研究与应用

马仲举

马仲举

中铁九局集团第七工程有限公司辽宁沈阳110000

摘要:挂篮是悬臂施工中的主要设备，按结构形式可分为桁架式、斜拉式、型钢式及混合式4种。挂篮的走行系统是挂篮的重中之重，挂篮拥有一个好的走行结构对悬浇梁的施工起着至关重要的作用，本文以菱形挂篮为结构主体，研究一种新型走行结构。

关键词：挂篮；走行结构；施工周期；效益

一、前言

沈阳小什字街—工农路公铁立交桥工程设计道路全长817.02m，桥梁长620m；主桥为(50+80+80+50)m单箱双室变截面混凝土连续箱梁桥，总长为260m。顶板宽17.5m，底板宽12.5m，直腹板，悬臂长2.5m；中支点处梁高5m，跨中及边支点处梁高2.5m。主梁采用预应力结构，设有纵、横、竖三向预应力，纵向及横向预应力采用钢绞线，纵向预应力布置在顶、底板及腹板内，横向预应力布置在0#块横梁内。竖向预应力采用精轧螺纹钢筋，布置在腹板及中支点处横隔板内。由于主桥跨3条铁路及1条人工河，所以主桥采用挂篮悬臂浇注法施工。

目前，常用的挂篮有菱形挂篮、三角形挂篮、贝雷桁架挂篮、牵索挂篮等多种形式，由于菱形挂篮刚度大，变形小，结构简单，杆件受力明确，故本工程采用菱形挂篮。

二、结构及走行方式分析

常见的挂篮走行机构为将走行轨通过精轧螺纹连接器锚固在箱梁的竖向预应力钢筋上，菱形架前端安装滑板，在走行轨上滑移，菱形架尾部两侧安装两组反扣轮，走行时反扣轮与走行轨的上缘下部接触，向前滚动，同时走行轨为挂篮尾部提供抗倾覆反力，防止挂篮在走行过程中产生倾覆现象。具体结构如图所示：

走行轨锚固在竖向预应力钢筋上

这种走行结构需要大量的钢枕、钢垫块、走行轨锚固筋、精轧螺纹连接器及轨道扁担梁等，零部件较多，不仅耗费了大量的钢材，各种部件的加工周期长，而且操作流程较为繁琐，工作量大，走行周期较长，对走行轨及附属部件安装的精度要求过高。其次在走行的过程中，需要不断地拆去滑板前端的轨道锚固筋并在后端反扣轮作用的走行轨上不断添加锚固筋，以增加锚固力，防止挂篮在走行过程中由于锚固力不够而导致倾覆现象，工序非常繁琐，而且风险较高。单根走行轨至少要锚3根精轧螺纹，一旦某根锚固筋无法正常使用，则安全系数大大降低。此外，菱形架的下弦杆与走行轨之间的间距较小导致安装及拆除轨道锚固筋及扁担梁的时候作业空间十分有限，操作极其不便。这种结构一个突出的弊端就是从挂篮安装开始一直到箱梁施工完成整个过程，挂篮始终作用在走行轨上，尤其每个节段绑扎钢筋后浇筑混凝土时，几百吨的重量都将通过菱形架前端的滑板作用在走行轨上，很容易使走行轨及钢枕产生压缩变形，而走行轨及钢枕产生压缩变形后会导致新浇筑的混凝土发生沉降，这种沉降是不均匀的，严重时会使接茬处产生裂缝，影响梁体的施工质量。

最主要的一点就是这种结构很大程度上受到箱梁竖向预应力钢筋位置的影响，对施工时竖向预应力钢筋的安装精度要求比较高。如果在走行轨的范围内有一根竖向预应力钢筋安装的位置偏差较大，会导致整个走行轨无法安装，给挂篮的走行带来很大麻烦。无论是单箱单室还是单箱双室结构的箱梁，内外两侧腹板处的竖向预应力钢筋的间距通常是变化的。随着箱梁各节段的施工，编号较大的节段的箱梁腹板尺寸会变小，内外两侧腹板处竖向预应力钢筋的间距逐渐变宽，这样要想使走行轨依然锚固在竖向预应力钢筋上，就必须使走行轨间距的变宽，同时菱形架的间距也就需要变宽，同时问题便出现了。

解决方案有如下两种：

1、前上横梁、后上横梁、后配重梁与菱形架连接处的尺寸及中间的门架尺寸都需要更改，工作量非常大，而且菱形架处于受载的情况下，从施工现场的实际情况出发，此种更改方案不容易实现，可行性不大。

2、不改变走行轨及菱形架的间距，按照开始的安装尺寸及间距另行预埋经轧螺纹钢筋，每个节段都需要预埋，预埋的精轧螺纹钢筋直接栽进了箱梁腹板的混凝土中，无法循环使用，造成了很大程度上的浪费，增加了资金的投入。

虽然第二种方案的可操作性大于第一种，但从节约成本的角度出发，亦是不经济的。

三、新型走行结构的优点

为了解决出现的问题及弥补两种方案的缺点，故设计的一种新型走行结构。小什字街—工农路公铁立交桥工程所用的挂篮采用的走行结构是独立式走行结构，即不依赖于锚固在箱梁腹板处的走行轨，因此不受竖向预应力钢筋位置的影响。具体结构是将菱形架下的前端滑板取消，改为前支座，在支座下部安装前走行轮，前走行轮在钢轨上行走。将后走行轮安装在后配重梁的下端，将走行导向梁通过精轧螺纹钢筋穿过顶板预埋孔锚固在箱梁顶板的混凝土上，后配重梁与菱形架用高强度螺栓连接，后走行轮在走行导向梁下滑动，连同挂篮整体向前移动，走行导向梁即起到了引导方向的作用，又给后走行轮提供一个向下的反力。后配重梁在走行的过程中既起到了配重的作用，又起到了原结构中反扣轮的作用，防止挂篮在走行过程中发生倾覆现象，如下图所示：

安装后的整体效果

走行时，在挂篮所在节段的前一节段安放钢轨支座，用千斤顶顶起菱形架，把钢轨安放在两个钢轨支座上，千斤顶卸载，使挂篮的前走行轮落在钢轨上，然后解除菱形架及后配重梁的锚固筋，用液压千斤顶推动菱形架前端走行轮，后配重走行梁在导向梁的约束下向前移动，挂篮移动过程中的抗倾覆力由导向梁提供，力通过精轧螺纹锚固筋传至已硬化箱梁顶板混凝土。挂篮走行到位后，顶起菱形架，将钢轨抽出，然后千斤顶卸载，使挂篮落到前支座上。然后锚固后锚梁及菱形架，并将导向梁解除锚固，向前滑移，使锚点对准箱梁顶板的预埋孔，穿入精轧螺纹锚固筋，使导向梁再次锚固，为下次挂篮的走行做准备。

此种新型走行结构的优点如下:

①轨道不需要与箱梁竖向预应力钢筋进行锚固，不受竖向预应力钢筋位置的限制。用导向梁及后走行轮取代了走行轨及反扣轮，结构简单，受力明确，计算简便。

②轨道安放在前后支座的限位槽内，不需要使用精轧螺纹连接器、精轧螺纹螺母、钢枕和轨道扁担梁，节省了大量的钢材，减少了挂篮整体的制作周期，同时，不用安装各种附属的零部件，省去了大量走行前准备的时间。走行过程中不用边走行，边拆除轨道锚固筋，缩短了挂篮移动时间，走行时间比原结构节省3～4小时。用此种结构的挂篮施工一联10个节段的连续梁工期可以至少提前2天。

③不使用滑板，菱形架前后都安装有走行轮。前走行轮与钢轨及后走行轮与导向梁之间都属于滚动摩擦，同等重量的前提下其摩擦阻力要比使用滑板时的滑动摩擦力小很多，行走更容易。同时省去了在原结构的滑板及走行轨上涂润滑油的工序。

④走行结束后，钢轨随即抽出，挂篮前端作用在前支座上，较平稳，绑扎钢筋及浇筑混凝土时，荷载通过前支座作用在已前一节箱梁腹板混凝土上，不会对走行轨产生影响，也避免了走行轨变形现象的产生。

⑤采用此种走行结构后，挂篮的整体结构简单，支撑轨道的支座不需要锚固。同时，每次走行结束后，锚固导向梁的精轧螺纹可从预埋孔中抽出，能循环使用，节省了大量的锚固筋。

四、前景

综上所述，该走行结构具有结构简单，重量轻，节省钢材，由此，挂篮在制做、运输、安装、走行、拆除的过程中，能节省很多人力。导向梁及后配重梁都是一梁两用，部件的利用率有了很大幅度的提高。而且安装此结构后，挂篮的走行流程简单，便于操作，时间大大减小，有利于缩短工期，进而达到节省成本的目的。同时，在某种程度上，可以降低接茬处裂缝产生的几率。在挂篮上使用该结构，施工过程中可获得较大的收益。

目前该种走行机构已成功应用在菱形挂篮上，顺利的完成了沈阳小什字街—工农路公铁立交桥工程主梁的施工。后配重梁是通用的，是任何一套挂篮都不可缺少的部件，如将这种走行结构安装在三角形等其它类型的挂篮上也同样可以适用。可为其它工程的悬浇梁施工带来很好的效益。