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摘要：北京宋郎路北运河大桥连续梁悬臂浇筑施工采用菱形挂篮，将其对称安装在已经浇筑完毕的墩顶0#块上，然后对称悬臂浇筑其他悬臂梁段，本文介绍了包括菱形挂篮的结构设计要求、组成、拼装、预压、观测记录等内容，为同类桥梁主梁菱形挂篮施工提供借鉴。
关键词：菱形挂篮；挂篮拼装；预压；监测点
一、工程概况
北运河桥主桥采用40m+3×70m+40m预应力混凝土连续箱梁，主桥全长290米，上部结构采用变变截面连续箱梁，主梁采用单箱单室断面，墩顶梁高4.2m，跨中梁高2.2m，其间梁高纵桥向按2次抛物线变化。箱梁全宽13m，其中，翼缘板长度3.45m。翼缘板端部高0.18m，根部高0.7m，其间按直线变化。底板宽6.10m，底板与腹板相交处设置0.35m×0.35m的承托，顶板厚度为0.28m，采用菱形挂篮法施工。
二、挂篮结构设计
（一）挂篮结构主要设计参数应满足下列规定：
1、挂篮质量与梁段砼的质量比值控制在0.3-0.5，特殊情况下不得超过0.7。
2、允许最大变形为2cm。
3、施工、行走时的抗倾覆安全系数不得小于2。
4、自锚固系统的安全系数、斜拉水平限位系统、上水平限位安全系数不得小于2。
（二）挂篮结构组成
菱形挂篮主要由主桁架系统、提升系统、后锚系统、行走系统、底托系统和模板系统组成。挂篮在使用状态时，在浇筑悬臂梁段时采用梁体的竖向预应力筋即在翼缘板、顶板设预留孔的形式进行挂篮的后锚；行走轨道利用竖向预应力筋进行锚固。当到梁体内竖向预应力筋轴线位置发生变化、不能再利用梁体的竖向预应力筋时，需要在浇筑梁体内预埋直径32mm的精轧螺纹钢筋，长度不小于2m。挂篮在行走状态时，利用反扣轮平衡倾覆力。
1、主桁架系统
主桁架是由两片菱形桁片在其横向设置前后横梁组成一空间桁架，并在两面竖弦杆中间设置剪刀撑以提高主桁的稳定性和刚度。每片菱形桁架五根主要杆件由2片32#b槽钢组焊接而成，连接门架横梁由8#槽钢组焊接而成。前横梁由2I45b普通热轧工字钢组成，上后横梁由2I40a普通热轧工字钢组成。主桁杆件采用槽钢两侧焊钢板，杆件间采用40Cr钢销轴销接。
2、行走及锚固系统
行走及锚固系统：挂篮行走系统由钢轨、滑块、上滑板和后勾装置组成。钢轨和滑块由槽钢和厚钢板组焊而成，上滑块为厚钢板，后勾装置由厚钢板和角钢组焊而成。滑道下铺厚钢板并用竖向预应力钢筋锚固在桥面上，后勾装置反勾扣在滑道上以平衡挂篮空载前移时的倾覆力。挂篮后锚固系统利用箱梁体预埋的F32竖向预应力精轧螺纹钢筋来实现。
挂篮在悬浇完一段箱梁，混凝土强度达到52.25MPa或以上时，预应力筋张拉完毕后，再利用4付10吨倒链缓慢均匀地牵引两片主桁架向前移动，同时通过前吊带带动底平台和内外模沿滑梁向前滑动。行走轨道通过梁体的竖向预应力钢筋锚固。走向轨道在设计时表面盖板采用间隔焊接，每两块盖板间的竖向预应力钢筋侧位置都留有120x150或120x300的空隙，以调整挂篮的行走轨迹。
挂篮在行走时注意观察，观察挂篮沿箱梁中轴线对称方向两端，每前进50cm作一次同步观察，以防止挂篮偏位和转角，造成挂篮受损。
3、提升系统
用以连接挂篮主桁架和底模平台，腹板两侧采用材质为Q235B，截面尺寸为25*150mm的吊带，其余位置采用吊杆，吊杆为直径32mm的PSB830 精轧螺纹钢筋。用千斤顶提升装置来调节底模系统的标高。
4、底托系统
底托系统由前后托梁、纵梁、平台梁、前护栏、侧护栏、操作平台等几部分组成，底纵梁与底模模板的横肋现场焊接，后托梁通过吊带锚固于梁体，前托梁通过吊带与前横梁相连，浇筑混凝土时，后托梁锚固于前段已完箱梁底板。
5、内外模板系统
内模分顶模和内侧模。顶模和内侧模板由8#和6#槽钢组焊接而成顶模架及 6mm 钢板组成，顶模通过芯模滑道实现前移和调整箱室顶标高。外模由侧模板、翼板模板、底模板、对拉杆和外模支架组成。骨架边缘外采用10#槽钢焊成一体固定，其相互连接的部位用F16螺栓连接，保证骨架的刚度。外侧模和翼缘模板连成一体的钢模，用8#槽钢加固成整体，保证骨架的强度和刚度。翼缘板上的加固槽钢下安装有里外共6个导向轮，导向轮行走在由 2 根 28b 型槽钢组成的轨道。主梁由FL32精轧螺纹钢与轨道联接悬挂，达到翼缘板和底模板后端纵向移动的目的。安装模板时采用横向平铺，保证接缝平顺、密实且全部在同一条直线上，保证混凝土浇筑后表面的外观质量。对穿拉杆分上部对穿拉杆和箱梁腹板部对穿拉杆，上部对穿拉杆分别通过骨架上安装的10#槽钢组进行固定。腹板部对穿拉杆采用F16圆钢和法兰螺栓组成。另用F25精轧螺纹钢在底蓝纵梁下对侧模进行对拉固定，保证模板下部不漏浆、不走模。端头模板采用木模，端模制做安装时保证预应力孔道位置准确。
外侧模与内模用对拉螺栓连接，内设支撑加固；外侧模提吊梁及内滑梁前端锚固于前横梁，后端悬吊于已浇箱梁表面，拆模时放松锚固端，随平台下沉和前移。
三、挂篮拼装
挂篮在正式拼装前要进行试拼装，待0#块混凝土达到100%强度后，在其上组装挂篮主桁架。然后，将挂篮的“底篮”安装到1#块处，再安装外模板，最后安装内模板和端模板。
四、挂篮预压
挂篮预压拟在模板安装后进行，因此计算荷载时只需加上内模重量，最终预压荷载为混凝土恒载与模板重量之和的120%。荷载分3次加载。
（一）荷载计算
混凝土容重按照26KN/m3，1#块混凝土共计50.8m3，则1#块混凝土重量为134.78t，1#块内模板重量为2.43t，共计137.21t。 （二）加载顺序及分布
1、加载重量表
加载过程中注意对称均匀加载。
2、加载墩袋数量以及堆码密度
每个墩袋装砂质量进行准确称量，标在每个墩袋的表面，利于加载时进行计算。加载时有专人计算所加荷载，保证加载准确。
3、加载顺序
每侧加载区域均分三级均匀进行加载，分别按总荷载重量的50%、100%、120%在底板位置进行均布加载。加载过程南北两面均匀进行，两侧挂篮荷载差值不得超过2t。同侧加载也要注意对称加载，防止挂篮倾覆。先进行纵向加载，纵向加载时从混凝土结构端部开始向外侧缓慢布载，纵向加载延结构中心线进行；然后进行横向加载，横向加载时，从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载。
第一级加载前先对各监测点进行测量，读取初读数。每级加载完成后，先停止下一级加载。第一级加载结束后，进行观测，1h后对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据。确认安全后进行二级加载，二级加载结束后，进行观测，静置12h后再对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据，确认变形没有超出控制范围，挂篮可以负担荷载后，进行三级加载。三级加载过程宜缓慢进行，随时进行观测，发现问题立即停止加载。三级加载结束后，静置24h，期间每隔12h对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据。
4、监测点布置
为得到加载过程中挂篮弹性变形及非弹性变形的数据，需要在预压前布设监测点。监测点分布在两个1#块端头截面及侧面上。端面上4个监测点分别布置在底板两侧及翼板两侧。侧面上除1#块端面监测点外在0#块端面的底板两侧也分别布置一个监测点如下图所示。
监测点布置图：
5、挂篮变形观测控制
挂篮预压的监测包括以下内容：
a、预压荷载施加前，测定出监测点标高；
b、每级加载后监测点标高；
c、卸载12h、24h后监测点标高，直至稳定。
d、卸载后监测各监测点标高，并计算挂篮各监测点的弹性变形量；
e、计算挂篮各监测点的非弹性变形量。
6、卸载
人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载，卸载采用一次性卸载，卸载要对称、均匀、同步。卸载完成后记录好观测值以便计算挂篮综合变形。根据观测记录，整理出挂篮变形结果，根据结果调试挂篮及模板。
观测数据表明变形稳定后，整理出观测数据，在完全卸载后，必须观测挂篮变形直至回弹稳定。
（三）观测记录：
1、每次观测均记录观测时间，各监测点高程，计算变化情况。
2、卸载后，回弹变形稳定后，停止观测，整理观测数据，提供给监控单位。
（四）主要观测底模平台、主桁架系统和内外模板的各个吊点处的变化，记录全部观测结果。根据记录计算并分析挂篮系统的非弹性变形和弹性变形值，为今后施工时确定立模标高提供依据。若加载试验实测出挂篮的非弹性变形较小，则说明加载试验已将其基本消除，那么，以后的节段悬臂浇筑只考虑挂篮的弹性变形即可，一般只需进行一次加载试验。
五、结论
由于菱形挂篮具有构造简明、受力明确、自重较轻、利用率较大、操作简单安全等特点，在连续梁施工中应用比较广泛。
关键词：菱形挂篮；挂篮拼装；预压；监测点
一、工程概况
北运河桥主桥采用40m+3×70m+40m预应力混凝土连续箱梁，主桥全长290米，上部结构采用变变截面连续箱梁，主梁采用单箱单室断面，墩顶梁高4.2m，跨中梁高2.2m，其间梁高纵桥向按2次抛物线变化。箱梁全宽13m，其中，翼缘板长度3.45m。翼缘板端部高0.18m，根部高0.7m，其间按直线变化。底板宽6.10m，底板与腹板相交处设置0.35m×0.35m的承托，顶板厚度为0.28m，采用菱形挂篮法施工。
二、挂篮结构设计
（一）挂篮结构主要设计参数应满足下列规定：
1、挂篮质量与梁段砼的质量比值控制在0.3-0.5，特殊情况下不得超过0.7。
2、允许最大变形为2cm。
3、施工、行走时的抗倾覆安全系数不得小于2。
4、自锚固系统的安全系数、斜拉水平限位系统、上水平限位安全系数不得小于2。
（二）挂篮结构组成
菱形挂篮主要由主桁架系统、提升系统、后锚系统、行走系统、底托系统和模板系统组成。挂篮在使用状态时，在浇筑悬臂梁段时采用梁体的竖向预应力筋即在翼缘板、顶板设预留孔的形式进行挂篮的后锚；行走轨道利用竖向预应力筋进行锚固。当到梁体内竖向预应力筋轴线位置发生变化、不能再利用梁体的竖向预应力筋时，需要在浇筑梁体内预埋直径32mm的精轧螺纹钢筋，长度不小于2m。挂篮在行走状态时，利用反扣轮平衡倾覆力。
1、主桁架系统
主桁架是由两片菱形桁片在其横向设置前后横梁组成一空间桁架，并在两面竖弦杆中间设置剪刀撑以提高主桁的稳定性和刚度。每片菱形桁架五根主要杆件由2片32#b槽钢组焊接而成，连接门架横梁由8#槽钢组焊接而成。前横梁由2I45b普通热轧工字钢组成，上后横梁由2I40a普通热轧工字钢组成。主桁杆件采用槽钢两侧焊钢板，杆件间采用40Cr钢销轴销接。
2、行走及锚固系统
行走及锚固系统：挂篮行走系统由钢轨、滑块、上滑板和后勾装置组成。钢轨和滑块由槽钢和厚钢板组焊而成，上滑块为厚钢板，后勾装置由厚钢板和角钢组焊而成。滑道下铺厚钢板并用竖向预应力钢筋锚固在桥面上，后勾装置反勾扣在滑道上以平衡挂篮空载前移时的倾覆力。挂篮后锚固系统利用箱梁体预埋的F32竖向预应力精轧螺纹钢筋来实现。
挂篮在悬浇完一段箱梁，混凝土强度达到52.25MPa或以上时，预应力筋张拉完毕后，再利用4付10吨倒链缓慢均匀地牵引两片主桁架向前移动，同时通过前吊带带动底平台和内外模沿滑梁向前滑动。行走轨道通过梁体的竖向预应力钢筋锚固。走向轨道在设计时表面盖板采用间隔焊接，每两块盖板间的竖向预应力钢筋侧位置都留有120x150或120x300的空隙，以调整挂篮的行走轨迹。
挂篮在行走时注意观察，观察挂篮沿箱梁中轴线对称方向两端，每前进50cm作一次同步观察，以防止挂篮偏位和转角，造成挂篮受损。
3、提升系统
用以连接挂篮主桁架和底模平台，腹板两侧采用材质为Q235B，截面尺寸为25*150mm的吊带，其余位置采用吊杆，吊杆为直径32mm的PSB830 精轧螺纹钢筋。用千斤顶提升装置来调节底模系统的标高。
4、底托系统
底托系统由前后托梁、纵梁、平台梁、前护栏、侧护栏、操作平台等几部分组成，底纵梁与底模模板的横肋现场焊接，后托梁通过吊带锚固于梁体，前托梁通过吊带与前横梁相连，浇筑混凝土时，后托梁锚固于前段已完箱梁底板。
5、内外模板系统
内模分顶模和内侧模。顶模和内侧模板由8#和6#槽钢组焊接而成顶模架及 6mm 钢板组成，顶模通过芯模滑道实现前移和调整箱室顶标高。外模由侧模板、翼板模板、底模板、对拉杆和外模支架组成。骨架边缘外采用10#槽钢焊成一体固定，其相互连接的部位用F16螺栓连接，保证骨架的刚度。外侧模和翼缘模板连成一体的钢模，用8#槽钢加固成整体，保证骨架的强度和刚度。翼缘板上的加固槽钢下安装有里外共6个导向轮，导向轮行走在由 2 根 28b 型槽钢组成的轨道。主梁由FL32精轧螺纹钢与轨道联接悬挂，达到翼缘板和底模板后端纵向移动的目的。安装模板时采用横向平铺，保证接缝平顺、密实且全部在同一条直线上，保证混凝土浇筑后表面的外观质量。对穿拉杆分上部对穿拉杆和箱梁腹板部对穿拉杆，上部对穿拉杆分别通过骨架上安装的10#槽钢组进行固定。腹板部对穿拉杆采用F16圆钢和法兰螺栓组成。另用F25精轧螺纹钢在底蓝纵梁下对侧模进行对拉固定，保证模板下部不漏浆、不走模。端头模板采用木模，端模制做安装时保证预应力孔道位置准确。
外侧模与内模用对拉螺栓连接，内设支撑加固；外侧模提吊梁及内滑梁前端锚固于前横梁，后端悬吊于已浇箱梁表面，拆模时放松锚固端，随平台下沉和前移。
三、挂篮拼装
挂篮在正式拼装前要进行试拼装，待0#块混凝土达到100%强度后，在其上组装挂篮主桁架。然后，将挂篮的“底篮”安装到1#块处，再安装外模板，最后安装内模板和端模板。
四、挂篮预压
挂篮预压拟在模板安装后进行，因此计算荷载时只需加上内模重量，最终预压荷载为混凝土恒载与模板重量之和的120%。荷载分3次加载。
（一）荷载计算
混凝土容重按照26KN/m3，1#块混凝土共计50.8m3，则1#块混凝土重量为134.78t，1#块内模板重量为2.43t，共计137.21t。 （二）加载顺序及分布
1、加载重量表
加载过程中注意对称均匀加载。
2、加载墩袋数量以及堆码密度
每个墩袋装砂质量进行准确称量，标在每个墩袋的表面，利于加载时进行计算。加载时有专人计算所加荷载，保证加载准确。
3、加载顺序
每侧加载区域均分三级均匀进行加载，分别按总荷载重量的50%、100%、120%在底板位置进行均布加载。加载过程南北两面均匀进行，两侧挂篮荷载差值不得超过2t。同侧加载也要注意对称加载，防止挂篮倾覆。先进行纵向加载，纵向加载时从混凝土结构端部开始向外侧缓慢布载，纵向加载延结构中心线进行；然后进行横向加载，横向加载时，从混凝土结构中心线向两侧进行对称布载。
第一级加载前先对各监测点进行测量，读取初读数。每级加载完成后，先停止下一级加载。第一级加载结束后，进行观测，1h后对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据。确认安全后进行二级加载，二级加载结束后，进行观测，静置12h后再对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据，确认变形没有超出控制范围，挂篮可以负担荷载后，进行三级加载。三级加载过程宜缓慢进行，随时进行观测，发现问题立即停止加载。三级加载结束后，静置24h，期间每隔12h对挂篮变形进行一次测量并记录测量数据。
4、监测点布置
为得到加载过程中挂篮弹性变形及非弹性变形的数据，需要在预压前布设监测点。监测点分布在两个1#块端头截面及侧面上。端面上4个监测点分别布置在底板两侧及翼板两侧。侧面上除1#块端面监测点外在0#块端面的底板两侧也分别布置一个监测点如下图所示。
监测点布置图：
5、挂篮变形观测控制
挂篮预压的监测包括以下内容：
a、预压荷载施加前，测定出监测点标高；
b、每级加载后监测点标高；
c、卸载12h、24h后监测点标高，直至稳定。
d、卸载后监测各监测点标高，并计算挂篮各监测点的弹性变形量；
e、计算挂篮各监测点的非弹性变形量。
6、卸载
人工配合吊车吊运砂袋均匀卸载，卸载采用一次性卸载，卸载要对称、均匀、同步。卸载完成后记录好观测值以便计算挂篮综合变形。根据观测记录，整理出挂篮变形结果，根据结果调试挂篮及模板。
观测数据表明变形稳定后，整理出观测数据，在完全卸载后，必须观测挂篮变形直至回弹稳定。
（三）观测记录：
1、每次观测均记录观测时间，各监测点高程，计算变化情况。
2、卸载后，回弹变形稳定后，停止观测，整理观测数据，提供给监控单位。
（四）主要观测底模平台、主桁架系统和内外模板的各个吊点处的变化，记录全部观测结果。根据记录计算并分析挂篮系统的非弹性变形和弹性变形值，为今后施工时确定立模标高提供依据。若加载试验实测出挂篮的非弹性变形较小，则说明加载试验已将其基本消除，那么，以后的节段悬臂浇筑只考虑挂篮的弹性变形即可，一般只需进行一次加载试验。
五、结论
由于菱形挂篮具有构造简明、受力明确、自重较轻、利用率较大、操作简单安全等特点，在连续梁施工中应用比较广泛。