曲弦钢桁加劲连续梁桥挂篮施工监控

孙永震，狄小东，赵建民，窦 晗，戴 伟，陈 国，2*

（1.中铁一局集团有限公司第三工程分公司，陕西 宝鸡 721006；2.南京林业大学 土木工程学院，南京 210037）

挂篮是连续梁桥和T 形刚构桥悬臂浇筑施工过程中的一种重要设备，相较其他方法，挂篮施工不需要架设满堂脚手架和使用大型起吊设备，具有构造简单、刚度大和移动方便的特点，同时不影响桥下正常的通航和通行。近年来，由于设计和施工不当所致的事故时有发生，轻者影响工程进度，重则桥毁人亡。挂篮是一种临时性结构，但其安全性没有得到足够的重视。以沈界1 号特大桥曲弦钢桁加劲连续梁桥为工程背景，介绍挂篮系统的前吊杆、后吊杆、模板、操作平台和走行系统，实时监测不同工况下的前、后吊杆内力，并与理论值进行对比分析，以期为类似挂篮的设计和应用提供技术支撑。

1 工程概况

郑阜铁路沈界1号特大桥跨宁洛高速为（86+172+86）m曲弦钢桁加劲连续梁长度345.8 m（图1），起讫里程DK193+420.95～DK193+767.05，298～299号墩为跨越宁洛高速公路主墩[1-4]。采用先梁后钢桁的施工方法，混凝土连续梁采用挂篮悬臂浇筑施工；钢桁结构在合龙的混凝土梁桥面上拼装，桥长345.8 m。主梁采用单箱双室变高度箱形截面，主梁顶宽一般段14.6 m，边支点处考虑与邻跨标准梁相接顶宽线性变化为12.6 m，全联在端支点、中支点及钢桁-混凝土梁结合点处共设17道横隔板。因连续梁跨度大、节段多，工艺复杂、施工时间长；同时该高速昼夜交通繁忙，长时间在其上方施工，安全隐患较大，被公司列为安全一级风险监控项目。鉴于以上因素，为确保挂篮上跨高速施工安全，及时掌握挂篮吊点受力状态，对挂篮前后吊点精轧钢采用应力监控技术，全方位确保大跨连续梁上跨高速施工安全。

图1 沈界1 号特大桥

2 挂篮设计原则

挂篮结构应具有足够的强度、刚度和稳定性。常见的挂篮形式有三角形、菱形、弓弦形等。挂篮杆件一般采用型钢组焊成箱形结构，主桁纵梁采用钢板组焊，斜杆采用钢带或精轧螺纹钢筋。由于挂篮施工完全不占用路面，无须中断主辅路交通，也不需要架设支架和大型吊机，尤其适合于建造上跨既有运营线路和繁忙水道的桥梁。依靠“挂篮”的移动，让现场浇筑的混凝土箱梁在“挂篮”中产生，每次浇筑2～4 m 长，桥体硬化并达到足够的强度后，液压装置将把挂篮向前推进，然后再浇筑新的一段梁体[5-7]。

3 挂篮结构

郑阜高铁沈界1 号特大桥采用三角形挂篮悬臂浇筑施工，由主桁架、吊挂及锚固系统、模板系统和走行系统4 部分组成，如图2 所示。根据连续梁的受力特点和现场情况，采用先边跨后中跨的合龙方案，首先浇筑桥梁主墩（297～300 号）墩，待0 号块的混凝土达到设计强度后，在其上部对称安装2 套挂篮。边跨和中跨分别有20 个、39 个节段，合龙段长2.0 m，连续梁最大节段长5 m，最大梁段高9.601 m，挂篮施工的最大悬臂浇筑重量达344.07 t。

图2 三角形挂篮

3.1 主桁架

由于三角形桁架是挂篮系统的主要承重结构，因而3 组三角形桁架分别布置于预应力混凝土箱梁的中腹板和边腹板处。其中，桁架采用I40b 槽钢组焊而成的箱型结构，为便于挂篮的反复拆装，各杆件之间通过节点板销接，销直径为100 mm。桁架前端通过2 根I50b 工字钢组焊成的横梁相连，上设16 个吊点，其中10 个吊底模平台，另6 个吊内、外模滑梁。

3.2 吊挂及锚固系统

前吊杆的作用是为底模平台提供前吊点，前吊杆共设12 根，其中6 根用于吊挂底模，其余吊杆用于吊挂内模和外模滑梁。后吊杆穿过预应力混凝土箱梁顶板和底板，并将挂篮纵梁锚固于箱梁顶面，共设24 根，其中12 根吊挂外侧模板走形梁，10 根掉挂内侧模板走形梁，2 根用于吊挂底部的模板。前后吊杆采用直径为32 mm 的冷拉Ⅳ级精轧螺纹钢筋。

3.3 模板系统

在浇筑单箱双室混凝土梁前需要安装内模板、外模板和底模板。常见的模板有木模板、钢模板和竹模板。沈界1 号特大桥主要采用钢质模板。外模板支承在外滑梁上，而外滑梁通过吊杆与前横梁连接，并且随着挂篮向前行走而移动。内模置于2 根内滑梁上，内滑梁前端通过吊杆吊挂于前横梁上，而内滑梁后端通过吊杆固定于已浇梁段顶板上方，内模架沿内滑梁滑行。底模架的纵梁和横梁分别为I50b 和I40b 工字钢梁。

3.4 走行系统

在预应力混凝土箱梁顶面沿横桥向铺设I25 工字钢枕，并与箱梁顶板预埋的竖向预应力筋焊接，然后在钢枕顶部安装沿纵桥向的钢轨。为了降低主桁架和钢轨的摩擦力，通常在钢轨顶面铺设四氟乙烯板。在灌注混凝土前，采用螺纹钢筋将轨道上钢枕与桁架后节点锚固，使后支座反扣轮不受力。脱模前，用手动葫芦将底模架吊在后横梁或外滑梁上，解除后吊带。待混凝土达到规定的强度后，采用千斤顶依次张拉预应力钢筋至设计强度，随后开始脱模作业，内模架落在内滑梁上，底模随桁架在手动葫芦的牵引下一起向前缓慢滑行至下一个待浇筑的节段。

4 挂篮吊杆拉力监测

4.1 测点布置

为了确保悬臂浇筑过程中的挂篮安全性，有必要实时监测位于挂篮最前端的前吊杆及挂篮尾部锚固端的后吊杆的受力情况。在被测构件的表面布置JMZX-212HB 钢弦应变传感器（图3），通过JMZX-300XL 综合测试仪（图4）可实时读取钢弦应变传感器内部钢弦的频率，再利用频率与应力应变的关系，从而得到被测构件的应力，将应力值乘以构件横截面面积最终计算得到构件的内力。前横梁和主梁压梁是三角形挂篮的主要构件，其内力值大小直接关系挂篮悬臂施工的安全。分别在前吊杆和后吊杆布置12 个和13 个应变传感器，具体位置如图5、图6 所示。

图3 钢弦应变传感器

图4 JMZX-300XL 综合测试仪

图5 前吊杆传感器布置图

图6 后吊杆传感器布置图

4.2 监测方案

沈界1 号特大桥预应力混凝土箱梁采用先边跨后中跨的合龙方案，每个悬臂浇筑的梁段长度约为2 m，每一节段可定义为一个工况。通过监测每一节段浇筑混凝土前后的应力变化，获得前横梁吊杆和主梁压梁的内力变化规律。

4.3 结果分析

利用桥梁通用结构软件Midas对主桥挂篮的各施工阶段进行计算分析，为悬臂浇筑过程中的挂篮吊杆监测提供理论依据。298号桥墩边跨和中跨悬臂施工时的挂篮前横梁螺纹钢吊杆的实测值和理论值见表1。以3号测点为例，298号桥墩边跨的实测值和理论值分别为66.29 kN和68.34 kN，298号墩中跨的实测值和理论值分别为73.82 kN和77.70 kN，对于大部分测点而言，边跨的前吊杆内力值小于中跨前吊杆内力值。2号、3号和4号测点靠近298号墩的箱梁腹板处，因而此处的前吊杆的内力较大，距离腹板越远，吊杆的内力越小。

图7 为298 号桥墩的挂篮后吊杆的内力图。很显然，中跨和边跨测点的吊杆内力实测值均小于理论值，最大相对误差为17.01%，相对误差在20%以内，均在安全范围内。沈界1 号特大桥预应力混凝土箱梁横截面为单箱双室结构，靠近腹板处的后吊杆的内力较大，远离腹板处的后吊杆内力较小，挂篮在各个工况下均处于安全受力状态。同时，利用cras 随机振动测试系统，采用弦振动力测试方法，对施工阶段中三角挂篮部分精轧螺纹钢拉杆进行了测试分析，结果与利用外置式钢弦应变传感器监测数据一致。挂篮吊点应用外置式钢弦应变传感器使现场随时可以掌控各吊点受力状况，确保了挂篮施工安全受控。

图7 后吊杆内力值

5 结束语

三角形挂篮结构前端用于吊挂混凝土箱梁的前吊杆以及锚固挂篮的后吊杆均处于安全受力范围内。前后吊杆内力的理论值均小于理论值，所采用挂篮结构形式满足施工要求。现场采用外置式钢弦应变传感器监测前后吊杆的方法可实时掌控各吊点受力状况，确保了挂篮施工安全受控。靠近腹板处的吊杆的内力值较大，在箱梁悬臂浇筑过程中应给予高度的重视。