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挂篮设计施工的基本知识
挂篮设计施工的基本知识
悬臂浇筑法目前成为了预应力混凝土连续梁（钢构）桥的主要施工方
法。
目前有许多的超过一定跨度的预应力连续桥梁采用挂篮悬臂施工。
为适应不同跨径/不同截面的桥梁，挂篮设计也在不断的创新，
挂篮越来越趋向轻型化，受力越来越合理，行走也越来越方便。
为保证挂篮施工安全和桥梁的质量，挂篮的选择，设计/加工/安装以及验收的每一环节都非常重要。
1.
挂篮的种类/特点及适用范围
为适应各种预应力混凝土连续梁（钢构）桥的施工需要，挂篮的形
式多种多样，目前在我们施工中经常用到的主要有以下三种桁架式的挂篮，根据其不同结构/不同受力特点而分。
1.1，平行桁架式挂篮
平行桁架式挂篮的上部结构一般为等高桁架，采用万能杆件或贝雷梁组拼作为承重主桁如图1有专门的厂家生产或出租万能杆件或
贝雷梁，现场可以根据需要拼接，其主桁成形较快，但是该种挂篮
由于其自身荷载大，受力不合理，承重能力低，适合小跨度，节段
重量较轻的连续梁或连续钢构桥。
有采用越来越少的趋势。
1
1.2
图1
三角式挂篮
三角式挂篮结构简单，受力明确，承重能力大，重心较低，悬
灌时挂篮稳定性和挂篮行走时的稳定性较好。
（如图2）挂篮杆件一
般采用型钢组焊成箱形结构，主桁纵梁也可以采用钢板组焊，斜杆
可以采用钢带、园钢或精轧螺纹钢筋。
三角式挂篮适用范围很广，
常用于单节梁段比较重的大跨度连续刚构梁和斜拉桥。
（本桥采用三角式挂篮）
1.3
图2
菱形挂篮
菱形挂篮结构简单，受力明确，构件一般采用型钢组焊成箱形
结构（如图3）。
菱形结构由于其结构的特点，前面部分空间较大，
对工人施工操作影响较小。
但挂篮重心比较高，主桁前横梁离桥面较高，存在一定安全隐患。
2
2.
图3
挂篮设计的原则
挂篮设计的原则是挂篮结构应具有足够的强度、刚度和稳定性。
自重轻，结构简单，受力明确。
易于加工拼装，走行方便。
考虑到
挂篮的重复利用，挂篮还需要具有通用性强，便于改造的特点，主要材料宜选标准通用材料，便于计算和重复利用。
3.
3.1
挂篮的结构设计
设计依据
3.1.1桥梁施工图文件.
3.1.2现行钢结构设计/施工技术规范.3.1.3现行公路桥涵设计施工技术规范.3.1.4现行钢结构施工及验收规范.3.1.5梁段细部情况.
3.2
3.2.1
挂篮的主要技术指标
可灌梁段的最大重量:
根据桥梁设计施工图纸中的内容计算确
3
定.
3.2.2可灌梁段的最大长度:
根据桥梁设计施工图纸中的内容计算确
定.
3.2.3高度变化范围:
根据桥梁设计施工图纸中的内容计算确定.3.2.4挂篮自重:
一般为最大梁重的0.35至0.45倍并满足设计图纸中对挂篮重量的要求.
3.2.5主桁最大变形:
不大于20毫米.
3.2.6抗倾覆稳定系数:
走行时大于2.0;浇筑混凝土时大于2.0.
3.2.7主桁杆件安全系数:
大于1.2.
3.2.8主桁前支点离梁段端面距离:
不小于0.5米.
3.2.9挂篮走行方式:
分次或一次性走行.
3.3挂篮的型式选择
应根据梁段细部情况和挂篮设计原则,选取不同型式的挂篮进行悬浇施工.各种类型的挂篮的区别在于主桁部分,其余部分如底模/内外模都大致相同.根据不同挂篮的特点及其适用性综合考虑,选取主桁的型式.另外,考虑挂篮的利用系数和节约,应尽量减轻挂篮的自重.挂篮走行取消了配重,采用反扣轨道走行.主桁架/底模/外模一次走行到位,缩短施工周期.如一次走行有困难,也可分步走行,挂篮施工属于高空作业,为确保安全,需专门设置施工平台.安装防护栏杆,并挂设防护网.3.4结构设计（以三角形挂篮为例）如图4
4
图4
挂篮一般主要由主桁系统,底模系统,外模系统,内模系统和悬吊及走行系统五大部分组成:
各部结构设计简要步骤如下
3.4.1主桁系统
挂篮主桁系统是整个挂篮的承重构件.
三角挂篮主桁系统主要由三角主桁架,横向连接系和前后横梁组成,前后横梁可以采用型钢组合而成,所采用型钢大小,可以根据计算确定.三角主桁架的纵梁可以用型钢组焊,也可以用钢板焊接成箱形结构,从材料节约和加工难易程度出发,采用型钢组焊更为合适,斜杆一般采用钢带,用钢销和纵梁连接,立柱采用型钢组焊,三角主桁同样设有横向联结系.
5
3.4.2
底模系统
底模系统包括底模前后横梁,底模纵梁,模板系统和辅助施工平台.底模前后横梁由型钢组焊箱形结构.前后横梁上设置吊耳.底模纵梁按照荷载分布进行布置,腹板位置布置稍密.底模纵梁也可以用桁架代替,采用小型钢组拼.底模纵梁上横向铺设160毫米*160毫米方木,用钢丝或螺钉与底模纵梁固定,方木上可以采用5厘米厚的木板,上面钉4毫米厚铁皮.也可在底模上直接铺设钢模板.（此方法采用较多）底模后吊可以采用吊带或吊杆.悬灌时贯穿梁底板锚固,走行时解开和横梁的连接.为保证施工安全,在后横梁位置设置施工平台,前后横梁之间设置走行平台.
3.4.3外模系统
挂篮外模系统由外模模板,外模桁架,外模滑梁及吊架组成,外模模板宜用5厘米厚的钢面板和5#槽钢组成框架结构,为保证梁段外观质量,模板面板焊后的平整度应小于1/1000米,加工质量应符合规范要求.面板拐角处焊后应磨光打平.为节约成本也可利用墩身模板改制.使用前应检查钢模板的平整度和完整性.保证梁段浇注完成后的表面质量.外模桁架由型钢组焊而成.两侧外模模板和外模桁架可支承在外滑梁上,外滑梁通过前后吊杆分别锚固在前上横梁和已浇注梁段上,也可支承在底模平台的纵梁上.
3.4.4
内模系统
内模模板采用定制钢模,内侧模根据高度采用小块模板拼装,内模骨架采用小槽钢,腹板厚度的变化由骨架调整,骨架上设置铰,便于拆模.
6
内模骨架和模板支承在内滑梁上,内滑梁通过前后吊杆分别锚固在前上横梁和已浇注梁段上,内外模支架用对拉杆和背杆固定,防止爆模.3.4.5悬吊及行走系统
挂篮底模前后吊杆一般可采用精轧螺纹钢筋,园钢和钢带,前吊杆比较长,现场可以根据需要分段连接.精轧螺纹钢筋需要专用连接器接长,
但必须注意精轧螺纹钢筋的有效连接长度.
精轧螺纹钢筋应涂上红
色标记,悬浇前应仔细检查此项目.使用精轧螺纹钢筋做吊杆时,最好采用通长.底模后吊锚固在已浇注梁段底板上,通过千斤顶调整标高.前后吊杆,吊带都通过钢铰和底模前后横梁用钢销连接.
4结构验算
4.1结构验算的依据
4.1.1浇注混凝土的动力冲击系数:
1.2
4.1.2空载走行时的冲击系数:
1.2
4.1.3
挂篮总重控制在设计范围内,允许最大变形（包括吊带变形的总
和）不大于20毫米.
4.1.4自锚系统的安全系数:
2.0
4.1.5浇注混凝土和挂篮走行时的抗倾覆系数:
2.0
4.2荷载组合
4.2.1荷载组合一:
混凝土自重+动力冲击荷载+挂篮自重+人群和施工机具荷载（计算强度）
4.2.2荷载组合二:
混凝土自重+挂篮自重+人群和施工机具荷载.（计算刚度）
7
4.2.3荷载组合三:
挂篮自重+冲击附加荷载+风载（计算走行）
4.3挂篮结构的验算
根据梁段的细部情况,梁截面可以分为底板,腹板,顶板和翼板进行荷载计算,底板和腹板由底模系统承担,顶板荷载由内模系统承担,翼板荷载由外模系统承担,通过前后吊杆.吊带传递到前上横梁和已浇筑梁段上.各个部分传递到前上横梁的所有荷载都传递到主桁架上.主桁架再通过前支点和后锚点把力传递到已浇注梁段上.悬吊系统部分在整个挂篮受力过程中起到力系转换作用,挂篮传力过程示意图如下:
腹
板
砼
底模
系统
后吊
杆
已浇梁
底
前吊
杆
主桁前
横梁
主桁系
统
前支
点
后锚
点
已浇
梁段
底
板
砼
底模
系统
后吊
杆
已浇梁
底
前吊
杆
主桁前
横梁
主桁系
统
前支
点
后锚
点
已浇
梁段
顶
板
内外
模系
后吊
杆
已浇梁
顶
8
砼
统
前吊
杆
主桁前
横梁
主桁系
统
前支
点
后锚
点
已浇
梁段
翼
板
砼
内外
模系
统
后吊
杆
已浇梁
顶
前吊
杆
主桁前
横梁
主桁系
统
前支
点
后锚
点
已浇
梁段
挂篮传力过程示意图
4.4挂篮结构计算可以整体建模计算,需用计算机,也可分布建模计算,这里简单介绍分布建模计算的基本规则
4.4.1底模系统
a．荷载分析
按照本标段为单箱双室为例，箱梁荷载分布如图5。
计算中，把底板荷载V1和腹板荷载V2按照图示均布荷载进行分布，支座间距和数量根据底模纵梁的间距确定。
利用MIDAS分析软件（MIDAS软件
有限单元法进行力学分析原理）进行受力计算或根据查连续梁表，将
荷载分成几种简单荷载进行累迭加而计算（较复杂，适合简单验证）。
9
q
2
q
1
q
2
q
1
q
2
A
图5
b.底模钢模板及钢肋计算
根据底模荷载分布计算。
此为常规计算在此略。
C．底模纵梁计算
根据纵梁上从底模所传下的荷载来确定纵梁荷载，取腹板处纵梁或选取承受荷载最大处的一根纵梁（有代表性）荷载分布如图6。
利用MIDAS计算（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理），软件计算得出底模纵梁最大剪力Qmax，最大弯矩M，最大挠度f。
底模纵梁强度，刚度计算如下：
q
A
B
L
LL
图6
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
10
最大挠度f≤L/400
d.底模前后横梁计算
底模前后横梁承受荷载比值按照1：
1分布，根据纵梁的分布来确定荷载受力图７，同样利用MIDAS计算软件（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理）计算得出前后横梁最大剪力Q，最大弯矩M，最大挠度f。
图７
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
4.4.2外模系统
a侧压力计算
新浇混凝土的最大侧压力可按下列两种公式计算，取二者较小值。
F=0.22*r*t*β1*β2*/v
F=r*H
式中
r—混凝土比重，24KN/M3
11
t-新混凝土的初凝时间。
β2-外加剂影响系数，不掺外加剂时取1。
掺外加剂时取1.2。
β1-混凝土坍落度影响修正系数，坍落度小于30毫米时，取0.85;50至90毫米时,取1.0;110至150时取1.15;
V-混凝土浇筑速度（M/H）
H-为混凝土侧压力计算位置处至新浇注混凝土顶面的总高度.
b.面板验算
面板强度
按双向板计算，选用区格中三面固结，一面简支的最不利情况进行
计算。
由区格边长之比查《建筑结构静力学手册》得到相关数据，然后再按相关公式进行计算。
此处略。
面板刚度
计算略
c．横肋验算
横肋上荷载间距为H=400毫米，采用【8槽钢，支承在竖向桁架上。
横肋上荷载q=F*h。
按三跨连续梁受力分析，荷载分布情况如图８
12
q
A
B
L
LL
图８
利用MIDAS分析软件（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理）计算得M，Q，f.强度，刚度验算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
d.竖肋验算
竖向大肋【12槽钢（通常采用）组焊成桁架，根据实际布置情况按三跨连续梁受力分析，荷载分布情况如图９
q
A
B
L
LL
图９
利用MIDAS分析软件（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理
）
13
计算得M，Q，f.强度，刚度验算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
面板与横肋或竖肋的组合挠度小于3毫米。
e外模滑梁计算
外模滑梁根据挂篮施工情况按两种工况进行计算：
工况1：
挂篮在悬灌过程中，滑梁承受挂篮外模自重q1和梁段翼板荷载q2，荷载分布情况如图10
q
A
图10
工况2：
挂篮在走行过程中，滑梁承受外模自重q1，荷载分布情况如图11
q
A
B
图11
14
利用MIDAS分析软件（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理
计算得两种工况下各自的M，Q，f.强度，刚度验算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
4.4．3内模系统
内模模板采用定型钢模板，由于一般顶板较薄，荷载较小，这里不
再计算。
内模桁架由单独的桁片组成，桁片间距一般为0.7至1.0
米，验算时计算受力最大的桁片。
桁片荷载根据高度变化为梯形荷载，荷载分布如图12
）
q
q
2
q
L
1
L
2
L
1
图12
内滑梁计算时工况：
挂篮在悬灌过程中，滑梁承受挂篮内模系统自重q3和梁段顶板荷载q4，荷载分布如图13
q
A
15
图13
利用MIDAS分析软件（MIDAS软件有限单元法进行力学分析原理
）
计算得M，Q，f.强度，刚度验算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
4.4.4主桁系统
a．主桁前横梁
主桁前横梁承受从底模平台，内外模传递来的荷载，根据各前吊杆的位置，确定各荷载的加载情况图略
利用MIDAS分析软件计算得主桁前横梁最大M，Q和最大f，强度，刚度验算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[σ]=180MP
最大挠度f≤L/400
b．主桁架计算（三角形主桁架）
三角主桁架荷载分布情况如图14
16
图14
纵梁N1：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯曲力Q=M/W＜[σ]=180MP
斜杆N2，立柱N3主要承受轴心力σ=N/A＜[σ]=180MP
式中N—各杆件轴力；
A—各杆件截面积；
c.主桁后横梁
根据主桁架计算中支座反力R利用MIDAS分析软件（MIDAS软件
有限单元法进行力学分析原理
）建模计算得主桁后横梁的最大弯矩
M，最大剪应力Q，最大挠度f及后锚杆拉力P。
强度，刚度计算如下：
最大剪应力ﺡ=Q*S/I*B＜[ﺡ]=110MP
最大弯矩力Q=M/W＜[]=180MP
最大挠度f≤L/400
主桁后锚一般采用两种方式：
a采用后锚杆锚固后横梁,预先在已浇注梁段上预埋孔道,施工时后锚
17
杆穿过梁顶板锚固在顶板位置,同时后锚杆上端用千斤顶顶紧,给主桁架后锚一个反力,消除浇注过程中主桁架后锚产生的负向位移,有利于标高控制,当设计中遇到单根后锚杆受力过大,可以采用分配梁进行分配,
b.利用梁段腹板的竖向预应力筋锚固挂篮后锚,竖向预应力筋露出梁
段长度不够时,可以用精轧螺纹钢筋连接器接长.根据主桁架后锚的
反力确定锚固的竖向预应力筋数量.这种方式可以节约一定的材料,减少预埋孔对已浇注梁段的破坏,施工较方便.
上面两种方式在挂篮施工中都经常使用,具体哪一种方式更为适合,可以根据梁段需要进行选择.本工程选用第一种方法.
4.4.5悬吊及行走系统
a.悬吊系统
悬吊系统主要包括底模前后吊带,内外前后吊杆及相关的分配梁,通
过底模,内外模计算得出各个吊杆,吊带的所受最大拉力N.吊杆材料
可以使用直径32毫米的精轧螺纹钢,直径70毫米的45#园钢,及Q345B的钢带。
b．走行系统
挂篮在走行过程只承受挂篮自重荷载P1，部分施工机具荷载P2和风荷载M1，还要考虑挂篮走行时的冲击系数1.3。
空载走行时的倾覆力矩：
M=（1.3P1+P2）*l1+M1
抗倾覆力：
F=M/L2=（1.3P1+P2）*l1+M1/L2
假设挂篮主桁架为两片,单边轨道有6个走行轮,挂篮走行中按单轨
18
4个走行轮受力进行计算.走行轮轴一般用20CrMnTi,也可用45#钢进行车制。
单个后轴走行轮轴所受弯矩：
强度计算：
M=PL/8
σ=M/W<[σ]=290MPa
式中P-挂篮抗倾覆力；
L-走行轮轴的有效长度；
W=走行轮轴的抗弯模量；
挂篮在走行过程中，走行轮反扣轨道，一般都是利用梁段自身的竖
向预应力筋锚固轨道，假设每次挂篮后锚移动到轨道任何位置，都有两根竖向预应力筋受力，进行强度计算：
σ=N/A<[σ]=675MPa
式中N-单根竖向预应力筋所受拉力；
A-竖向预应力筋截面积。
挂篮抗倾覆系数：
K>2
4.4.6细部结构
销子,斜拉杆销孔削弱计算,立柱的稳定性计算等.
a.销子,斜拉杆销孔削弱计算。
挂篮主桁是整个挂篮的重要受力构件,对各杆件相互之间的连接需进行验算.三角架斜杆为2根t=20毫米钢带，所受拉力为N，连接钢销
材料为20CrMnTi，立柱头连接钢板材料为16MN，容许承压应力为295MPa。
销孔承压应力：
σ=N/A1=N/2dt<[σ]=295MPa
19
销子剪应力：
ﺡ=N/A2<[ﺡ]=259MPa
销子所受弯应力：
：
σ=M/W=Nt/2W<[]=295MPa
式中d-钢销直径；
t-钢带厚度：
A2-钢销的截面积；
W-钢销的抗弯模量。
b立柱稳定性计算。
三角架所受轴向力为N，立柱两端按铰接计算，有效长度为L0,Q235钢容许应力为170MPa。
λ=L0/i<150
长细比计算:
由λ.查得φ值
强度计算:
σ=N/φA<[σ]=170MPa
式中A-立柱截面积.
缀板沿柱纵向的长度的d不小于2a/3（a为柱肢轴线间距距离）；厚
度t不小于a/40，并不小于6毫米。
缀板宽度b可以取与a相等。
缀板和立柱的焊接采用三面围焊，两缀板之间的距离应不大于40i（i为单肢对垂直缀板轴的回转半径）。
5.挂篮加工及拼装工艺技术要求
5.1.挂篮加工工艺
应按照国家有关技术标准和相关规范,结合厂内及现场加工的具体情况,对挂篮钢结构加工工艺提出技术要求.
5.1.1材料
20
材料应采用具有出厂证明书及材质报告书的合格材料.还应按有关现行标准进行检验和验收,做好检查记录.
材料均应符合设计图纸的要求,如需代用时,工厂应同设计单位共同研究决定.
5.1.2
下料和矫正
a.下料
对板材,均采用自动或半自动气割,根据图纸要求进行刨边或手砂轮修整,以达到组焊精度要求,坡口可气割或刨边.
容许偏差:
板材长度及宽度偏差不超过2毫米,型钢长度偏差1毫米.b矫正
钢板矫正后的允许偏差应满足下列要求：
钢板纵，横向不平整度在1米范围内不超过1毫米；
型钢不直度在1米范围内不超高1毫米，全长范围内不超过3毫米。
5.1.3部件组焊
a.为保证组焊后部件尺寸，部件组焊必须满足下列要求：
焊前进行拼装检查，复核组焊尺寸；
零件组焊时应按规范要求，预留焊接收缩量；
组焊时利用必要的工装卡具；
焊接时应控制电流，采用适当的焊接顺序，减少焊接变形；
必要时应进行组焊试验，调整工艺，修改卡具，然后进行正式组焊。
21
b.为确保挂篮各部件焊缝尺寸及焊接质量，应注意：
按《建筑钢结构焊接技术规范》规定选用焊条型号，焊条使用方法，焊接工艺，焊接的检查和验收方法；
焊前应仔细清除焊接部位的铁锈，油垢及气割熔渣；
为保证焊接质量，坡口对接焊缝，应焊透，不符合要求的应清根重焊。
焊后不要求回火处理，但应进行校正。
校正时必须注意不要损伤原材料及焊缝。
组焊并校正后，容许偏差为形位公差12级。
5.1.4
钻孔
设计图纸上已有注明的，应按图纸要求加工。
其余应满足下列要求：
a.有互换要求的构件，其钻孔尽量利用样板进行，样板的尺寸及板
的孔位应用精密划线方式划出。
样板上的孔位误差不得超过下列限度：
两相邻孔间中心距不超过±0.3毫米。
板边钻孔中心间距不超过±0.3毫米。
对角线钻孔套中心间距±0.5毫米。
孔尺寸误差不超过±0.2毫米。
b.对两面有孔的杆件，要保证面间孔位的立体偏差：
各面孔轴线应平行。
（或垂直，按图纸要求。
）
在相互垂直的面的孔轴线距两面交线的偏差不大于±0.5毫米。
22
c.钻孔后，清除板面的飞边，毛刺。
5.1.5．试拼装
a．为对设计性能及加工尺寸进行检验，在挂篮构件加工完毕后，即
进行试拼装，试拼装时，应按使用状态备齐全部构件，零件及螺栓等。
b．试拼时不准使用重锤敲打，如发现螺孔或销孔位置不对时，应慎重研究，妥善处理。
c.挂篮拼装允许偏差为：
主桁架片间偏差不大于±10毫米。
如拼装时发现超过误差时，需会同有关人员共同研究处理方法。
5.1.6涂漆，编号
在挂篮进行试拼装（必要时进行局部修整）到设计要求后再进行除
锈，涂漆，编号，涂漆前先行除锈，清除焊渣及污垢等，并在干燥状态下涂漆。
涂漆
所有钢结构加工构件应涂两层红丹底漆，然后涂橙红色面漆；紧固件（螺栓，螺母，垫圈，销钉，吊杆）涂防锈油。
编号
为便于零件识别，保证组装正确，加快组装速度，挂篮零部件按图
纸的编号目录进行编号。
编号用深兰色油漆写在该零件的易于看到的位置上，要求整齐，清楚，美观。
5.2挂篮拼装技术要求
为保证挂篮正确，安全地进行安装，在安装过程中必须注意以下事
23
项；
a.挂篮拼装要严格按照设计图纸进行，不得遗漏，部件若有变形须校正合格后方可使用。
b.
拼装完毕后必须检查所有螺栓是否拧紧，开口销有无遗漏，保
证连接的可靠性。
c.槽钢，工字钢拴接处必须加专用斜垫圈。
不得用小号螺栓代替大号螺栓拼装。
d.
拼装过程中严禁对螺栓孔进行切割，扩孔。
确因设计或加工需
作修改时，必须征得设计单位的同意。
e.严禁对精轧螺纹钢筋吊杆进行电焊切割，搭火，挂篮所用的精扎
螺纹钢筋前
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