挂篮正向轻型方向发展。
挂篮设计主要控制指标为:挂篮的总用钢量与块件之比值K1、主桁架用钢量与块件重量之比值K2。K1值愈低,表示整个挂篮设计愈合理,K2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=浇筑梁段混凝土重量/挂篮总重
(1)制式杆件组拼的桁架式挂篮
国内早期挂篮一般使用的是由制式杆件(杆件、梁等)组拼的桁架式挂篮。由于其自重大,包括压重可达3000kN(如武汉江汉大桥挂篮重2870kN),所以其走行系统常用车轮对台车。又因为桁高的约束,各杆件的应力水平较高,随之而来的就是前吊点下挠度大,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。
平弦无平衡重挂篮由于主桁上部的上横桁可根据需要沿纵向移动,并在主桁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桁架式挂篮机构庞大,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吸引力,但其缺点是杆件数量多、制作安装都较麻烦,且易丢失。
(2)使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,同时带动与挂篮施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2.5~2.9。
(3)斜拉式挂篮
滑动斜拉式挂篮,这是目前利用系数的一种挂篮。它改变了垂直吊杆挂篮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0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模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桁架式挂篮轻,但仍需一定的压重,故应用受一定限制。自承式挂篮的两种形式本质上与预应力斜拉式挂篮并无很大区别,不同的只是预应力筋采用特殊设计,并配置必要的销和钢销。
3.常用挂篮的结构构造和力学分析
(一)菱形挂篮和三角形挂篮
(1)菱形挂篮的结构及构造
菱形挂篮主要由菱形桁架、悬吊系统、走行系统、模板系统及张拉操作平台五部分组成。
菱形桁架
菱形桁架是挂篮的主要承重结构。主桁构架竖放于箱梁腹板位置,构架的片数可根据主梁的截面特性来定,一般为两片,也有多片的,如吴忠黄河大桥菱形挂篮采用三片构架;主要杆件通常由两片槽钢组焊而成,槽钢的截面由结构分析确定;各杆件间的联结为栓接、焊接或销接。主桁构架间用槽钢或角钢组成的横联连接,在主桁前端节点处放置一根用2根工字钢组焊成的横梁,上设吊点,以做悬吊底模平台和内外模滑梁用,该横梁同时起到将主桁架连成整体的作用。