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文本摘要：漳州战备大桥主桥的梁幅宽达27.0m，为单箱三室结构，整个截面一次整体灌注成形。介绍其所采用的三角形组合梁式宽幅挂篮的设计构思、总体构造与结构分析计算。
关 键 词：斜拉桥挂篮机械设计
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1.概况
漳州战备大桥主桥采用三跨双塔单索面预应力混凝土部分斜拉桥。梁体为单箱三室截面，支点处梁高3.8m，跨中处梁高2.4 m，梁高按二次抛物线变化，箱梁顶板宽27.0m，翼缘板悬臂长4.5m，梁底宽16.24-17.0m，两外腹板斜置。设有纵、横、竖三向预应力。
结构体系为塔墩分离、塔梁固结形式，0号块梁段长12m，1号、2号节段长3.5 m，3-15号节段长4.0m，梁段最大重量为210 t(5号节段)。
该桥结构设计对挂篮施工的要求：①挂篮承载力不小于2100 kN，挂篮自重及全部施工荷载控制在1100kN 以内；②各梁段采用一次浇注混凝土，确保挂篮有足够刚度；③满足伸臂现浇及挂篮移动各悬臂施工阶段的整体稳定。
挂篮设计主要困难为：梁段自重大，宽幅梁全断面一次浇注，应同时满足挂篮结构刚度大、自重轻及施工方便的要求。
2.三角形组合梁式宽幅挂篮设计总体构思
根据该桥结构设计的要求，结合国内挂篮施工现有水平，挂篮设计注重整体功能，不片面地追求轻型指标，总体构思体现在5个方面。
2.1 减轻挂篮自重途径
(1)选用一种受力合理、安全可靠的轻型结构作为挂篮承重主桁；
(2)挂篮用材立足国内生产的高强轻质钢材，并便于加工；
(3)主桁与底平台结构分次走行降低挂篮平衡重荷载；
(4)充分利用后锚固。
2.2 缩短挂篮施工周期
(1)挂篮设计考虑各梁段全断面一次浇注；
(2)挂篮走行考虑方便、快捷、工人劳动强度低。
2.3 保证悬浇混凝土质量
模板设计注重混凝土外观质量，以刚度控制设计，采用新型材料制作模板，既减轻重量又坚固耐用。制定箱梁施工实施细则，严格规范保持平衡施工及限制施工荷载的措施，保证箱梁施工安全和质量。
2.4 改善施工条件和环境
设计挂篮时考虑所处位置箱梁面有宽敞的作业空间，便于放置各种机具和操作人员往返；在挂篮主桁上设置遮阳雨棚，改善工人作业环境。
2.5 考虑通用性
对挂篮结构适当处理以适应各种跨径和不同宽度的各类箱梁施工。
3.三角形组合梁式宽幅挂篮总体构造
围绕总体构思进行结构设计，挂篮主要技术参数如下：悬浇箱梁最大重量为210 t；梁段最大分段长度为4.0 rn；梁段高度变化为3.8-2.4m；挂篮走行方式为穿心式千斤顶连续张拉锚固于后支腿上钢绞线前移；提升模板方式为用钢吊带通过千斤顶提升；挂篮总重为105t；挂篮主桁最大挠度为25mm；底模平台最大挠度<20 mm；工作纵坡≤ 3 。
战备大桥施工挂篮主要由3个系统组成，即主桁承重系统、底模平台和吊挂系统、平衡压重系统。三角形组合梁式宽幅挂篮结构见图1。
3.1 挂篮主桁承重系统
挂篮主桁承重系统包括主桁与前后横梁、行走装置、后锚固装置和遮阳雨棚等。
(1)主桁与前后横梁
由3片三角形主桁在其横向设置前后横梁及横向联结系组成空间桁架，并在三立柱间设置联结系形成门架。主桁采用16/20 mm厚的16Mn钢板焊接成梁高为820 mm抗扭性能良好的箱形截面。考虑通用性和拆装的方便性，钢拉带、立柱和主梁间均采用70mm(20CrMnTi)销轴连接。这种结构达到了使挂篮重量减轻的目的，且杆件布置合理、受力均匀，较好地发挥材料特性，并提供了一定的作业净空。
(2)挂篮的走行装置
挂篮的3个主梁下方分别设有前、后2个支腿及相应的配套滑道，前、后支腿与主梁间通过φ25mm的长螺杆连接。为提高三角形挂篮的操作净空，支腿的设计高度达0.9m，宽度为0.35m。支腿下方紧贴焊接1块厚度δ=2 mm 的不锈钢板，并在支腿下方的滑道内连续布设四氟板，四氟板与不锈钢板之间的最大摩阻系数μ=0.05，可有效地减少挂篮前移阻力。
(3)锚固装置
当挂篮前移就位后，挂篮尾部通过锚杆与箱梁的边(中)腹板内12根斜(竖)向蹬筋(432精轧螺纹钢筋)连接，锚固于后横梁上，后横梁上方设置千斤顶进行锚杆张拉和锚固力释放，锚杆与箱梁竖向预应力筋连接设计了一种专门的连接器，能较好地适应钢筋埋设时在各个方向产生的误差。
3.2 底模平台及吊挂系统
由于漳州战备大桥主桥的梁幅宽达27.0m，为单箱三室结构，整个截面须一次整体灌注成形，根据其结构特点，设计出一种底模平台前(后)横梁、纵梁均为桁片式的宽幅底模平台(图2)，为战备大桥施工工艺的顺利实施提供了有力的技术保证。
底模平台的前吊挂采用钢绞线和钢吊带配合使用，并通过分配梁锚固于前上横梁上，钢吊带和钢绞线间设置专用连接器进行连接，以减少吊挂系统的重量，方便施工；而后吊挂则采用钢吊带锚固于前一节段箱梁底板上，底模平台的两侧操作平台部分则通过钢绞线锚固于前一节段箱梁顶板翼缘上。
3.3 平衡压重系统
挂篮前移之前，先将底模平台临时吊挂于箱梁顶板上，并将用于挂篮前移压重的2只圆形水箱按照设计进行装水压重，然后解除挂篮主桁的后锚固约束，安装好穿心式连续张拉千斤顶进行一次挂篮主桁及导梁的前移就位，再将挂篮的后锚固与箱梁的竖向蹬筋连接锚固，最后将底模平台、侧模和内模分别通过导梁滑移就位，并将底模平台的前后吊挂锚固好。为了减轻挂篮的自重及箱梁顶荷载，灌注混凝土前需要将圆形水箱内的水放掉。
4.三角形组合梁式宽幅挂篮计算
4.1 荷载系数
有关荷载系数依据交通部颁发的公路桥涵设计和施工规范，荷载系数取值如下：① 考虑箱梁混凝土浇注时胀模等因素的超载系数为1.05；② 浇注混凝土时的动力系数为1.2；③ 挂篮空载走行时冲击系数为1.3；④ 浇注混凝土和挂篮走行时的抗倾覆稳定系数为1.5。
4.2 作用于挂篮的主桁荷载
箱梁荷载：浇注箱梁的最大重量为2100 kN，考虑浇注混凝土时动力因素和挂篮施工安全方面的重要性，控制设计最大荷载W=1.2×2100 kN=2 520 kN。
施工机具及人群荷载：2.5 kPa，但总荷载不超过150 kN，因施工面积超过60 m²，故施工荷载取150 kN，其中底模平台承担150 kN×0.6=90 kN，侧模承担150 kN×0.4=60 kN。
挂篮自重：1050 kN。
风荷载：(由当地气象资料提供)750 Pa。
混凝土偏载：箱梁两侧腹板浇注最大偏差取10m³混凝土，自重约250 kN。
4.3 荷载组合
荷载组合Ⅰ：混凝土自重+动力附加荷载+挂篮自重+人群和施工机具重；
荷载组合Ⅱ：混凝土自重+挂篮自重+混凝土偏载+人群和施工机具重；
荷载组合Ⅲ：混凝土自重+挂篮自重+风载；
荷载组合Ⅳ：混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具重；
荷载组合V：挂篮自重+冲击附加荷载+风载。
荷载组合Ⅰ--Ⅲ用于主桁承重系统强度和稳定性计算；荷载组合Ⅳ用于刚度计算，荷载组合V用于挂篮走行验算。
4.4 计算说明
(1)通过计算来设计底模平台纵梁，前、后下横梁并求得其吊点反力。
(2)检算外导梁受力是否满足要求，并求其前后吊点反力。
(3)通过各前吊点的反力，设计前上横梁，然后计算挂篮主桁三角架各部件内力并求出挂篮前支点反力和后锚固力。
(4)计算挂篮空载走行时倾覆稳定系数。
(5)通过计算为现场施工提供底模平台前端预抬量参考值。
(6)计算假定：① 箱梁翼缘板混凝土及侧模重量通过外导梁，外模吊挂梁分别传至前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前上横梁上。② 箱梁顶板混凝土，内模及其支架的重量由底模平台承担。③ 箱梁底板、腹板混凝土及底模平台重量分别由前一段已施工完的箱梁底板和挂篮主桁的前上横梁承担。④ 挂篮主桁的立柱与斜拉钢带之间的连接假定为铰接。
4.5 结构分析计算
主桁结构内力与位移计算：挂篮主桁为空间桁架结构，杆件联结分刚性、铰接和半铰接节点，对于焊接节点可处理为刚性节点，对于仅在一个平面内转动而另一平面不能转动的销接视为半铰接。计算主桁内力和位移采用“Pframe”程序计算，并用“SAP91”程序复核计算。
其它构件计算：挂篮的各种分配梁、销轴、吊带和底模平台等均采用“Pframe”进行计算。
所有计算均根据不同的计算图式和荷载组合，求得各构件的最大应力，经多次调整结构几何尺寸，以达到满足规范要求的前提下使结构材料最省、重量最轻。
5.结 语
实践证明，战备大桥设计使用的3片主桁组成的三角形组合梁式宽幅挂篮具有非常鲜明的自身特点，为宽幅主梁的全断面一次性灌注提供了强有力的技术保证和实践经验，且每段箱梁平均施工周期仅为7．5 d，比原计划的10 d缩短了2．5 d，为整座桥的提前建成并顺利通车创造了有利条件。
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