鹿島菱形掛籃的結(jié)構(gòu)及構(gòu)造

鹿島菱形掛籃主要由菱形桁架、懸吊系統(tǒng)、走行系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及張拉操作平臺五部分組成。   

菱形桁架

菱形桁架是掛籃的主要承重結(jié)構(gòu)。主桁構(gòu)架豎放于箱梁腹板位置，構(gòu)架的片數(shù)可根據(jù)主梁的截面特性來定，一般為兩片，也有多片的，如吳忠黃河大橋菱形掛籃采用三片構(gòu)架；主要桿件通常由兩片槽鋼組焊而成，槽鋼的截面由結(jié)構(gòu)分析確定；各桿件間的聯(lián)結(jié)為栓接、焊接或銷接。主桁構(gòu)架間用槽鋼或角鋼組成的橫聯(lián)連接，在主桁前端節(jié)點處放置一根用2根工字鋼組焊成的橫梁，上設(shè)吊點，以做懸吊底模平臺和內(nèi)外模滑梁用，該橫梁同時起到將主桁架連成整體的作用。   

懸吊系統(tǒng)

由螺旋千斤頂、扁擔(dān)梁、吊帶或吊桿組成，用于懸掛模板系統(tǒng)，調(diào)整模板的標(biāo)高。前后吊帶（桿）：前吊帶的作用是為底模平臺提供前吊點，其承受幾乎一半的掛籃荷載。當(dāng)待灌段混凝土重量較大時，一般采用吊帶，否則用吊桿。吊帶一般用16Mn或性能更好的鋼板并布設(shè)銷孔而成，一般為3m段，分段間用銷軸連接，以適應(yīng)不同梁高的需要。當(dāng)采用吊桿時，鋼材一般用冷拉Ⅳ級精軋螺紋鋼筋。每根吊帶或吊桿在橫梁上放2臺千斤頂通過扁擔(dān)梁調(diào)整底模標(biāo)高。后吊帶從箱梁的底板預(yù)留孔中穿過，一般用16Mn鋼板上布調(diào)節(jié)孔或45號鋼棒螺帽形成，下端與底模平臺相連，上端2臺千斤頂和扁擔(dān)梁或螺帽支承在箱梁底板頂面上。后吊帶的作用是承受掛籃一半的荷載并將其傳至箱梁底板。  

模板系統(tǒng)

由外側(cè)模、內(nèi)模和底模等幾部分組成。箱梁外側(cè)模一般采用整體鋼制大模板，當(dāng)梁高變化較大時，可沿梁高分為3塊左右，以隨梁高變化拆裝調(diào)整。外側(cè)模支承在外模走行梁上，走行梁前端通過吊桿懸吊在已澆好的箱梁頂板預(yù)留孔上，后吊桿與走行梁間設(shè)有后吊架，其上裝有滾動軸承，掛籃行走時外模走行梁與外模一起沿后吊架滑行。內(nèi)模一般通過模架放置在兩根內(nèi)模走行梁上，走行梁前端吊在桁架橫梁上，后端吊在已澆梁段頂板的預(yù)留孔上方，內(nèi)模可沿走行梁滑行，除角隅處外，平面部分可用組合鋼模或木模釘鐵皮。底模由底模架、底橫梁及模板組成，通過底橫梁的前后吊帶懸掛在掛籃主桁的前吊點、已澆梁段和外模走行梁上，隨主桁一起前移，底模架由型鋼組焊成桁架，底橫梁由工字鋼組焊成格構(gòu)式梁，底模一般用木模外釘鐵皮形成。  

張拉操作平臺

張拉操作平臺通過鋼絲繩懸吊在菱形桁架的前端小懸臂梁上，一般用角鋼和鋼筋組成，平臺平面鋪以木板供作業(yè)人員站立行走。可用手動胡蘆調(diào)整其高度。

走行系統(tǒng)

掛籃走行系統(tǒng)分為桁架走行系統(tǒng)、底模、外模走行系統(tǒng)及內(nèi)模走行系統(tǒng)。桁架走行系統(tǒng)布置為：在主桁構(gòu)架下的箱梁頂面鋪設(shè)用鋼板組焊的軌道，軌道用豎向預(yù)應(yīng)力筋通過短梁固定，軌道頂面放置前后支座，支座與桁架節(jié)點栓接，前支座沿軌道滑行（支座與軌道間墊四氯乙烯板），后支座以反扣輪（或后勾板）的形式沿軌道預(yù)板下緣滾（滑）動，不需加設(shè)平衡重。走行時用2個5T手動葫蘆縱向牽引即可。軌道分節(jié)以便向前倒用。懸臂灌筑前，需要Ⅳ級冷拉精軋鋼筋將軌道上鋼軌與桁架后節(jié)點錨固，使后支座反扣輪不受力。底模及外模與主桁同步行走。具體步驟為：脫模前用手動葫蘆將底模架吊在外模走行梁上，解除后吊帶，脫模后，底模隨桁架一起向前走行。內(nèi)模脫模后，內(nèi)模架落在走行梁上，人工用手動葫蘆即可將其移至下一梁段。

（2）菱形掛籃的力學(xué)分析   

從整體看，掛籃荷載有一半左右通過前吊帶（或吊桿）傳至主桁上節(jié)點，菱形桁架以鉸接模式計算桿力，其前下節(jié)點支于箱梁頂板前側(cè)，后下節(jié)點則通過豎向預(yù)應(yīng)力筋或預(yù)埋鋼筋錨于梁上。

鹿島掛籃設(shè)計路線

1．懸臂澆筑分段長度   

設(shè)計掛籃**要決定箱梁懸臂澆筑的分段長度。懸臂梁沿梁長的分段取決于設(shè)備和施工條件。每個節(jié)段長，節(jié)段的數(shù)量就少，施工速度就比較快，但每次澆筑混凝土的數(shù)量就多，掛籃及其設(shè)備就需要相應(yīng)增大。反之，每個節(jié)段短，掛籃的承重要求小，可避免過于龐大的掛籃設(shè)備，但節(jié)段數(shù)量多，掛籃周轉(zhuǎn)次數(shù)多，總的施工進度比較慢。總之，懸臂澆筑箱梁分段長度要根據(jù)施工條件權(quán)衡利弊綜合考慮。我國近年來懸臂施工的分段長度一般為3～5m左右，**大達到8m。 

2．掛籃橫斷面 

掛籃橫斷面的布置取決于橋梁的寬度和箱梁橫斷面形式，一般全斷面上使用一個掛籃施工即可，但當(dāng)橋梁寬度很大（15m以上），箱梁橫斷面為雙箱或多箱結(jié)構(gòu)時，為了使掛籃在施工中具有一定的靈活性，在一個橫斷面上可用兩個掛籃分別施工。我國的廣西柳州大橋、武漢江漢二橋均采用這種方案。 

3．掛籃設(shè)計總體構(gòu)思 

掛籃設(shè)計中，往往根據(jù)現(xiàn)有資料和實際施工要求，選取掛籃形式、連接方式和桿件，然后進行檢算，這是**常用的一種方法。所以選擇何種掛籃結(jié)構(gòu)形式就成為掛籃設(shè)計的首要問題。   

根據(jù)國內(nèi)外掛籃施工現(xiàn)有水平，開發(fā)的輕型掛籃應(yīng)滿足實際橋梁懸臂施工的需要，設(shè)計要注重整體功能，不片面追求輕型指標(biāo)，總體構(gòu)思往往體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）減輕掛籃自重途徑

①選用一種受力合理、安全可靠、剛度較大的輕型結(jié)構(gòu)作為掛籃承重主桁； 

②掛籃用材立足國內(nèi)生產(chǎn)的高強輕質(zhì)鋼材，并便于加工； 

③掛籃澆筑混凝土?xí)r，尾部充分利用箱梁豎向預(yù)應(yīng)力筋平衡傾覆力矩以取消配重，從而減輕自重。   

（2）縮短掛籃施工周期   

①掛籃行走、模板升降等采用液壓裝置或容易操作的螺旋千斤頂，電氣集中控制，靠機械化和自動化來提高生產(chǎn)效率和降低工人勞動強度；   

②在后錨受力許可的條件下，掛籃行走時，內(nèi)外模可同步就位，盡量減少工序，縮短施工周期；   

③懸吊系統(tǒng)和錨固系統(tǒng)裝拆方便、調(diào)整簡單。   

（3）保證懸灌混凝土質(zhì)量   

模板以剛度控制設(shè)計，可采用新型材料制模板，既減輕重量又堅固耐用，且滿足所有懸灌梁段使用，不需要更換和修補。制訂施工實施細則，嚴格規(guī)范保持平衡施工及限制施工荷載的措施，保證施工安全和質(zhì)量。   

（4）改善施工條件和環(huán)境   

設(shè)計掛籃時應(yīng)考慮有寬敞的作業(yè)空間，便于放置各種機具和操作人員往返；在掛籃主桁架上方設(shè)置遮陽雨棚，改善作業(yè)環(huán)境。 

（5）考慮通用性 

對掛籃結(jié)構(gòu)作適當(dāng)處理可適應(yīng)各種跨徑、不同寬度的各類箱箱梁施工。 

4．掛籃主桁架計算 

掛籃主桁架作為承重結(jié)構(gòu)，是**重要的設(shè)計計算構(gòu)件，其計算內(nèi)容主要包括：各桿件及錨桿的內(nèi)力計算和截面設(shè)計、掛籃的變形和傾覆穩(wěn)定計算。計算應(yīng)按兩個掛籃連成一體、灌筑梁段和空載走行等情況分別進行。   

（1）荷載系數(shù)   

依據(jù)交通部頒發(fā)的《公路橋涵設(shè)計和施工規(guī)范》，荷載系數(shù)取值如下：考慮箱梁混凝土澆筑時脹模等因素的超載系數(shù)為1.05；澆筑混凝土?xí)r的動力系數(shù)為1.2；掛籃空載行走時的沖擊系數(shù)為1.3；澆筑混凝土和掛籃行走時的抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)為2。      

（2）施工荷載   

在灌筑梁段和空載走行過程中，掛籃主桁架主要承受以下幾種荷載：   

①**大節(jié)段混凝土重量：此項為設(shè)計掛籃時的控制重量；

②掛籃自重：主要包括主桁架、懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)及張拉操作平臺的重量；   

施工機具及人群荷載：根據(jù)施工中所用的附著式震搗器、張拉千斤頂及油泵的數(shù)量和施工人數(shù)計算。在沒有實測資料的情況下可按2.5kN／m計算。   

動力附加荷載：考慮澆筑混凝土?xí)r的動力因素和掛籃施工安全方面的重要性，該處動力附加荷載主要考慮兩項：a．振動系統(tǒng)產(chǎn)生的振搗力；b．梁段本身在振動中的動力影響，參照澆筑混凝土?xí)r的動力系數(shù)1.2，則梁段的動力影響為0.2倍的梁段混凝土重。   

沖擊附加荷載：主要考慮掛籃空載行走時的沖擊影響，依據(jù)掛籃空載行走時的沖擊系數(shù)1.3，則沖擊附加荷載=0.3×掛籃自重。   

風(fēng)荷載：在6級以上大風(fēng)條件下，很難保證施工質(zhì)量，一般在大風(fēng)情況下就停止掛籃施工。但由于懸臂施工為高空作業(yè)，安全性要求高，所以應(yīng)對掛籃在可能的大風(fēng)條件下的錨固、行走及整體的穩(wěn)定性進行檢算，以策安全。其數(shù)值可由當(dāng)?shù)貧庀筚Y料提供或查全國風(fēng)壓圖得到。  

混凝土偏載：可按灌筑梁段時兩側(cè)腹板澆筑混凝土**大偏差計算。   

（3）荷載組合   

根據(jù)以上各施工階段的檢算內(nèi)容和荷載情況，荷載組合如下：

荷載組合Ⅰ：混凝土重量+動力附加荷載+掛籃自重+施工機具和人群重；

荷載組合II：混凝土重量+掛籃自重+混凝土偏載+施工機具和人群重；

荷載組合Ⅲ：混凝土重量+掛籃自重+風(fēng)載；

荷載組合Ⅳ：混凝土重量+掛籃自重+施工機具和人群重；

荷載組合V：掛籃自重+沖擊附加荷載+風(fēng)載。

荷載組合Ⅰ～Ⅲ用于主桁承重系統(tǒng)強度和穩(wěn)定性計算；荷載組合Ⅳ用于變形計算；荷載組合V用于掛籃行走驗算。   

主桁結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形計算：簡化的計算常假定主桁架每一桁片承擔(dān)的荷載相同，按平面結(jié)構(gòu)計算。

5．其它構(gòu)件檢算 

掛籃的懸吊系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和走行系統(tǒng)等按一般鋼結(jié)構(gòu)計算方法設(shè)計，在此不再贅述，但因掛籃是可移動的支架，又屬于高空作業(yè)，所以在設(shè)計時必須保證有足夠的安全度，尤其要注意懸吊系統(tǒng)的前吊帶（桿），其在脫模過程中，受到的沖擊振動**大，而且承受重復(fù)作用，有發(fā)生端部斷裂的危險，因此懸吊系統(tǒng)的前吊帶（桿）的安全系數(shù)不小于2。所有計算均根據(jù)不同的計算圖示與荷載組合，求得各構(gòu)件的**大應(yīng)力，經(jīng)多次調(diào)整結(jié)構(gòu)幾何尺寸，以達到在滿足規(guī)范要求的前提下，使結(jié)構(gòu)材料**省、重量**輕。

鹿島掛籃的加工工藝

對于型鋼式掛籃，鹿島在加工過程中應(yīng)注意以下環(huán)節(jié)：   

（1）掛籃所用的主要材料包括主桁架、吊帶等受力桿件所用材料必須符合國標(biāo)要求。   

（2）確定合理的焊接工藝

由于掛籃桿件多為組焊件，為保證焊接質(zhì)量，減少焊接殘余變形，各桿件焊接前，必須先制定焊接工藝。根據(jù)掛籃所用材質(zhì)選定焊條種類、型號、規(guī)格，確定焊接層數(shù)，坡口形狀，電流大小，進行試焊。重要部位桿件焊接時，焊工必須先進行首焊試驗，經(jīng)試驗合格后方準(zhǔn)其焊接。試焊后的焊件，進行幾何形狀檢查并探傷，經(jīng)檢查合格后，此工藝方可作為掛籃桿件的焊接工藝。   

（3）確定合理的下料方案

由于桿件數(shù)量多，尺寸不一，因此，合理的下料方案對結(jié)構(gòu)的受力性能、材料的節(jié)省及焊接工作量的大小影響頗大。例如配料時，受拉桿件多采用整料，受壓桿件可用短料焊接等。   

（4）對節(jié)點的處理采用機械加工手段與工地合理的組焊方法相結(jié)合，使桿件的加工既在工地加工又有工廠的加工精度，從而保證了工期和效益。