趙立財

(1.中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136；2.天津大學建筑工程學院，天津 300072）

連續(xù)梁三角形掛籃液壓反力加載預壓計算與分析

趙立財1,2

(1.中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136；2.天津大學建筑工程學院，天津 300072）

結(jié)合廈成高速公路猴子河特大橋三角形掛籃液壓反力的實踐，介紹了大跨度連續(xù)梁三角形掛籃液壓反力預壓技術，得出三角形掛籃各部位的變形數(shù)據(jù)，繪出掛籃荷載—變形曲線得出相同荷載下的掛籃變形，以便準確控制掛籃底模立模標高。

大跨度橋梁；三角形掛籃；液壓千斤頂；反力架；預壓；分析

在國內(nèi)，大跨度橋梁采用掛籃懸澆施工工藝已比較普遍，作為橋梁施工的主要承重結(jié)構，掛籃的安全性至關重要。在懸澆結(jié)構施工前須對掛籃進行模擬荷載試驗，得出壓重與掛籃本身的變形關系，以檢驗掛籃的承載能力和安全可靠性，進而消除非彈性變形并獲得彈性變形規(guī)律，以便修正立模標高，為掛籃的后續(xù)使用提供可靠的技術參數(shù)。筆者在綜合考慮掛籃結(jié)構形式的情況下，創(chuàng)新性地提出了一種掛籃液壓千斤頂反力架預壓方法，實踐證明，該方法與傳統(tǒng)的砂袋、鋼筋、水箱堆載預壓方法相比，不僅能夠很好地模擬掛籃的受力情況，還合理地利用了施工現(xiàn)場現(xiàn)有的資源，具有加載卸載速度快、施工效率高、可重復預壓、節(jié)約工期、預壓結(jié)果可靠的特點。

1 工程概況

廈成高速公路猴子河特大橋橋梁全長2212m，主橋結(jié)構為一聯(lián)(78m+104m+78m)預應力混凝土變截面連續(xù)箱梁，箱梁采用C50混凝土，并設置三向預應力體系。橋面寬12.2m，箱底寬7.5m，翼緣板懸臂分別長3.5m，主墩頂梁高7.6m，跨中梁高3.1m，腹板厚60cm，頂板厚度20～40cm，底板厚度40～80cm。本橋共分35個梁段，懸澆箱梁共分13個節(jié)段逐節(jié)澆注形成，所用掛籃為三角形結(jié)構形式，掛籃承受的最大重量的5#塊（長4m，高3.304m），掛籃結(jié)構自重31t，掛籃模板自重18t。本橋連續(xù)梁采用液壓反力預壓技術對掛籃進行預壓，掛籃預壓荷載以5#塊混凝土的重量進行模擬加載，三角掛籃結(jié)構形式如圖1、圖2所示。

圖1 三角形掛籃側(cè)面示意圖

圖2 三角形掛籃正面示意圖

2 液壓反力預壓原理

掛籃預壓采用預應力張拉用的千斤頂加載，千斤頂加載在底板范圍內(nèi)進行，主要設備是反力架和液壓油頂。首先將反力架固定在已澆筑4#塊梁體腹板端面上，待掛籃和箱梁底模安裝結(jié)束后，再將液壓油頂置于反力架與底模的預留空間內(nèi)，通過控制液壓油頂壓力，向反力架施壓，利用反向作用力下壓底模，上拉吊帶，模擬掛籃實際受力，從而獲取掛籃在荷載作用下各部位的變形數(shù)據(jù)及規(guī)律，達到掛籃預壓目的。

3 液壓反力法預壓總體構思

在4#段施工過程中預埋好反力架4個預埋件，待三角形掛籃安裝檢查驗收完畢后在底板橫橋向滿鋪10cm×10cm方木，方木上方順橋向鋪設4根型鋼作為千斤頂加載傳力分配梁，分配梁鋪設位置就是千斤頂加載點，每組分配梁上設置1臺200t液壓千斤頂，千斤頂和三角反力架間通過I56工字鋼傳遞荷載。反力架由2根I56工字鋼組成三腳架形成預壓的反力點，通過預埋在梁體4#塊上的鋼板與箱梁形成整體，為了防止梁體連接處的混凝土在加載試驗過程中開裂，在預埋I56工字鋼及反力梁頂部預埋鋼板的腹板全斷面范圍內(nèi)增設3層?16@10cm×10cm防裂鋼筋網(wǎng)。1個主墩的2個掛籃要對稱進行預壓。掛籃液壓反力預壓結(jié)構方式如圖3、圖4所示，反力預壓點布置如圖5所示。

4 預壓荷載計算

液壓反力預壓在三角形掛籃底模上進行，其掛籃及模板自重荷載已施加，所以掛籃預壓荷載主要模擬最重梁段5＃段的底板、腹板、頂板的自重荷載及施工荷載，荷載計算如下。

計算時混凝土容重取26kN/m3，混凝土超灌系數(shù)取1.05，沖擊系數(shù)取1.2，施工荷載按7.1t。

計算時順橋向取1m作為計算單元，1#、4#預壓點加載主要模擬腹板及翼緣板混凝土的自重荷載，2#、3#預壓點加載主要模擬底、頂板混凝土的自重荷載，每臺液壓千斤頂單延米荷載分別為

圖3 液壓反力預壓側(cè)面示意圖

圖4 液壓反力預壓正視圖（單位：cm)

圖5 掛籃液壓反力預壓點布置圖（單位：cm)

即：R1=R4=88.03kN/m；R2=R3=42.75kN/ m。5#梁段長4m，則1＃、4＃千斤頂集中預壓反力為88.03kN/m×4m+7.1t×9.8/4= 369.515kN；2＃、3＃千斤頂集中預壓反力為42.75kN/m×4m+7.1t×9.8/4=188.395kN。計算得5#梁段自重總荷載為1046.24kN。預壓總荷載1116kN；加載系數(shù)取K=1.2，加載力F=1116kN×1.2=1339.5kN。

5 測量監(jiān)控

1）變形測點布置 預壓的主要目的是得到前、后托梁和掛籃主桁架懸臂端的撓度。為了充分測量掛籃的變形，預壓過程中每側(cè)掛籃布置6個測點，在三角形掛籃后錨、支點、前上橫梁左右側(cè)布置變形測量觀測點，水準儀安設在4#塊中點，測量在逐級加載作用下各觀測點的位移變化，變形測點布置如圖6所示。預壓結(jié)束后，應對觀測數(shù)據(jù)分析處理，同時繪制掛籃荷載—變形曲線得出相同荷載下的掛籃變形關系曲線，作為掛籃懸澆施工立模標高調(diào)整的依據(jù)。

2）外觀檢查測點 在加載過程中除采用儀器對掛籃進行監(jiān)測外，還要對其外觀進行檢查，觀察掛籃受力后有無剛度不夠產(chǎn)生變形、焊縫有無脫焊、連接銷有無松動等異常情況發(fā)生。另外，在條件允許的情況下，可以在掛籃的關鍵受力部位布置應變片，以測量掛籃各主要桿件的實際受力狀況。

圖6 掛籃變形測點布置示意圖

6 液壓反力預壓施工工藝

利用液壓千斤頂結(jié)合反力架對掛籃前端進行加載預壓，具體的加載方法為：在每只掛籃底模的前下橫梁上安裝千斤頂，模擬最大現(xiàn)澆梁段施工荷載分布情況，分級進行加載，其主要目的是控制加載速度，便于觀測掛籃變形隨荷載變化的規(guī)律，同時有利于掛籃預壓的安全。

掛籃預壓按照20%、50%、80%、90%、95%、100%預壓荷載進行分級均勻?qū)ΨQ加載，卸載按80%、50%、0%進行，加載過程中密切觀測桁架節(jié)點的焊接和變形，掛籃底模與橫梁的沉降值，每級工況至少維持0.5h，最大荷載持載要求24h。加載完成后，每1h測量1次測點的變形值；連續(xù)預壓4h后，最后測量時間段的2次變形量之差小于2mm時，即可完成預壓施工。預壓結(jié)束后，如觀測數(shù)據(jù)分析無異常，拆除反力架，逐級卸載并測量各級卸載后的變形值。三角形掛籃液壓反力預壓加載分級如表1所示，液壓反力預壓質(zhì)量控制標準如表2所示。

表1 三角形掛籃液壓反力預壓試驗分級加載表

表2 三角形掛籃液壓反力液壓質(zhì)量控制標準

7 預壓變形數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過掛籃逐級加載中觀測量數(shù)據(jù)可知，產(chǎn)生最大的變形的位置位于掛籃主桁架前橫梁處，筆者只取主桁架前橫梁左1、右1點進行測點數(shù)據(jù)分析，得到線性回歸方程y=-19.074248+30.0706421x。三角形掛籃預壓變形觀測記錄如表3所示，三角形掛籃主桁預壓變形觀測計算分析如表4所示，三角形掛籃主桁變形與荷載線性關系如圖7所示。

表3 三角形掛籃液壓反力預壓觀測記錄 (單位：cm)

表4 掛籃主桁架預壓變形觀測分析

圖7 三角形掛籃主桁架變形與荷載線性關系圖

8 結(jié)論與建議

1）液壓反力預壓法操作工序少、施工簡單、操作方便、加載卸載速度快，大大節(jié)約了工期和施工成本，預壓結(jié)果可靠，能更好地模擬懸澆掛籃的實際受力，得出可靠的掛籃各項受力參數(shù)，為掛籃施工提供依據(jù)。

2）根據(jù)三角形掛籃的預壓數(shù)據(jù)得出掛籃變形與承受荷載回歸線，為計算其它節(jié)段得出依據(jù)。

3）根據(jù)預壓荷載計算，制定加載方案并設計反力架結(jié)構形式，通過現(xiàn)場的實際預壓，驗證了荷載計算的正確性，同時高效安全準確地完成了掛籃預壓，驗證了掛籃的安全性及可靠度，消除了非彈性變形，獲得了立模控制標高所需數(shù)據(jù)，取得了良好的經(jīng)濟效果。

4）由于掛籃循環(huán)使用，每行走一次，由于行走軌道下支墊不密實，都存在非彈性變形，在正常使用時，建議掛籃前端下沉值按1cm考慮，即立模標高提高1cm。

5）每節(jié)段三角形掛籃在混凝土荷載作用下的前端撓度值可根據(jù)回歸方程y＝30.0706421x -19.07424計算得出。

6）掛籃受力結(jié)構明確，荷載通過液壓千斤頂加載，加載過程更容易得到控制，加載過程中一旦出現(xiàn)意外情況，可迅速卸荷，確保掛籃安全。

7）箱梁節(jié)段越重，采用千斤頂反力架預壓技術進行掛籃預壓比其他預壓方法越經(jīng)濟、合理，更能體現(xiàn)該技術的優(yōu)越性。

8）掛籃整體加載至5#梁體自重荷載及施工荷載后，掛籃前下橫梁最大變形在11～16cm之間，產(chǎn)生最大變形的主要原因是吊帶連接器安裝不垂直，而導致掛籃前下橫梁產(chǎn)生的變形偏大。

[1] 張永剛．反力架預壓在掛籃施工中的應用[J]．山西建筑，2012，38(19)：191-193．

[2] 李躍忠．千斤頂反壓技術在掛籃懸澆連續(xù)梁中的應用[J]．山西建筑，2014，40(13)：202-203．

[3] 周彥平．連續(xù)梁0號塊鋼絞線反支點預壓施工技術[J]．石家莊鐵道大學學報：自然科學版．2013，26(S1)：154-156．

（編輯 張海霞）

Triangle hang basket hydraulic anti-force pre-pressure calculation and analysis of continuous box girder

ZHAO Li-cai

U448.21+5

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1001-1366(2015)11-0048-04

2015-08-21