移動模架施工箱梁預(yù)拱度設(shè)置分析

楊 軍 杰

(中鐵武漢大橋工程咨詢監(jiān)理有限公司,湖北 武漢 430050)

1 簡介

1.1 工況介紹

以濟南長清黃河橋為例，根據(jù)《兩階段施工圖》，東內(nèi)灘引橋采用每聯(lián)5×51 m等截面連續(xù)梁，共計13聯(lián)，梁體采用3 m等高單箱單室斜腹板預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁；引橋均為左右兩幅，雙幅間距12.3 m，全長3 315 m，現(xiàn)場采用移動模架箱梁施工。

1.2 移動模架施工簡介

移動模架箱梁施工是特定的一種造橋施工機械，主要由主梁提升機構(gòu)、內(nèi)外模板、支腿機構(gòu)、支承桁梁等部件組成。它是利用墩柱作為支承，在其上安裝模板，然后現(xiàn)場澆筑箱梁。具有施工不受場地限制、操作簡便、施工質(zhì)量高、成本低廉等優(yōu)點，是較為先進的施工方法，在國內(nèi)外已被廣泛地采用在公路橋梁、鐵路橋梁的從移動支架到澆筑成型的一系列施工中[1]。

2 移動模架預(yù)拱度設(shè)置的目的及意義

移動模架施工箱梁因工序較多導(dǎo)致其施工工藝較為復(fù)雜，另外在預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁施工過程中不可避免存在其他難以預(yù)料的因素，這些情況都會導(dǎo)致某些構(gòu)件中的應(yīng)力儲備不足而變形量過大，造成安全隱患，因此需要結(jié)合施工箱梁全過程開展線形監(jiān)控和預(yù)拱度設(shè)置測量工作。其中移動模架預(yù)拱度設(shè)置的目的是根據(jù)實測移動模架預(yù)壓的變形和受力，結(jié)合移動模架自身的強度、剛度情況進行建模計算，再反饋數(shù)據(jù)到現(xiàn)場施工，最終通過提供箱梁理論立模標(biāo)高，使橋梁整體豎向線形符合設(shè)計要求，以確保大橋的施工質(zhì)量和安全[2]。

3 移動模架施工預(yù)拱度設(shè)置影響因素

在影響梁體線形的整個影響因素中，預(yù)拱度的調(diào)整是施工重點，因此應(yīng)對模架預(yù)拱度進行精確分析。移動模架撓度值的確定主要分為四大部分：

1)混凝土自重產(chǎn)生的撓度值；2)預(yù)應(yīng)力張拉后產(chǎn)生的反拱值;3)各系統(tǒng)構(gòu)件受壓縮后產(chǎn)生的變形值；4)混凝土自重對前一孔箱梁的影響值及懸臂端施加集中力后所產(chǎn)生的影響值；其中1),2),3)項通過預(yù)壓消除，4)項通過有限元軟件建模確定。

3.1 移動模架預(yù)壓

本次預(yù)壓斷面測點布置通過在主梁設(shè)置4個觀測點斷面，按1/4跨布置，每個斷面測點設(shè)5個。在預(yù)壓施工前,在底板、腹板、頂板、翼板分別設(shè)置觀測點并做好標(biāo)記,同時測量記錄其標(biāo)高。預(yù)壓時按照批準(zhǔn)的施工方案中確定的0%→50%→100%→110%三級進行分級加載，在加載過程中隨時測量觀測點的變化情況，防止出現(xiàn)意外。預(yù)壓時每一級荷載達到預(yù)定值后應(yīng)穩(wěn)定2 h并觀測記錄，等全部加載完成后，需持續(xù)施壓24 h，然后每6 h觀測一次，若相鄰兩次每點觀測下沉量均不超過2 mm時，即認(rèn)為支架已穩(wěn)定，可以卸載，卸載按照110%→100%→50%→0%逐級進行縱橫向?qū)ΨQ卸載。壓重采用在模板上堆砂袋的方式進行，壓重前在模板上分區(qū)域做好記號，根據(jù)各區(qū)域在不同加載級別時的荷載布置砂袋，砂子為澆水的粗砂，容重按濕重17 kN/m3考慮，采用1 m3的袋子來裝。加載方向為中間向兩端、橫向?qū)ΨQ布置砂袋，防止在縱、橫向產(chǎn)生過大的偏載。壓重完成后需對壓重結(jié)果進行分析，并與理論計算結(jié)果進行比對，得出壓重試驗的結(jié)論。

3.2 移動模架在施工荷載作用下的變形和穩(wěn)定性分析

本次以濟南長清黃河橋工程中采用的ZQM1700移動模架為例，主要結(jié)構(gòu)由托架支撐、墩旁托架、支承臺車、主梁、橫聯(lián)、前后導(dǎo)梁、配重、底模、側(cè)模及支撐、扁擔(dān)梁、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、梯子平臺等組成。為方便計算，根據(jù)移動模架MSS結(jié)構(gòu)及承受豎向荷載的特點，采用有限元軟件ANSYS建立有限元模型，主梁采用殼單元模擬，鼻梁、主梁及鼻梁間橫向聯(lián)系采用空間Beam梁單元模擬。分析中主要考慮主梁自重、鼻梁自重、橫向聯(lián)系自重、上下橫梁及吊梁自重、混凝土自重。將混凝土自重荷載以分布力的形式作用于移動模架主梁底部，其余自重按結(jié)構(gòu)體積力考慮。鋼材容重取78.5 kN/m3，彈性模量取210 GPa，模型邊界條件按簡支處理。

3.3 數(shù)據(jù)整理

1)拱度設(shè)置。

拱度設(shè)置需考慮以下方面的影響：

a.模架彈性下?lián)现担?/p>

b.施工非彈性變形引起的撓度(根據(jù)壓重情況實測)；

c.張拉、混凝土收縮及混凝土箱梁自重(含二期恒載)，由設(shè)計院給出拱度值；

d.模架主梁預(yù)設(shè)拱度。施工預(yù)拱度?。篴+b+c-d。

2)箱梁立模標(biāo)高調(diào)整。

支架預(yù)壓后已基本消除非彈性變形量，調(diào)整模板時可只考慮彈性變形，預(yù)壓結(jié)果顯示實測底模最大變形量為66 mm，其中梁體預(yù)設(shè)反拱值17 mm，底模設(shè)拱度49 mm，箱梁施工后，實際測設(shè)變形值比已知梁預(yù)壓變形值小4 mm，因此規(guī)定箱梁后續(xù)施工預(yù)拱度設(shè)置為45 mm，翼板同樣設(shè)置45 mm，根據(jù)后期施工測量數(shù)據(jù)顯示，主梁、底模、翼板模彈性變形曲線接近二次拋物線。

4 實施結(jié)果

以濟南長清黃河橋東內(nèi)灘引橋第1聯(lián)左幅為例，根據(jù)移動模架自身變形數(shù)據(jù)和預(yù)壓后計算數(shù)據(jù)，將兩者數(shù)據(jù)疊加進行建模，得出連續(xù)梁施工撓度控制數(shù)據(jù)曲線圖。之后確定每段梁體施工撓度，預(yù)設(shè)撓度見表1(共5跨28工況，撓度向上為正，向下為負(fù))。

表1 移動模架主梁預(yù)設(shè)撓度數(shù)值表

說明：

1)在第1聯(lián)5跨51 m箱梁施工完成，縱向預(yù)應(yīng)力張拉后箱梁出現(xiàn)起拱，實測跨中斷面最大上拱值為62 mm，懸臂端尾跨下?lián)现颠_到23 mm。由表1可以看出，理論跨中和懸臂端的最大下?lián)习l(fā)生在第12工況，最大上撓發(fā)生在第28工況，撓度分別為68 mm和24 mm，與實測值62 mm和23 mm接近。另外，新澆混凝土對已有梁體線形存在一定影響，其中對前一節(jié)段梁體跨中及懸臂端的撓度影響最大。

2)當(dāng)前階段為全聯(lián)澆筑張拉完畢，第1,5跨在二期恒載作用下預(yù)測(模型計算值)下沉9 mm，2,3,4跨在二期恒載作用下預(yù)測(模型計算值)下沉5 mm，第1跨和第5跨在運營荷載(收縮徐變+50%汽車作用)下預(yù)測(模型計算值)下沉8.5 mm，第2跨在運營荷載(收縮徐變+50%汽車作用)下預(yù)測(模型計算值)下沉6.4 mm，第3跨在運營荷載(收縮徐變+50%汽車作用)下預(yù)測(模型計算值)下沉4.7 mm，第4跨在運營荷載(收縮徐變+50%汽車作用)下預(yù)測(模型計算值)下沉4.4 mm，綜合這兩項，第2，3，4跨鋪裝之前的主梁高程應(yīng)在設(shè)計線形基礎(chǔ)上高1 cm～1.2 cm。經(jīng)實測，數(shù)值均勻分布設(shè)計值兩側(cè)，無離散點，最大偏離值均滿足設(shè)計規(guī)范要求，達到預(yù)期效果(見圖1)。

實施后，總體線形與理論符合較好，誤差在規(guī)范允許范圍(±20 mm)。部分存在的問題：

1)第1跨跨中部分梁段偏高，主要原因在于預(yù)壓變形觀測值和實際澆筑變形值不符，在第2跨之后的指令中對次變形修正后，其余線形均在規(guī)范允許范圍；

2)支座處模架支架在支座處存在變形(實際測量為9 mm)；

3)懸臂端在3,4,5跨比預(yù)期偏低，分析原因：模架支架在支座處的變形導(dǎo)致懸臂端跟著下沉。

5 結(jié)語

本文通過對移動模架施工箱梁全過程跟蹤，結(jié)合濟南長清黃河橋移動模架施工實例，首先分析了設(shè)置預(yù)拱度的方法和控制要點；其次說明了線形控制最主要的工作是合理的設(shè)置預(yù)拱度來抵消箱梁施工引起的變形值的過程，控制好每跨的預(yù)拱度值至關(guān)重要；最后為達到設(shè)計及規(guī)范要求，明確了移動模架施工箱梁的線形控制是計算、施工、量測后修正、再施工的循環(huán)過程，后期應(yīng)及時測量混凝土澆筑前后箱梁各點的高程值，實時對預(yù)設(shè)值和實測值之間的誤差進行分析、調(diào)整、預(yù)測，才能取得較為理想的效果。