1、大连理工大学硕士学位论文红枫湖大桥挂篮施工方法研究姓名：栗勇申请学位级别：硕士专业：桥梁与隧道工程指导教师：黄才良;张哲20030601摘要摘要斜拉桥主梁施工方法的选取，除考虑斜拉桥的结构体系、索型、索距和主梁断面形式等因素外，还应考虑施工技术设备和工程现场条件等因素。红枫湖大桥由于受其所处地形和其周边环境的影响，因此该桥主梁的施工方法采用挂篮施工。本文着重对挂篮施工中的设备、挂篮施工工艺及挂篮施工模拟计算进行了研究，作了如下工作：1对挂篮的类型、受力特点、适用性及我国挂篮应用的现状进行了总结和归纳，提出了挂篮今后发展的方向。2论证了红枫湖大桥挂篮的结构形式，并通过采用弧形梁、前锚梁解决了空间
2、斜索面斜拉索与挂篮连接的问题。首次将力能杆件拼装的挂篮应用于空间索面的斜拉桥主梁施工中。3分析了拉索的自重垂度对其在梁上倾角的影响，并推导得出梁上倾角的垂度修正实用计算公式。对红枫湖大桥拉索的梁上倾角进行了垂度修正计算，精确地确定了前锚梁相对于弧形梁的位置。4提出了该桥用挂篮逐段浇筑施工的主要施工工艺：0#块施工工艺、1#块施工工艺、标准节段施工工艺及合拢段施工工艺。5根据挂篮关键部位的受力限制条件，给出了前支点斜拉索索力范围确定的方法、原理及步骤，结合该桥编制了计算程序，进行数值计算，并在施工过程中得到运用。6建立了前支点挂篮施工模拟计算流程，并对红枫湖大桥挂篮施工的牵索方案、拉索初始张拉力
3、及施工各节段的立模标高的确定进行了探讨。关键词：挂篮施工：前支点挂篮；空间索；垂度效应；索力；牵索方案一 垒! _-_-_-_-_-_，-AbstractThe construction method of main girder of cablestayed bridges needs not onlyconsidering the structural system oftablestayed bridges，arrangement ofcables，crosssectionof the main girdel,but also considering construction techn
4、ology,equipments and thecondition 0n the spotDue to the influence of topography and the environment，travelingcarriage iS adopted in main girder construction ofthis b ridgeEquipments in eonstruction，technology and analog computation are mainly researched in this paperThe work has beendone as the foll
5、owing：1The type，force characte5 applicability of traveling carriage and application conditionof traveling carriage in China are summarizedAnd the evolution direction for travelingcarriages is brought forward2The structural configuration of traveling carriage is demonstrated，The connectionproblem of
6、anchor joint between space cable and traveling carriage is solved by areshapedbeam and former anchoring beamIt is the first time for traveling carriage made of standardrods to be applied in construction ofmain girder ofcablestayed bridges with space cables3 Self-weight drooping affection on cableS a
7、ngle is analyzedThe droops-modifiedformula of cables angle iS derived，Alteration calculation about cables angle of HongfengLake Bridge is doneand the relative location of fore-anthored beam to arcshape beam iSdetermined accurately4The piecemeal construction technology with traveling carriage is put
8、forward：0_section1样section。standard section construction technology and closure section constructiontechnology5According to the force limitations for the key parts of the traveling carriage，themethods，principle and procedures for the determination ofthe acope offorefulcrum foroe aregivenBased on the
9、 characters of this bridge，the computer program is developed madnumerical caleulatiorl for this bridge iS applied during construction。6Analog computation process of construction with traveling carriage is brought forward，and the determination methods of tensioning process of cables，initial tensionin
10、g force andinitial erection altitude ofeach section are discussedKey words：Construction with traveling carriage；Fore-fulcrum traveling carriage；Space cable；Droops affection；Cable force；Cable tensioning processJj第一章前言第一章前言11斜拉桥主梁的施工方法251”n儿帕们1目前，斜拉桥施工方法很多，大体可分为如下几种方法：支架法、顶推法、悬臂拼装法、悬臂浇筑法等。支架法安装通常用在桥下净
11、空要求低和临时支架不影响桥下交通的场合。它的特点是能保持所要求的几何形状和坡度的正确性，井因净空低而带来造价上的便宜。顶推法胞工适用于不允许干扰桥下交通并且悬臂施工又不可行的地方，特别对于中小桥比较适合。悬臂拼装法适用于具有一定施工场地和通航量不大的工程中。悬臂浇筑法则在通航繁忙的河道中占有很大的优势，而且不需要大吨位的吊装设备。下面就这几种方法进行简要的介绍。1支架法用脚手架架设斜拉桥主梁的最简单方法。当搭架不影响桥下交通时此种方法能保证桥梁设计要求的几何尺寸、形状、坡度等，并能在经济上受益。比如日本的丰里桥是一座连续的正交各向异性箱梁结构，采用单索面的扇形拉索和A型钢塔。箱梁采用支架法安装
12、，桥面板的纵向接头系在现场焊接，横向连接采用高强螺栓。A型钢架塔的两个塔柱分别安装，然后由较低的鞍座的门型支撑连接起来，先将主梁顶起使所有的钢索安装好，然后放松千斤顶并拆去临时排架，其施工过程如图111所示。一：4一：。 。一几。”l一一IL，r一一_一、一10 c!一飞1安装主粱和塔朴2顶起(A点=85cm，BJrJ,=140cm)1割譬耋寻：可蒂董攀h_J、fl H fI f； Ll可酋一一ji-一扯r1C，甘一一一t一3架设钢索。；三乏型睦至二。二一几一可1鸟一一一，一一一二二二=习F=：二一v一K一一F一4放松千斤项，拆除临时支架图11-1丰里斜拉桥的架设方法Fig 111 Erect
13、ion ofFengli Cablestayed Bridge矽妊e摹抽红枫湖大桥挂篮旆T方法研究2顶推法用顶推的方法架设桥梁，早期在钢连续梁中使用过，六十年代初期开始应用于预应力混凝土连续梁桥的施工中。此法在国外已应用于钢斜拉桥的修建当中，目前预应力混凝土斜拉桥采用顶推法已有实例。由于该法具有设备和施工工艺简便、节省劳动力、施工进度快等特点，因此在地形和水文条件适合的场合，或在城市跨线桥中采用顶推法架设预应力混凝土斜拉桥有可能成为比较合理的施工方案，目前在我国已有应用实例，顶推法施工的适用范围及特点如下：1桥台后面有足够的预制和现浇的施工现场。2可用于直线桥，或整个桥长具有相同半径的曲线桥。
14、最适于上部结构为等截面的单箱或双T型截面形式。3架设跨越铁路、公路的跨线桥时，采用其它方法不能具备必须的安全措施时可采用顶推法，它通常用于不干扰桥下交通同时又不能采用悬臂施工的场合。4大跨径桥梁中如具备在河中架设临时墩的条件可采用顶推法施工。5预制场地固定，运输距离短，设备集中使用，易于工厂化，从而能保证施工质量。以上为一般桥型的施工特点，与之相比，预应力混凝土斜拉桥由于具有跨径大，结构形式多样化以及构件重量大等特点，因此采用顶推法施工时应具备如下的条件和特点。1修建大跨度的跨线桥，而又无条件采用悬臂施工时。2桥墩很矮，不受水文、地形影响，适合架设临时支敦时。3斜拉桥的结构形式为悬浮式或梁与塔
15、、墩分离的连续梁时。尤利西大街桥即采用顶推法施工，其施工步骤如图112：0二鲢：!I，r卜-、 IL_：三!：r且二一i_、I 十，I 喇J-J，一一I，L_L一，I；L一21【 X重且第一章前言I II IIIV IX X_|II。一- 【f-T-J1 milL_It_，ILJLI1 I| I I曩 量ll!】 一1一Ii_L叫 圳 J-00一卜_卜 j一。_L-LL一址一一L。ji=l L：复：羽图112顶推法施工示意图Fi9112 Sketch ofIncremental Launching Construction3悬臂法它是架设大跨度桥梁中最常用的施工方法。可分为悬臂拼装法和悬臂浇筑
16、法两种，施工过程中需要临时支架等辅助设施架梁及浇筑混凝土。例如重庆市劳动路横跨嘉陵江的独塔斜拉桥主梁230m就是采用悬臂浇筑合拢时，已建成的重庆长江二桥、广东三水大桥等也是采用悬臂浇筑的典型例子。而悬臂拼装法的一个典型例子就是广东省的九江大桥。(一)悬臂拼装法悬臂拼装法是将主粱在预制场分段预制，然后将预制块件分别运输至T构处，按一定的安装顺序起吊就位的方法。该种方法由于主梁是预制的，墩塔梁可平行作业，因此可以缩短施工周期，施工进度快、高空作业少，主梁预制混凝土龄期较长，收缩徐变量小，梁段的质量容易保证，但该方法适用于具有一定施工场地和通航量不大的工程中，如由桥上运输则对通航无影响。通常，为了减
17、轻块件吊装重量，常常采用密索体系斜拉桥，或采取主梁与行车道板分别预制拼装的方法。在有条件解决大型吊装设备时，采用全截面整体吊装方法，施工速度将更快，整体性更好。主梁预制应考虑以下问题：1及设备的技术性能。2便于块件出场、堆放及运输。3便于模板、钢筋及其它预制材料的运输。4设置台座的可能性。悬臂拼装时，块件起吊的方法很多，一般根据桥位地形、水文和工程设备及技术条件选择起吊方法。经常采用的有悬索起吊、千斤顶起吊、吊机和浮吊等方法。悬索安装方法如图113适用于桥位两岸为陡峭的深谷或便于悬索锚固的地形情况，该方法一般在三跨桥梁中采用，由于桥塔均比较靠近岸边，往往与支架法混合采用，即边跨在支架上预制，而
18、中跨采用悬索吊装，利用已浇好的桥塔兼作安装索塔，可以节省大量的施工钢材，该方法受悬索吊装能力的限制，预制块件不能太大。3红枫湖大桥挂篮施工方法研究、 j塑蝇誊，n、，|、卜、。 、H菘葡jl可、锚生量一图113缆索吊装示意图Fi911-3 Sketch ofCableway Erection千斤顶起吊方法如图11-4所示，采用该方法一般先在塔柱问现浇一段起始梁段，以便放置起吊设备。然后，在起始梁两端进行平行作业。在塔桩两侧的的起始梁段上，分别放置可以移动的施工桁架，施工桁架一端支撑在已完成的桥面上，另一端用施工缆索吊在塔架横梁上。在桁架上安装与吊杆相连的予斤顶，当驳船将预制块件运输到桥下时，吊
19、杆与预制块件铰接，通过千斤顶起吊，预制构件缓缓提升到桥面标高就位。该方法吊装比较安全、起重重量大，适宜整体截面吊装，其特点是施工荷载不超过运营荷载。h。、予丌城驳船图114千斤顶起吊示意图Fi9114 Sketch ofLifting Segments with Jacks吊机起吊方法即采用大吨位的吊装设备(吊机)将主梁从驳船吊装到梁位的方法。它要求有大吨位的起吊设备，其特点是施工速度快。(二)悬臂浇筑法悬臂浇筑法即是从塔柱两侧用挂篮对称地浇筑混凝土的施工方法。由于梁段的制作和安装均在挂篮上进行，而不是在河道上作业，这样施工时不受河流、水文、地质条件的影响，也不影响通航。悬臂浇筑法不需要重型吊
20、运设备，节省施工场地；模板可多次使用，施工用钢量少；主梁接缝较为密实，整体性能好；施工简便。但缺点是采用该方法施工时主梁标高需考虑挂篮变形、混凝土收缩、徐变等的影响，同时高空作业多，施工周期也较长。采用悬臂浇筑法时，一般将梁分成适当梁段进行悬臂施工，粱段的划分根据斜拉索的节间长度、梁段重量、纵向预应力筋的设置和模板的周期使用要求等来进行分段，其4蒸一、广11昌，第一章前言施工工序如下1拼装支架或悬臂托架，浇筑主梁起始梁段。2拼装悬臂挂篮，若起始段较短时，可先拼成双悬臂挂篮，对称悬浇梁段，张拉纵向预应力筋并灌注砂浆。3拆拼成两个挂篮并前移，如遇有斜拉索的梁段，前移挂篮后，安装斜拉索并张拉索力。4
21、浇筑下一梁段混凝土，对称张拉纵向预应力筋及管道灌浆。我I雪大部分斜拉桥施工都采用此种方法，如上海柳港大桥、辽宁长兴岛桥、济南河大桥等。与其它桥型挂篮相比，斜拉桥挂篮更能充分利用斜拉索的索力来减轻挂篮负荷。这种挂篮最早出现于美国damespoint桥中。如图115所示，挂篮后端锚固于已浇梁节段上，把待浇段主梁通过工具式链杆锚固到挂篮前端，由斜拉索和己浇节段主梁来共同承担待浇梁段混凝土重量。待混凝土达到设计强度后，拆除链杆，让节段重量转换到斜拉索上再前移挂篮，重复上述施工步骤。重庆长江二桥、铜陵长江大桥等几座预应力混凝土斜拉桥其施工即采用这种挂篮形式。、j7 、 斜拉索，L 、，|1、l已浇块件l
22、 t 待浇块件、【、I七 l，F、y ， ， ， 、l 多， ? 7 、 7 ? 、 ， |_，、 、 ，、 ，? 图115悬臂浇筑法示意图Fi9115 Sketch ofthe Impending Construction12论文背景1工程背景埘贵州红枫湖大桥是国道主干线上海至瑞丽公路(贵州境)上的特大型公路桥梁是国家重点建设项目。红枫湖大桥为独塔双索面预应力混凝土斜拉桥。全桥长654m，其中主桥长为317m，为30+102+185ma桥面宽度28m(不含索区宽度)，双向四车道，不设人行道。节段基本长度为8m，边主粱梁肋基本宽度17m，横隔板的基本间距为8m；主粱顶板厚032m，双向2横坡，
23、主梁的梁高是21m。主塔承台与主梁连接处采用固结。主桥总布置图见图121，横断面见图122所示。红枫湖大桥挂篮旌工方法研究136449一 、 124293 确 一 1242i 93 77图121红枫湖大桥立面图Fi9121 Elevation ofHongfenghu Bridgel，一一一一一一1I一一一一一一 。惮旧!是I叫31“)12一图122主梁横断面图Fi9122 Crosssection ofGirder2红枫湖大桥主梁施工方法的论证红枫湖主桥结构如图121所示，分为主跨、边跨、次边跨。次边跨桥下净空小，且不存在影响桥下交通问题，适合于支架法施工。边跨和主跨桥下净空太高，支架法很明
24、显不适合。顶推法则需要在主桥附近有大片预制场地，这对于作为国家风景区的红枫湖来说，为避免对周边环境的过度破坏，不允许在其附近建设预制场地。主梁节段必须在远处预制，这将带来运输距离太远，费用太高的问题。同时，如要安装顶推滑道，则必须在桥下搭设临时支撑。鉴于主跨和边跨桥下净空太高，搭设临时支撑将增加大量施工费用，且在施工期间临时支撑的安全性难于得到保证。因此，顶推法同样也不适合。悬臂拼装同样需要大面积的预制场地，块件的运输需由船舶运送到位。同样存在运输距离太远的问题，而且在施工过程中需要配备一定的大型吊装设备和运输设备，节段安装精度要求较高，因此，该方法也同样不适宜。与前几种方法相比，第一章前荨悬
25、臂浇筑法不需要大型的起吊设备，节省施工场地。并且梁段的浇筑在挂篮上进行，而不是在河道上作业，这样施工不受水文、地质条件的影响。同时，模板可多次使用，施工用钢量少；主梁接缝较为密实，整体性能好；施工简便。尽管施工阶段较长，但综合考虑，悬臂浇筑法为该桥最理想的旌工方法。13本文的主要内容斜拉桥是一种高次超静定结构，混凝土收缩、徐变及温度应力对结构内力影响很大，其计算工作非常复杂。因此为避免计算模型与实际荷载工况相去甚远，有必要对施工荷载进行精确的计算。红枫湖大桥的主梁采用悬臂浇筑施工法(挂篮施工法)，因此挂篮的设计就成为一项重要的任务。一方面挂篮的设计要求重量轻、刚度大、施工节段要长，同时周转要快
26、；另一方面挂篮的设计又能为主桥的计算模型提供精确的施工荷载，为计算索力提供依据，同时也为斜拉桥主桥的施工计算作好准备。本人荣幸受到贵州桥梁公司委托，设计用于该桥悬臂浇筑施工的挂篮，并针对该挂篮特点对挂篮施工工艺及挂篮施工模拟过程进行了研究。本文结合作者在挂篮设计期间所做工作，主要介绍了以下几方面内容：1本文参阅了国内外有关挂篮施工的文献资料，对挂篮的类型、受力特点、适用性及我国挂篮应用的现状进行了总结和归纳。提出了挂篮今后发展的方向。2归纳了用于挂篮设计的理论基础，包括有限单元法原理和空间梁单元、空闻桁架单元的计算模型。3根据红枫湖大桥具体情况提出该桥挂篮的结构形式，挂篮设计时应考虑的各种受力
27、工况，并对其进行了空间仿真分析。4提出了该桥用挂篮逐段浇筑旌工的主要施工工艺：0#块施工工艺、1#块施工工艺、标准节段施工工艺及合拢段施工工艺。5建立了牵索挂篮施工模拟计算流程，并对红枫湖大桥挂篮施工的牵索方案、拉索初始张拉力以及簏工各节段的立模标高的确定进行了探讨。红枫湖大桥挂篮施工方法研究第二章挂篮的发展状况21概述“”悬臂浇筑法施工从20世纪60年代由前西德首先使用以来，发展至今，已成为修建大中跨径桥梁的一种有效施工手段。日本预应力混凝土工业协会关于预应力混凝土长大桥梁的调查研究报告指出，1972年后建造的跨径大于lOOm以上的桥梁近200座，其中悬臂法施工的主要设备已有多种类型，有些国
28、家如日本、法国等已有定型的系列化产品。我国从80年代开始使用这种技术以来，也已取得了巨大的成就。因此，总结并比较各种类型挂篮的优劣，对今后的应用及其发展有着重要意义。挂篮悬臂浇筑施工又称为迪维达克施工方法，这种施工方法一般将梁分成若干节段以挂篮为施工机具进行悬臂对称施工。挂篮是一个能沿梁顶滑动或滚动的承重结构，其锚固悬挂在已施工的前端梁段上，在挂篮上可进行下一梁段的模板、钢筋、预应力管道的安装，混凝土灌注和预应力张拉、灌浆诸作业。完成一个阶段的循环后，挂篮即可前移并固定，进行下一节段的悬灌，如此循环至悬臂灌注完成。22挂篮的分类、结构特点小“1m71瞰1221挂篮分类及组成目前，挂篮的形式很多
29、，构造上亦有差异，其常见的分类方法有：1挂篮使用材料分类：有万能杆件、军用梁、贝类梁等制式杆件组拼和型钢加工制成两种：2按主要承重结构形式分类：桁架式(包括平弦无平衡重式、菱形、三角形、弓弦式等)、斜拉式(包括三角斜拉式和预应力斜拉式)、钢板梁式及牵索式四种；3按受力原理分类：垂直吊杆式、斜拉式、刚性模板三种；4按其抗倾覆平衡方式分类：压重式、锚固式和半压重半锚固三种；5按其走行方法分类：一次走行到位和两次走行到位两种；6按其移动方式分类：滚动式、滑动式和组合式三种。挂篮通常都有以下几个组成部分：承重结构、悬吊系统、锚固装置、走行系统和工作平台。承重结构是挂篮的主要受力构件，它承受施工设备和新
30、浇筑节段的全部重量，并通过支点和锚固装置将荷载传到已施工完成的梁身上。挂篮的走行系统可用轨道或四氟乙烯滑板，牵引动力一般用电动卷扬机，它包括前牵引装景和尾索保护装置。为保证浇筑混凝土时挂篮有足够倾覆稳定性，往往在挂篮的尾部设置后锚固，一般通过埋在梁肋内的竖向预应力筋实现，当后锚能力不够时，也可以采用尾部压重等设施。第二帝挂篮的发展状况挂篮的主要功能是支撑模板，承受新浇混凝土重量，出工作平台提供张拉、灌浆的场地，调整标高。因此，挂篮不仅要求有足够的强度保证，还要有足够的刚度及稳定性，自重轻，移动灵活，便于调整标高等。几种主要挂篮的结构形式如图221图2。2-8所示。平衡重图221平行桁架式挂篮F
31、i92厶1 Parallel Trtls$Traveling Carriage主桁系统1 、y卜 j堂号譬可、J 7T、111、陟1、前后l：横桁聚I盟。lj、，1 、L 7J 障匝尘：k尘：睾塑型 h日期，一毒，w商。易izL=22亏 鼹 ：9蹬1基篡筵 卞11f刁叶一：j1。-f_：K1厂厂自篮 雇衅、匕一l、0，7 1，I、沙图22-2平弦无平衡重挂篮Fi922-2 Horizontal Chord Traveling Carriage without Balance Weiglat“ l_-|觥、，筮、l垂 二：丛图22-3弓弦式挂篮Fi9223 Curve Chord Traveli
32、ng Carriage9堑塑塑查堡些堡塑三查鲨堕壅 图224三角型组合梁式挂篮Fi9224 Triangular Composite Beam Traveling Carriage生粱物o：磁 出一图225滑动斜拉式挂篮Fi9225 Moveable Diagonal Tied Traveling Carriage前上横粱o幺 -掣弘。纩。图226菱形桁架式挂篮Fi922-6 Diamond Truss Traveling CarriageO第二章挂篮的发展状况后锚(a)(b)调整销图227自承式挂篮Fi9227 Self-supporting Traveling Carriage(a)】、
33、、， 、厂r丁 、II 。产蛆r垄翌望，1 、 、 ? 、 ， 、 、 ， 、 、图2,28牵索式挂篮Fi922-8 Launching-cabled Suspended Traveling Carriage222挂篮结构的主要特点1按主要承重结构形式分析挂篮结构的主要特点擎营红枫湖大桥挂篮施工方法研究(一)平行桁架式挂篮。平行桁架式挂篮的上部结构外形一般为等高度桁梁，其受力特点是：底模平台及侧模架所承重均由前后吊杆垂直传至桁梁节点和箱梁底板上，故又称吊篮式结构，桁架在梁顶用压重或锚固或二者兼之来解决倾覆稳定问题，桁架本身为受弯结构。(二)平弦无平衡重挂篮。平弦无平衡重挂篮是在平行桁架式挂篮的
34、基础上，取消压重，在主桁上部增设前后上横桁，根据需要，其可沿主桁纵向滑移，并在主桁横移时吊住底模平台及侧模支架。由于挂篮底部荷重作用在主桁架上的力臂减小，大大减小了倾覆力矩，故不需平衡压重，其主桁后端则通过梁体竖向预应力筋锚固于主梁项板上。(三)菱形挂篮。菱形挂篮可以认为是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，其上部结构为菱形，前部伸出两伸臂小梁，作为挂篮底模平台和侧模前移的滑道，其菱形结构后端锚固于箱梁底板上，无平衡压重，而且结构简单，故自重大大减轻，是近年来常用的挂篮形式。(四)三角形挂篮。三角形挂篮也是在平行桁架式挂篮的基础上简化而来，它与菱形挂篮均属于垂直吊杆式，主要区别在于主桁架的形状，
35、其承重结构为三角形，其它组成类似于菱形挂篮，属于全锚式挂篮，自重轻。(五)弓弦式挂篮。弓弦式桁架(又称曲弦桁架式)挂篮主桁外形似弓形，故也可以认为是从平行桁架式挂篮演变而来，除具有桁高随弯矩大小变化外，还可在安装时施加预应力以消除非弹性变形。故也可取消平衡重，所以一般重量较轻。(六)滑动斜拉式挂篮。滑动斜拉式挂篮在力学体系方面有较大的突破，其上部采用斜拉体系代替梁结构的受力，而由此引起的水平分力，通过上下限位装置(或水平限位装置)承受，主梁的纵向倾覆稳定由后端锚固压力维持。其底模平台后端仍吊挂或锚固于箱梁底板上。(-tz)预应力斜拉式挂篮。预应力斜拉式挂篮的最大特点是利用梁体内腹板的预应力筋拉
36、住模板，从而使得挂篮结构简化，重量变轻。(八)三角型组合梁式挂篮。三角型组合梁式挂篮是在平行桁架式挂篮的基础之上，将受弯桁架改为三角形组合梁结构。由于其斜拉杆的拉力作用，大大降低了主梁的弯矩，从而使主梁能采用单构件实体型钢。由于挂篮上部结构轻盈，除尾部锚固外，还需较大配重。其底模平台及侧模支架等的承重传力与平行桁架式挂簸基本相同。(九)自承式挂篮。自承式挂篮分为两种，一种是模板支承在整体桁架上，桁架用销子和预应力筋在已完成箱梁的前端角上，灌筑混凝土时主梁和走行桁架移至一边，挂篮前行时再安上，吊着空载的模板系统前移。另一种是将侧模制成能承受巨大压力的刚性模板，通过梁上的水平和纵向预应力筋拉住模板
37、来承受混凝土重，走行方法与前者相同，由临时吊车悬吊着模板系统前移下一梁段。这种方法对跨度不很大的等高度箱梁较为适宜。12第二章挂篮的发展状况(-t-)牵索式挂篮。在斜拉桥的施工中，利用斜拉主索牵挂挂篮，其承重结构不再支承在已灌筑梁段顶面，而是悬挂于已浇筑梁段顶面，而是悬挂于已成梁段的下面，通过牵索系统将挂篮前端的垂直荷载直接传到斜拉桥的主塔上，这是它的最大特点。2按挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类分析挂篮使用材料、受力原理和抗倾覆方式的分类及特点见表22一l表22。l挂篮分类及特点Table221 Sorts and Features ofTraveling Carriages23各类
38、挂篮的适用性。”国内外挂篮正向轻型方向发展。挂簸设计主要控制指标为；挂篮的总用钢量与最大块件之比值K。、主行祭用钢量与最大块件重量之比值髟：。趸，值愈低，表示整个挂篮设计愈合理，K，值愈低，表示挂篮承重构件的受力愈合理，使用材料愈节省。国内对挂篮所用材料数量常用一个系数即挂篮利用系数来表示：挂篮利用系数=浇筑最大梁段混凝土重量挂篮总重1制式杆件组拼的行架式挂篮红枫湖大桥挂篮施工方法研究国内早期挂篮一般使用的是由制式杆件(万能杆件、军用梁等)组拼的桁架式挂篮。由于其自重大，包括压重可达3 000 kN(如武汉江汉大桥挂篮重2 870 kN)，所以其走行系统常用火车轮对台车。又因为桁高的约束，各杆
39、件的应力水平较高，随之而来的就是前吊点下挠大，复杂的空间结构引起的非弹性变形大，使用时需要进行预压以便消除非弹性变形，增加了施工的难度，延误了宝贵的工期。并且，此时的挂篮大多使用平衡重，所以这些挂篮利用系数一般较小，如广西柳州大桥、湖南常德沉水大桥分别为087和096，武汉江汉大桥的挂篮利用系数仅为O46。平弦无平衡重挂篮由于主桁上部的上横行可根据需要沿纵向移动，并在主行横移时吊住模板系统，故可取消压重，具有一定优点，但由于其并未从根本上克服平行行架式挂篮机构庞大，自身静荷较大的缺点，应用不是很广泛。弓弦式挂篮桁高随弯矩大小而变化，受力较合理，而且自重较轻，对不想一次性投入过多的施工单位有一定
40、吸引力，但其缺点是杆件数星多、制作安装都较麻烦，且易丢失。2用型钢制造的桁架式挂篮随着挂篮使用经验的丰富、对其功能认识的深入及对国外经验的学习和借鉴，发展到使用型钢及钢板加工制造挂篮。菱形挂篮和三角形挂篮结构简单。受力合理和一次移动到位等特点，较受欢迎。这两种挂篮形式近10年来得到了广泛的应用，同时也带动与挂篮旌工相适应的桥型设计的发展，如双向预应力、三向预应力技术的应用。这一时期的挂篮主要是无平衡重型的。由于取消了平衡重，挂篮重量大大减轻，其利用系数成倍上升，达到2529，如京九线泰和大桥和义乌经发大桥都超过了3。3斜拉式挂篮滑动斜拉式挂篮这是目前利用系数最大的一种挂篮。它改变了垂直吊杆挂篮
41、工作时的前端荷载要通过主桁架的悬臂部分传给已浇梁段而对主桁架的强度、刚度要求高的传力机制，而是将挂篮工作时的前端荷载通过斜拉杆直接传给已浇梁段，从而降低了对主梁的强度、刚度要求，使主梁悬臂部分的功能变成主要是悬吊空载时的模板系统，减少了材料用量，也就减轻了模板的重量。由于这种挂篮具有用料省、加工简单及对O号块的长度要求短等优点，所以近年应用较多。但是，这种挂篮由于斜拉杆的斜拉力使底摸纵梁和主梁中分别存在压力和拉力，因此需要在底纵梁和主梁的尾部设置限位器和限位板，增加了操作上的难度。使用这种挂篮的施工程序比使用垂直吊杆式挂篮稍显复杂，需要在每一个循环中增加安装拆卸斜拉杆、安装拆卸限位器、安装拆卸
42、限位板的工序。而且当跨度和梁高都较大时，由于斜拉杆长度较大，弹性伸长较大，上下限位装置的水平力随之增大，故使其应用也受到一定的限制。预应力斜拉式挂篮利用梁部结构本身的预应力束拉紧刚性模板，使得临时设施数量大大减少，但因属永久结构和临时结构相结合，需设计、施工，乃至建设单位意见统一第二章挂篮的发展状况方可采用。此外，对于预应力束在锚固系统时的锚下控制张拉力、锚具的可靠度、锚具对预应力束的刻压损失等问题都应综合予以考虑，既能安全地完成悬灌作业，又能保证预应力束在运营期间的耐久性和可靠度。其它几种挂篮结构形式中，三角型组合梁式挂篮虽然较平行衡架式挂篮轻，但仍需一定的压重，故应用受一定限制。自承式挂篮
43、的两种形式本质上与预应力斜拉式挂篮并无很大区别，唯一不同的只是预应力筋采用特殊设计，并配置必要的定位销和钢销。24我国挂篮应用的现状o”1”我国的挂篮设计及制作已全部适应悬臂施工向高强、轻型、大跨发展的需要，从Pc连续梁或刚构的悬臂施工挂篮最初是平行桁架式，后来，逐渐发展为结构多样化，结构越来越轻型，受力越来越合理，施工越来越方便，应用也越来越广泛。现将我国挂篮应用的部分技术指标列于表241供借鉴。表241国内部分桥梁挂篮表Table241 Traveling Carriages ofcertain Bridges in China红枫湖大桥挂篮施工方法研究武汉长t：-桥 牵索式 型钢主桁，1
44、号段开始悬灌 237无 237490=04825挂篮的发展方向1挂篮设备应系列化、规格化挂篮作为Pc连续梁(或刚构)悬臂灌筑的一种常用设备，应用已很普遍；而目前国内的挂篮种类虽不少，但适应不同跨度和梁宽的系列化、规格化产品尚不多见，多数旌工单位都是对不同跨度和梁宽使用一种挂篮，仅对其某些杆件的布置作些调整，往往会因大马拉小车影响作业效率。产生这种现象的原因除产品开发滞后外，还有挂篮在具体一个施工单位的利用率问题，为此建议成立挂篮系列产品租赁公司，以便解决产品系列化、规格化和利用率的矛盾。此外，挂篮设计还应考虑Pc梁是灌段灌筑的连续性，附设一些保证全天候作业的设施，供施工单位根据不同的需要选用。
45、2挂篮制作的工厂化由于挂篮作业的安全性要求较高，一般来说，除一些可利用的常备式杆件外，挂篮的主要受力部件，特别是一些需作特殊处理的杆件，宣由具有一定资质的厂家加工制作，并需作严格的检测，以绝对保证高空作业的安全。3挂篮施工作业的标准化和规范化目前，我国桥梁施工规范对挂篮的作业做了一些规定，但尚不够充分和完善；而国内出现的几起挂篮施工事故大多由于操作不当所致，建议在修订桥梁施工规范时，对主要挂篮的操作要求予以进一步的补充和明确。4挂篮设计形式的新动向针对一般挂篮梁上结构占用悬灌作业场地的矛盾。国外有人设想将挂篮用箱梁的纵向预应力筋预张拉固定，承受灌筑段的重量；而在梁项设专门为滑移挂篮而用的结构，
46、待完成滑移作业后将这部分结构后移，腾出作业场地。对此有必要作进一步的探讨与研究。第三章空问问题有限元分析第三章空间问题有限元分析嘲。91近40年来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，各种行之有效的数值计算方法得到了巨大发展。而有限元方法则是计算机诞生以后，在计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。31有限元法分析过程的概述有限元法的分析过程，概括起来可分为以下六个步骤。1结构的离散化结构的离散化是有限元分析的第一步，它是有限元法的基础。离散化的过程简单说，就是将分析的结构物划分为有限个单元体，并在单元体的指定点设置节点，把相邻的单元体在节点处连接起来组成单元的集和体，以代替
47、原来的结构。2选择位移模式在结构的离散化完成以后，就可以对典型的单元进行特殊分析。此时，为了能用节点位移表示单元体的位移、应变和应力，在分析连续体问题时，必须对单元中位移的分布作出一定的假设，也就是假定位移是坐标的某种简单的函数，这种函数为位移模式或位移函数。根据所选定的位移模式，就可以导出用节点位移表示单元内任一点的位移关系式，其矩阵形式是式扩=【 (311)式中厂一单元内任一点的位移列阵p)一单元的节点位移列阵【一形函数矩阵，它的元素是位置坐标上的函数3分析单元的力学特征位移模式选定以后，就可以进行单元力学特征的分析。它包括下面三方面的内容。(1)利用几何方程，由位移表达式(311)导出用节点位移表示单元应变的关系斟=陋弦) (312)I謦红枫湖大桥挂篮赭工方法研究系式式中话l一单元内任一点的应变列阵忙一单元应变矩阵(2)利用物理方程，由应变的表达式(312)导出用节点位移表示单元应力的关=Dp弘 (313)式中p一单元内任一点的应力列阵D】一与单元材料有关的弹性矩阵(3)利用虚功原理建立作用于单元上的节点力和节点位移之间的关系式，即单元的冈g废的方程忸)=医p) (314)式中k】为单元刚度矩阵4计算等效节点力弹性体经过离散化后，假定力是通过结点从一个单元传递到另一个单元，但是作为实际的连续体，力是从单元的公共边界传
