移動(dòng)模架實(shí)際受力特征及預(yù)拱值確定研究

戚勝輝 范遠(yuǎn)林

(1.溫州市交通工程管理中心，浙江 溫州 325000； 2.浙江交工金筑交通建設(shè)有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州靈昆—閣巷段工程起于溫州市龍灣區(qū)，接甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州黃華至靈昆段推薦線位終點(diǎn)，起點(diǎn)樁號(hào)K279+698，終點(diǎn)位于閣巷東，順接甬臺(tái)溫高速公路復(fù)線溫州瑞安至蒼南(浙閩界)段工程起點(diǎn)，設(shè)閣巷樞紐(預(yù)留)連接溫州繞西南高速公路終點(diǎn)，終點(diǎn)樁號(hào)K318+342，路線全長38.644 km。其中甌江口跨海南大橋起訖樁號(hào)為K281+370～K287+075，設(shè)計(jì)路線全長5.705 km。大橋共設(shè)計(jì)9聯(lián)98跨等截面連續(xù)箱梁，分別為：通航孔北3號(hào)～16號(hào)墩：1聯(lián)(45+2×50)m，2聯(lián)(5×50 m)。通航孔南21號(hào)～57號(hào)墩：6聯(lián)(6×50 m)，均為雙幅式橋梁。50 m，45 m跨徑箱梁采用單箱、單室，斜腹板截面，梁高為2.5 m，箱梁懸臂長度均為8 m。箱梁頂板寬度為16.25 m，底板寬度為7.2 m，腹板厚度為50 cm，頂板厚30 cm，底板厚25 cm，橫坡度為2%，最大縱坡0.75%，最小平曲線4 000 m，最大澆筑方量746 m3，約1 900 t。均采用移動(dòng)模架逐孔澆筑的方法施工?，F(xiàn)澆箱梁一般構(gòu)造如圖1，圖2所示。

2 預(yù)壓及監(jiān)測方案

2.1 預(yù)壓方案

移動(dòng)模架主要由主梁、橫梁、前鼻梁、后鼻梁、托架、前后推進(jìn)小車，外模、中掛梁、后掛梁、前橫梁及相關(guān)的安全設(shè)施構(gòu)成。預(yù)壓采用砂袋和鐵塊預(yù)壓，模擬移動(dòng)模架實(shí)際所承受的荷載，觀察移動(dòng)模架的受力變形以及承載的安全性，將變形數(shù)據(jù)與理論變形數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以確定移動(dòng)模架的預(yù)拱度值。預(yù)壓荷載取箱梁自重與施工荷載之和的1.1倍，預(yù)壓施工時(shí)采用分4級(jí)加載，荷載值分別為50%，75%，100%，110%。加載至75%，100%，110%后停止加載進(jìn)行12 h的支架沉降、變位連續(xù)觀測，在各分級(jí)荷載施加、觀測完成且無異常情況方可進(jìn)行下一級(jí)荷載的施加。全部加載完成后以12 h為一個(gè)觀測單位進(jìn)行連續(xù)觀測，若連續(xù)2 d觀測模架沉降、變位均小于1 mm 則模架沉降、彈性變形基本穩(wěn)定,此時(shí)可以卸載。卸載以后，再次對測點(diǎn)進(jìn)行觀測，計(jì)算出彈性變形量和非彈性變形量。

2.2 模架主梁監(jiān)測方案

撓度監(jiān)測主要測試模架的豎向撓度和支點(diǎn)沉降。沿移動(dòng)模架縱向共布置10個(gè)測量斷面，分別位于模架50 m跨的5/8跨、L/4、跨中、8 m跨前端及對應(yīng)橫梁處。每一截面橫向布置2個(gè)測點(diǎn)，分別位于模架兩幅主梁的梁頂。

3 撓度值分析及預(yù)拱值確定

3.1 預(yù)壓實(shí)測撓度值

僅統(tǒng)計(jì)模架主梁的實(shí)測數(shù)據(jù)，不同荷載等級(jí)預(yù)壓時(shí)對應(yīng)實(shí)測撓度值如表1，表2所示。

3.2 澆筑過程中實(shí)測撓度值

僅統(tǒng)計(jì)模架主梁的實(shí)測數(shù)據(jù)，澆筑過程中及澆筑完成后實(shí)測撓度值如表3,表4所示。

從表1～表4看出，移動(dòng)模架主梁在預(yù)壓、澆筑后在同一荷載階段撓度值存在較大偏差，偏差主要表現(xiàn)為預(yù)壓時(shí)主梁前后牛腿之間的撓度值明顯大于澆筑混凝土后的撓度值，同時(shí)前支點(diǎn)到前端混凝土澆筑時(shí)的上撓值明顯小于預(yù)壓時(shí)的上撓值，偏差比值20%～25%之間。主梁左側(cè)預(yù)壓(100%)、澆筑完成后撓度曲線如圖3所示，主梁右側(cè)預(yù)壓(100%)、澆筑完成后撓度曲線如圖4所示。

3.3 不同階段主梁應(yīng)力統(tǒng)計(jì)分析

撓度監(jiān)測的同時(shí)監(jiān)測梁體應(yīng)力，應(yīng)力監(jiān)測內(nèi)容包括移動(dòng)模架主梁彎曲應(yīng)力、剪應(yīng)力以及底橫梁軸向應(yīng)力。沿移動(dòng)模架主梁縱向共布置3個(gè)應(yīng)力監(jiān)測斷面，分別位于主梁的前支點(diǎn)、3L/4和跨中，其中支點(diǎn)截面監(jiān)測主梁腹板的剪應(yīng)力、3L/4和跨中截面監(jiān)測主梁的縱向應(yīng)力。主梁應(yīng)力監(jiān)測采用基康表面式BGK-4000型應(yīng)變計(jì)，同時(shí)采用基于GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)力數(shù)據(jù)自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)對傳感器的有效管理和數(shù)據(jù)快速采集。同時(shí)該系統(tǒng)可最大程度地降低測試時(shí)間，可在不利應(yīng)力狀態(tài)時(shí)對荷載試驗(yàn)進(jìn)行及時(shí)預(yù)警。

表1 預(yù)壓時(shí)左側(cè)主梁實(shí)測撓度值

表2 預(yù)壓時(shí)右側(cè)主梁實(shí)測撓度值

表3 澆筑后左側(cè)主梁實(shí)測撓度值

表4 澆筑后右側(cè)主梁實(shí)測撓度值

預(yù)壓、混凝土澆筑完成后應(yīng)力監(jiān)測結(jié)果與撓度值測量結(jié)果基本相符，預(yù)壓過程中主梁等各點(diǎn)的應(yīng)力值明顯大于混凝土澆筑后主梁應(yīng)力值，偏差比值約15%。主梁各監(jiān)測點(diǎn)在預(yù)壓、混凝土澆筑完成后應(yīng)力數(shù)值統(tǒng)計(jì)如表5所示。

3.4 偏差原因分析及預(yù)拱值確定方法

移動(dòng)模架在預(yù)壓(100%)、澆筑兩個(gè)不同施工階段的撓度值與應(yīng)力存在較大偏差原因主要如下：

1)荷載分布存在差異，預(yù)壓不能完全模擬實(shí)際的荷載分布，導(dǎo)致模架在跨中的堆載有超過實(shí)際荷載的情況發(fā)生；

2)預(yù)壓時(shí)前后牛腿屬于剪支狀態(tài)，預(yù)壓時(shí)，模架在支點(diǎn)處不但有彈性壓縮變形，還存在向跨中位移的趨勢，同時(shí)模架前端上翹，整個(gè)變形過程無任何約束；

3)混凝土澆筑時(shí)，一般從墩頂橫梁先澆筑，然后依次分層澆筑直至澆筑完成。前頭腿對應(yīng)墩頂橫梁澆筑過程中，混凝土?xí)饾u產(chǎn)生強(qiáng)度?；炷吝_(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)，相當(dāng)于給模架施加了剛性約束，約束模架變形。而且底板及腹板混凝土澆筑完成后，整個(gè)箱梁底板混凝土已經(jīng)產(chǎn)生強(qiáng)度，繼續(xù)澆筑剩余混凝土?xí)r，底板與模架共同承受荷載，這個(gè)過程導(dǎo)致模架跨中撓度減少；

4)模架前端混凝土澆筑過程時(shí)，底板混凝土產(chǎn)生強(qiáng)度后，約束了模架前端主梁上翹的趨勢，導(dǎo)致模架預(yù)壓與澆筑時(shí)模架前端撓度值差異。

表5 預(yù)壓及澆筑后主梁實(shí)測應(yīng)力值統(tǒng)計(jì)表

因此模架預(yù)壓結(jié)果不能完全作為模架最終起拱參考值，而是要適當(dāng)優(yōu)化，優(yōu)化主要考慮混凝土緩凝時(shí)間、澆筑速度、模架設(shè)計(jì)的安全系數(shù)等因素，模架實(shí)際預(yù)拱值確定方法如下：

1)預(yù)壓時(shí)，測量移動(dòng)模架的同時(shí)監(jiān)測模架應(yīng)力值，同時(shí)與廠家理論值進(jìn)行比較，若實(shí)測數(shù)值小于理論值時(shí)，建議按實(shí)測撓度值折減20%作為模架預(yù)拱值；

2)直接采用預(yù)壓實(shí)測值作為第一跨現(xiàn)澆箱梁預(yù)拱值，待澆筑第一跨后根據(jù)比例再調(diào)整；

3)以上兩種方法在施工過程中橋梁都不能達(dá)到設(shè)計(jì)理論線型時(shí)，建議澆筑過程中采取逐跨修正，直到達(dá)到理論線型值。

4 結(jié)語

移動(dòng)模架是一種先進(jìn)的造橋設(shè)備，成功應(yīng)用在國內(nèi)很多項(xiàng)目。但是移動(dòng)模架的制造缺乏相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致模架本身存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，特別是一些細(xì)部構(gòu)件，極易因設(shè)計(jì)缺陷、制造缺陷或其他外界因素的影響導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。移動(dòng)模架的安全事故基本都出現(xiàn)在拼裝、預(yù)壓、行走三個(gè)過程，國內(nèi)還沒有出現(xiàn)澆筑過程中產(chǎn)生安全事故的先例。主要原因就是混凝土澆筑過程中，已澆筑混凝土承擔(dān)了部分后續(xù)荷載，間接提高了模架的安全儲(chǔ)備系數(shù)。因此移動(dòng)模架施工時(shí)建議按照如下要求執(zhí)行：

1)模架設(shè)計(jì)嚴(yán)格按照起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行，取足夠的安全系數(shù)；

2)拼裝過程中，嚴(yán)格按照廠家操作手冊及安全專項(xiàng)方案執(zhí)行；

3)預(yù)壓時(shí)，盡可能模擬實(shí)際的荷載分布，預(yù)壓材料可以采用定型鐵塊，便于采集真實(shí)數(shù)據(jù)，確定模架的彈性變形值，消除非彈性變形；

4)移動(dòng)模架建議按照理論值的105%進(jìn)行預(yù)壓，減少預(yù)壓時(shí)的安全風(fēng)險(xiǎn)；

5)移動(dòng)模架使用過程中，隨機(jī)監(jiān)測模架的變形值，防止模架疲勞發(fā)生不可逆的變形，隨時(shí)調(diào)整預(yù)拱值，保證橋梁線型。