連續(xù)梁三角形掛籃液壓反力加載預壓計算研究

陳勇

（貴州橋梁建設(shè)集團有限責任公司，貴州貴陽 550001）

0 引言

在現(xiàn)代化建設(shè)中，掛籃懸澆施工工藝在公路橋梁工程中得到廣泛應用，作為橋梁施工的主要承重結(jié)構(gòu)，掛籃施工的安全性尤為重要。橋梁懸澆結(jié)構(gòu)施工前，應先對掛籃進行模擬荷載試驗，通過試驗得出壓重與掛籃自身的變形關(guān)系，以檢驗掛籃的承載能力與安全可靠性。通過試驗數(shù)據(jù)分析獲得彈性變形規(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(shù)參數(shù)?；诖?，文章結(jié)合實例項目對連續(xù)梁三角形掛籃液壓反力加載預壓計算進行以下探討。

1 工程概述

本工程合同段路線全長12.854km，設(shè)橋梁3 641m/8座，其中特大橋1座（擺金特大橋），大橋5座，中橋2座。本項目中，梁段位于16#、17#主墩處，全橋共計236 個節(jié)段，其中2-12 節(jié)段為掛籃懸澆段，13 節(jié)段為合龍段，14-16 節(jié)段為邊跨現(xiàn)澆段。施工中，主要選用液壓反力預壓技術(shù)落實掛籃預壓。圖1為連續(xù)梁三角形掛籃結(jié)構(gòu)實際施工圖，圖2為三角形掛籃結(jié)構(gòu)圖。

圖1 連續(xù)梁三角形掛籃結(jié)構(gòu)實際施工圖

圖2 連續(xù)梁三角形掛籃結(jié)構(gòu)模型圖

2 液壓反力預壓原理

掛籃預壓是采用千斤頂在底板范圍內(nèi)進行加載，其設(shè)備主要是反力架和液壓油頂。其操作步驟如下：

（1）將反力架固定在已澆筑的梁體腹板端面上。

（2）待掛籃和箱梁底模安裝結(jié)束后，將液壓油頂置于反力架與底模的預留空間內(nèi)。

（3）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 連續(xù)梁三角形掛籃液壓反力預壓施工的總體思路分析

在本工程中，掛籃結(jié)構(gòu)主要分為主桁承重和模板兩大部分。其中，主桁承重系統(tǒng)可以進一步細化出5個部分，具體為2片主桁片、前上橫梁、橫聯(lián)、后錨和行走部分；模板系統(tǒng)可以進一步細化出4個部分，具體為底籃、外模、內(nèi)模、工作平臺。掛籃無平衡重，是通過精軋螺紋鋼筋將掛籃錨固在已澆筑成形的箱梁節(jié)段的豎向精軋螺紋上來確保其抗傾覆能力的。2 號箱梁段施工前，要在地面上試拼掛籃，檢查其結(jié)構(gòu)尺寸、主桁各吊點的位置是否準確無誤。在整個懸臂澆筑施工過程中，掛籃發(fā)揮著極為重要的作用。實際施工過程中，主要在已經(jīng)張拉錨固的箱梁梁段上懸掛掛籃結(jié)構(gòu)，懸臂澆筑時箱梁段的模板安裝、鋼筋綁扎等工作均需要施工人員在掛籃上展開，當一個梁段施工完成后，掛籃解除后錨，依靠反掛輪暫時錨固于軌道上，與內(nèi)外模整體移向下一個掛籃施工。

施工中，提前完成對4個反力架預埋件的預埋處理，在完成對三角形掛籃的安裝以及質(zhì)量檢驗后，于底板橫橋向落實方木的敷設(shè)工作，設(shè)定方木的尺寸為10cm×10cm；在方木的上方加設(shè)型鋼，數(shù)量為4根，方向設(shè)定為順橋向，型鋼敷設(shè)完成后，設(shè)置千斤頂加載傳力分配梁，此時，傳力分配梁的加設(shè)區(qū)域可以視為千斤頂加載位置；將單臺規(guī)格為200t的液壓千斤頂安裝在單組分配梁上，并利用156工字鋼實現(xiàn)對千斤頂與三角反力架之間的荷載傳遞。反力架主要構(gòu)件為156工字鋼，數(shù)量為2根，這兩根156工字鋼構(gòu)成三腳架結(jié)構(gòu)，從而生成預壓的反力點；在前期預埋件與梁體內(nèi)鋼板的支撐下，反力架可以與箱梁構(gòu)成一個整體結(jié)構(gòu)。出于對降低實際加載過程中梁體連接區(qū)域混凝土出現(xiàn)開裂問題的考慮，在本次加載試驗前主要在其中加設(shè)了防裂鋼筋網(wǎng)，規(guī)格為Ф16@10cm×10cm，數(shù)量為三層，加設(shè)范圍為預埋156工字鋼、反力梁頂部預埋鋼板的腹板全斷面。需要注意的是，在實際的預壓過程中，要求切實保證單一主墩內(nèi)所包含的2個掛籃可以實現(xiàn)對稱預壓，避免在液壓反力法預壓過程中對連續(xù)梁結(jié)構(gòu)造成損壞。

4 基于液壓反力法的加載預壓計算分析

4.1 預壓荷載的計算

在三角形掛籃底模上實施液壓反力預壓，實踐中，模板自重、掛籃自重均已經(jīng)完成施加，因此選取梁段的頂板、腹板以及底板自重荷載、施工荷載為預壓荷載的主要模擬量。在本次預壓荷載的計算過程中，涉及的參數(shù)及其真實數(shù)據(jù)如下所示：混凝土超灌系數(shù)設(shè)定為1.05；混凝土容重穩(wěn)定在26kN/m3；沖擊系數(shù)設(shè)定為1.2；施工荷載設(shè)定為7.1t。在實際的計算過程中，計算單元設(shè)置為順橋向的1m，在選取的三角形掛籃底板上設(shè)定4個處于中心線位置的預壓點，分別為a點、b點、c 點以及d 點。其中，腹板、翼緣板混凝土的自重荷載主要由a 點以及d 點加載模擬；頂板、底板混凝土的自重荷載主要由b 點和c 點加載模擬。單臺液壓千斤頂?shù)暮奢d具體有：a 點和d 點荷載為88.03kN/m；b 點和c點荷載為42.75kN/m。

研究中選取梁段的長度為4m，根據(jù)計算公式：預壓反力=單臺液壓千斤頂單延米荷載×梁段長度+施工荷載×g/預壓點數(shù)量（其中g(shù) 取值9.8）可以得出，在a 點以及d 點，千斤頂集中預壓反力達到369.515kN；在b點以及c 點，千斤頂集中預壓反力達到188.395kN，計算可以得到本梁段的自重荷載總數(shù)為1 046.24kN。參考預壓總荷載量1 116kN，根據(jù)計算公式：加載力=預壓總荷載×加載系數(shù)（其中加載系數(shù)設(shè)為1.2），可以得到加載力為1 339.5kN。

4.2 測量監(jiān)控

4.2.1 設(shè)置變形測點

對于預壓操作來說，其主要目的在于完成對掛籃主桁架懸臂端前、后托梁撓度的確定。在進行預壓操作的過程中，針對每側(cè)6個掛籃布設(shè)測點，用于測定出掛籃的變形情況，具體位置為掛籃支點、后錨、前上橫梁的左右兩側(cè)。在選取梁段配套底板的中點位置加設(shè)水準儀，落實逐級加載，并對各個觀測點所產(chǎn)生的位移實際變化進行觀測。完成預壓后，整合所有觀測數(shù)據(jù)并實施綜合處理，確定出三角形掛籃荷載與變形之間的關(guān)系，并以此為基礎(chǔ)調(diào)整連續(xù)梁三角形掛籃施工中的立模標高。

4.2.2 設(shè)置外觀檢查點

在依托水準儀完成變形監(jiān)測之后，還要進行外觀檢查，綜合確定在受力條件下，三角形掛籃是否會發(fā)生變形、脫焊等問題。如果條件允許，還需要針對三角形掛籃關(guān)鍵受力位置落實應變片的布設(shè)，以此完成對掛籃主要桿件受力情況的測定。

4.3 液壓反力預壓加載施工

本次施工中，主要選用反力架與液壓千斤頂共同完成對三角形掛籃前端的加載預壓，實踐中，將液壓千斤頂架設(shè)于所有三角形掛籃底模的前下橫梁位置，并對最大梁段施工荷載進行模擬，分級加載。通過這樣的方式，可以達到穩(wěn)定加載速度的效果，為三角形掛籃在不同荷載條件下產(chǎn)生的變形情況及其規(guī)律總結(jié)創(chuàng)造更好條件，同時提高三角形掛籃預壓的安全水平。

實踐中，設(shè)定預壓等級為20%預壓荷載、50%預壓荷載、80%預壓荷載、90%預壓荷載、95%預壓荷載以及100%預壓荷載，應用的方式為均勻?qū)ΨQ加載。在此過程中，重點落實對桁架節(jié)點變形、焊接情況變化的觀察，并提取三角形掛籃橫梁以及底模的沉降值。

在本次液壓反力預壓試驗過程中，分級加載情況具體如下：

第一級加載（20%預壓荷載）中，a 點以及d 點的加載力為74kN，累計加荷載總量為148kN；b 點以及c點的加載力為38kN，累計加載總量為76kN。第二級加載（50%預壓荷載） 中，a 點以及d 點的加載力為185kN，累計加荷載總量為370kN；b點以及c點的加載力為94kN，累計加荷載總量為188kN。第三級加載（80%預壓荷載）中，a點以及d點的加載力為296kN，累計加荷載總量為592kN；b點以及c點的加載力為151kN，累計加荷載總量為302kN。第四級加載（90%預壓荷載）中，a 點以及d 點的加載力為333kN，累計加荷載總量為666kN；b點以及c點的加載力為170kN，累計加荷載總量為340kN。第五級加載（95%預壓荷載）中，a點以及d點的加載力為351kN，累計加荷載總量為702kN；b點以及c點的加載力為180kN，累計加荷載總量為360kN。第六級加載（100%預壓荷載）中，a點以及d點的加載力為370kN，累計加荷載總量為740kN；b點以及c點的加載力為188kN，累計加荷載總量為376kN。

在此過程中，要求對加載時桁架節(jié)點焊接情況與變形情況進行觀測落實，并對掛籃底模、橫梁在加載過程中產(chǎn)生的實際沉降值進行提取與記錄；針對每一級加載工況，均需要至少維持半小時的加載，當達到最大荷載數(shù)值后，要求將維持時間延長至24h；完成加載后，需要將測量變形值的頻率設(shè)定為1 次/h，主要在前期設(shè)定的測點維持完成當前變形值的獲取；完成連續(xù)4h的預壓處理后，且最后測量時間段內(nèi)2次變形值的差距維持在2mm以內(nèi)，可以判斷預壓施工完成。

4.4 三角形掛籃預壓反力液壓的質(zhì)量控制

通常情況下，三角形掛籃預壓反力液壓的質(zhì)量控制工作包括：對所有預埋件的質(zhì)量落實檢查，要求所有預埋件與混凝土箱梁之間的接合具有較高的緊密度，且具有足夠的承壓面積；對所有焊縫實施質(zhì)量檢查，要求所有焊縫均維持在飽滿狀態(tài)，且其厚度不低于主材壁厚；對桿件的受彎與壓剪強度實施全面檢查，要求安全系數(shù)維持在不低于1.2 的水平；對局部承壓強度進行全面檢查，要求相應安全系數(shù)必須保持在不小于1.2 的水平；對桿件壓桿穩(wěn)定性實施檢測，要求其安全系數(shù)不低于1.3。

4.5 預壓變形數(shù)據(jù)的分析

（1）本次試驗中，得到的三角形掛籃液壓反力預壓數(shù)據(jù)和三角掛籃主桁架預壓變形觀測數(shù)據(jù)。

經(jīng)過掛籃逐級加載中觀測量數(shù)據(jù)可知，產(chǎn)生最大變形的位置位于掛籃主桁架前橫梁處，結(jié)合工程實踐對主桁架預壓不同測點的變形數(shù)據(jù)進行分析，得到線性回歸方程y=-19.074248+30.0706421x。

5 結(jié)語

綜上所述，液壓反力預壓技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對掛籃實際受力的模擬，并確定出掛籃各項受力參數(shù)，支持后續(xù)掛籃的高質(zhì)量施工；當掛籃加載至梁體自重荷載、施工荷載時，相應掛籃前下橫梁的變形穩(wěn)定在11～16cm 的范圍，需要通過對連接器安裝垂直度的調(diào)整來降低變形程度。液壓反力預壓法施工工序少、施工操作簡單方便、加載卸載速度快，節(jié)約了工期和施工成本，能更好地模擬懸澆掛籃的實際受力，得出可靠的掛籃受力參數(shù)，為公路橋梁掛籃施工提供相關(guān)依據(jù)。