連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂現(xiàn)澆施工菱形掛籃荷載試驗(yàn)控制要點(diǎn)分析

摘要：大跨徑橋梁懸臂掛籃施工技術(shù)要求高，安全管控壓力大。以云南宣會(huì)高速公路牛欄江特大橋?yàn)槔?，主要?duì)菱形掛籃拼裝、荷載試驗(yàn)、測(cè)量觀測(cè)、變形觀測(cè)、數(shù)據(jù)分析幾個(gè)方面進(jìn)行討論。進(jìn)行分級(jí)預(yù)壓試驗(yàn)，加載至箱梁施工荷載狀態(tài)的120%，支架變形量小于1mm/h時(shí)，掛籃預(yù)壓沉降趨于穩(wěn)定，掛籃結(jié)構(gòu)安全。加載試驗(yàn)為類似菱形掛籃懸臂現(xiàn)澆施工提供技術(shù)支持和參考。

關(guān)鍵詞：菱形掛籃懸臂現(xiàn)澆預(yù)壓試驗(yàn) 控制要點(diǎn)

中圖分類號(hào)：U445.4

Analysis ofthe KeyControl Points of the Load Test of Diamond-Shaped Hanging Baskets in theCast-in-Place Cantilever Construction ofContinuous Rigid Frame Bridges

QIAN Jun1LIU Wenming2XU Hongyang2

1.Yunnan Commmunications Investment & Construction Group Co.， Ltd.; 2.Yunnan Yunling Gongda Highway Engineering Co. ， Ltd.， Kunming， YunnanProvince， 650000 China

Abstract： The cantileverconstruction technologywith hanging basketsof large-span bridgeshas high requirements and high safety controlpressure. This article takes the Niulanjiang Bridge on the Xuanwei-Huize Expresswayin Yunnan as an example，andmainlydiscusses the assembly of diamond-shaped hanging baskets， theload test， measurement observation， deformation observation and data analysis.A graded preloading test is conducted， and when it isloadedto 120% of the construction load state of the box girder and the deformation of the support is less than 1mm/h， the preloading settlement of the hanging basket tends to be stable， ensuring the safety of the hanging basket structure. The load test provides technical support and reference for similarcast-in-place cantilever construction withdiamond-shaped hanging baskets.

Key Words：Diamond-shaped hanging basket; Cast-in-placecantilever; Pre-compression test; Key control point

橋梁工程施工，特別是高墩施工、懸臂掛籃施工、斜拉橋、懸索橋等危大工程和特殊橋型施工的安全風(fēng)險(xiǎn)尤為突出。工程中，綜合考慮施工成熟性、跨越能力、適應(yīng)性等，使得連續(xù)剛構(gòu)橋梁得到廣泛應(yīng)用 [1]。本文依托牛欄江特大橋工程項(xiàng)目，對(duì)連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑施工荷載試驗(yàn)技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行探討，為今后連續(xù)剛構(gòu)懸臂澆筑施工提供參數(shù)設(shè)置依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

1工程概況

1.1 橋梁概況

宣威至?xí)筛咚俟放诮卮髽驗(yàn)榭缭脚诮笆〉繱303長巧線公路而設(shè)。主橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，跨徑布置為100 m+180 m+100m。剛構(gòu)懸臂段采用掛籃對(duì)稱懸澆，現(xiàn)澆節(jié)段長3～4.5m，最大懸澆主梁節(jié)段混凝土重215t。掛籃作為懸臂施工法最重要的設(shè)備，掛籃結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度以及穩(wěn)定性參數(shù)達(dá)標(biāo)與否影響到施工人員的安全和整個(gè)工程質(zhì)量[2]。

1.2 掛籃拼裝

掛籃為懸臂施工提供可移動(dòng)的操作平臺(tái)，作為施工臨時(shí)支架及模板支架，有效為施工人員提供施工過程中鋼筋骨架、模板架設(shè)、砼澆筑、縱橫向預(yù)應(yīng)力鋼束張拉等作業(yè)平臺(tái)和支撐點(diǎn)，極大提升了施工的安全性和效率[3]。牛欄江特大橋連續(xù)剛構(gòu)橋施工采用后支點(diǎn)菱形掛籃，自身重量110 t。掛籃拼裝前，對(duì)掛籃桿件、部件的外形尺寸，栓孔的間距，重要部位的焊縫質(zhì)量，模板面板是否有焊接變形等進(jìn)行檢查。菱形掛籃安裝流程：走行系統(tǒng)→錨固系統(tǒng)→菱形桁架→提吊系統(tǒng)→底?！鷥?nèi)外模。

2 掛籃性能預(yù)壓試驗(yàn)

為確保連續(xù)剛構(gòu)橋掛籃施工安全，應(yīng)開展掛籃預(yù)壓試驗(yàn)，驗(yàn)證掛籃錨固系統(tǒng)牢靠性，確定施工過程中掛籃變形范圍值，并消除掛籃的非彈性變形[4]。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》及有關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)資料的要求，在掛籃正式使用前進(jìn)行加載試驗(yàn)，以測(cè)定其彈性及非彈性變形量，確保掛籃施工中的安全穩(wěn)定。

2.1 荷載試驗(yàn)

根據(jù)承載能力驗(yàn)算和穩(wěn)定性驗(yàn)算要求，應(yīng)根據(jù)不同荷載工況尋找最不利荷載組合形式，對(duì)結(jié)構(gòu)在不同荷載組合工況下進(jìn)行受力分析[5]。箱梁懸澆最重梁段為2號(hào)梁段（1號(hào)梁段已采用托法施工）澆筑混凝土方量為82.6m3，鋼筋重12.5t，最大懸臂澆筑重量約215t，故選擇2號(hào)梁段上的荷載進(jìn)行加載試驗(yàn)。

2.2 掛籃預(yù)壓荷載組合

設(shè)計(jì)荷載：2號(hào)梁段長3m，C55混凝土的配合比設(shè)計(jì)容重為25.3kN/m3；內(nèi)模自重2.09t； 2號(hào)梁段混凝土自重：25.3kN/m3×82.6=2089.78kN；掛籃模板重量為20kN；人群荷載：3×7×1.1=23.1kN；混凝土施工振搗荷載：3×7×1=21kN；鋼筋重量：12.5×10=125kN

G總＝2089.78+20+23.1+21+125=2278.88kN模擬實(shí)際混凝土重量的準(zhǔn)確位置，并以此作為沉降的初始態(tài)。綜合考慮了以上各種因素，確定的預(yù)壓荷載系數(shù)為120%，即基準(zhǔn)載荷為228×1.2=273.6t。在反力架上通過調(diào)整千斤頂?shù)牧χ祦磉_(dá)到預(yù)壓的目的，分別按136.8t（50%）、218.88t（80%）、228t（100%）、273.6t（120%），對(duì)掛籃分級(jí)加載試驗(yàn)，各級(jí)加載均間隔2h觀測(cè)，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值。根據(jù)加載前后的變形量，準(zhǔn)確計(jì)算彈性變形量和非彈性變形量。

3 測(cè)量觀測(cè)

用記號(hào)筆標(biāo)注荷載加載觀測(cè)試點(diǎn)并標(biāo)號(hào)。首先，測(cè)量初始狀態(tài)下觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；其次，根據(jù)加載等級(jí)分別測(cè)量對(duì)應(yīng)等級(jí)的觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高；最后，記錄分級(jí)卸荷后的觀測(cè)點(diǎn)標(biāo)高。

3.1 預(yù)壓觀測(cè)

分階段加載后，測(cè)量各測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值；待加載至120%后靜置24 h再次測(cè)量各個(gè)測(cè)點(diǎn)的標(biāo)高值。

3.2 卸載程序

加載后，待菱形掛籃變形穩(wěn)定，方可開展卸荷工作。卸載與加載順序相反，卸載共分為4個(gè)步驟，依次開展左右對(duì)稱的卸載；過程中應(yīng)避免突然卸載，造成受力不均勻而影響安全。

3.3 反力架施工

3.3.1施工工藝

通過測(cè)定荷載施加過程中掛籃主要構(gòu)件的受力及變形參數(shù)，從而計(jì)算菱形掛籃在行走和施工過程的受力參數(shù)。在2號(hào)塊與1號(hào)梁段間斷面腹板處分別預(yù)埋I45a工字鋼和精軋螺紋鋼，作為菱形掛籃固定反力架。采用200t千斤頂開展頂推加載。為防止應(yīng)力集中，需在千斤頂上放置分配墊梁。應(yīng)確保吊裝反力架C點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)千斤頂，如圖1所示。在B點(diǎn)位置，需用兩根精軋螺紋鋼錨固，確保反力架軸線與腹板重合。通過千斤頂施加荷載，以便模擬不同加載等級(jí)。

反力架的結(jié)構(gòu)：在1號(hào)塊混凝土澆筑時(shí)，應(yīng)在腹板預(yù)埋錨固I45a工字鋼和精軋螺紋鋼，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，再進(jìn)行反力架安裝。施工完成后，需確保反力架縱軸線與梁體腹板豎向中心線重合。

3.3.2荷載計(jì)算

2號(hào)梁段總重：預(yù)壓荷載應(yīng)取最大節(jié)段混凝土荷載的120%，本項(xiàng)目最重為2號(hào)梁段，節(jié)段混凝土方量82.6m3，混凝土容重25.3kN/m3，則混凝土荷載為：F=82.6×25.3=2089.78kN；每個(gè)斷面設(shè)置兩個(gè)反力架，則每個(gè)反力架預(yù)壓力為P=2089.78/2=1044.89kN，荷載按照布置在斷面重心處，其荷載作用在距1號(hào)塊節(jié)段線160cm處（即距后下橫梁210cm），按照簡(jiǎn)支梁計(jì)算兩根前吊帶的總內(nèi)力應(yīng)為：F=950×210/535=372.9kN。

此荷載采用反力架配合千斤頂施加在掛籃底模平臺(tái)對(duì)應(yīng)腹板的4根I40a工字鋼縱梁上，千斤頂?shù)氖┝ξ恢镁嗲跋聶M梁222.6cm處，則換算千斤頂?shù)淖饔昧?yīng)為：F施=372.9×535/222.6=896.2kN，則千斤頂?shù)氖┝奢d取值為897kN，120%超載預(yù)壓則施工荷載值應(yīng)為1146.2kN。

3.3.3反力架計(jì)算

（1）強(qiáng)度計(jì)算。由圖1可知，N2=P×2.226/3=1042×2.226/3=773.164kN，N1=3.736/3×P=1297.516kN。槽鋼28a截面積為40.034cm2。桿件AC用雙拼槽鋼28a，則σ=1297.516/80.068=16.205MPa﹤[σ]= 188.5MPa，滿足要求。因?yàn)锳C桿最長，受力最大，因此BC桿受力均滿足施工。

（2）穩(wěn)定性計(jì)算。反力架計(jì)算時(shí)，將其簡(jiǎn)化為兩端固定的壓桿模型，長度系數(shù)取μ=0.5。λ=0.5×373.6/10.9=17.138﹤[λ]=100，按壓桿穩(wěn)定進(jìn)行計(jì)算，長細(xì)比λ=17.138，根據(jù)《路橋施工計(jì)算手冊(cè)》查得：穩(wěn)定系數(shù)ψ=0.9。σ=P/（ψA）=1042×103 /（0.9×80.068×102）=41MPa﹤[σ]= 188.5MPa，通過計(jì)算后，穩(wěn)定性系數(shù)滿足要求，即剛度滿足要求。

（3）錨固鋼筋。采用32mm冷拉精軋螺紋鋼筋作為錨固鋼筋，鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值785MPa，吊桿直徑32mm，A=804.2mm2，受到N3=773.164kN拉力，共3根精軋螺紋鋼，單根錨固鋼筋拉力N4=257.721kN。σ＝N4/A=257.721/804.2×1000=320MPa<f/2=392.5Mpa，應(yīng)力值小于設(shè)計(jì)允許值，滿足2倍安全系數(shù)。

（4）錨固長度。鋼筋與混凝土之間存在握裹力，其計(jì)算公式為：τ=P/ul。C55混凝土抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為ftd=1.89MPa。受到的總拉力N=773.164kN，單根的拉力為P=257.721kN。鋼筋截面周長u=32×3.14mm。則混凝土受到的握裹力為： τ=257.721×1000/32×3.14×L﹤1.89。得L＞1357mm，安全起見，取L=1500mm，滿足要求。

4 變形觀測(cè)

4.1 觀測(cè)部位

首次掛籃懸澆前，對(duì)掛籃系統(tǒng)進(jìn)行預(yù)壓及觀測(cè)，建立觀測(cè)控制網(wǎng)。設(shè)置位置包括：每片主桁前支腿處、每片主桁的后錨處、前底橫梁吊帶、上前橫梁吊帶、每片主桁的前端銷子。

4.2 觀測(cè)內(nèi)容

掛籃主桁的非彈性變形、豎向彈性變形及撓度曲線。

4.3 觀測(cè)方法

對(duì)每個(gè)加載工況測(cè)量，測(cè)量記錄加載至120%的變形量，觀察掛籃受力的情況。每隔2 h觀測(cè)一次。觀測(cè)掛籃沉降變形，當(dāng)支架變形量小于1mm/h時(shí)停止觀測(cè)，此時(shí)變形趨于穩(wěn)定。觀測(cè)數(shù)據(jù)用水準(zhǔn)儀測(cè)定，應(yīng)對(duì)每級(jí)加載均應(yīng)測(cè)量記錄。測(cè)量間隔時(shí)間2 h測(cè)量，變形穩(wěn)定后，應(yīng)持載24 h，方可開展卸載工作，卸載順序與加載順序相反，測(cè)量要求與加載相同。

4.4 數(shù)據(jù)分析

掛籃卸載完畢，根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，計(jì)算掛籃非彈性變形及彈性變形值，并繪制掛籃撓度曲線。根據(jù)撓度曲線確定以后各梁段掛籃的彈性變形，為后續(xù)施工提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)依據(jù)。

5 結(jié)語

本文研究分析菱形掛籃在連續(xù)剛構(gòu)懸臂現(xiàn)澆施工過程中安全控制措施和要點(diǎn)，先驗(yàn)算掛籃結(jié)構(gòu)力學(xué)指標(biāo)；再結(jié)合掛籃預(yù)壓及承載力試驗(yàn)獲取力學(xué)指標(biāo)實(shí)際應(yīng)用值進(jìn)行對(duì)比，確保掛籃各構(gòu)件在橋梁施工過程中的安全性。預(yù)壓試驗(yàn)加載至施工荷載狀態(tài)的120%，支架變形量小于1mm/h時(shí)，掛籃預(yù)壓沉降趨于穩(wěn)定。

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