反力架預(yù)壓在掛籃施工中的應(yīng)用

張永剛

(中鐵二十局第六工程有限公司，陜西 西安 710000)

1 工程概況

大西鐵路客專工程灞河特大橋跨北環(huán)線鐵路設(shè)計采用(60+100+60)m連續(xù)梁，梁橫截面為單箱單室直腹板。箱梁懸臂澆筑采用菱形掛籃進行施工。

2 預(yù)壓方案

2.1 預(yù)壓目的

1)通過預(yù)壓檢測掛籃系統(tǒng)在各種工況下的結(jié)構(gòu)強度、受力變形及運行狀況，驗證掛籃結(jié)構(gòu)形式合理性、加工制作可靠性，確保在施工及運行中的安全性。

2)消除掛籃塑性變形，準(zhǔn)確掌握掛籃各部的應(yīng)力、應(yīng)變值，明確彈性變形值，給后續(xù)梁段掛籃立模標(biāo)高及梁體線性控制提供依據(jù)。

2.2 預(yù)壓需要的參數(shù)、內(nèi)容

根據(jù)監(jiān)理及監(jiān)控單位要求，正式預(yù)壓試驗前，先進行預(yù)加載，盡可能消除非彈性變形的影響，加載量為最大梁段重量的80%，預(yù)加載時間不少于30 min。

根據(jù)設(shè)計要求，試驗加載量為1.3倍的最大梁段重量，分3級加載，每級均進行數(shù)據(jù)讀取，檢測掛籃系統(tǒng)彈性變形及最不利荷載下的最大變形量。試驗時間不少于2 h。

3 預(yù)壓準(zhǔn)備工作

3.1 掛籃組裝

在墩頂0號段現(xiàn)澆段施工完成后，按照以下順序進行組裝:菱形掛籃骨架、前后上橫梁、吊帶、下橫梁、底模架、底模(見圖1)。

3.2 加工反力架及受力檢算分析

1)混凝土澆筑。

首先0號段混凝土澆筑時，在腹板上一定位置預(yù)埋錨固鋼板，待混凝土強度達到90%后再在預(yù)埋鋼板上焊接型鋼組焊件，水平桿及斜桿均為2［36b槽鋼，拉桿為2［18槽鋼，預(yù)埋鋼板采用δ=20 mm的A3鋼板，鋼板背面焊接6根φ25錨固鋼筋，斜桿上部預(yù)埋鋼板內(nèi)設(shè)3層φ12@15 cm的抗壓鋼筋網(wǎng)，各部位均為焊接連接。加工后的反力架縱軸線與梁體腹板豎向中心線一致。反力架見圖2。

2)荷載分析。

選最大梁段重為4號段，重量為159.625 t，荷載最大取值為159.625 ×9.8=1564.33 kN，取安全系數(shù)為1.3，故千斤頂所需施加力 F=1016.815 kN。

查規(guī)范GB 50017-2003，按最差焊縫等級三級考慮，則焊縫的抗拉力ftw=185 N/mm2，焊縫的抗剪力fvw=125 N/mm2。

3)受力分析。

a.根據(jù)圖3a)，將受力分析簡化成圖3b)。得出AC杠件為壓杠，壓力 FAC=1227.4 kN，BC 杠件為拉力，壓力為 FBC=587.7 kN。

圖1 菱形掛籃施工

圖2 反力架設(shè)計圖

根據(jù)安全系數(shù)法可以求得λ=μl/ix=1×3.13/(0.1498×2)=10.4，當(dāng) 0 ＜λ≤30 時，Ψ 取值 0.9。故 σ ==1227.4/(2 ×83.05)=73.8≤Ψ ×140=126 MPa，故 AC 杠槽鋼受力能滿足施工要求。因為AC杠受力最大且最長，故BC杠受力亦能滿足施工需要。為確保安全，需加一根雙拼［16b作拉杠。

b.所有焊接寬度統(tǒng)一要求為不小于10 mm。計算取值按10 mm取值。

B點強度為焊縫長 Lw=587.7×103/(125×10)=470.16 mm，焊縫長 L1w=2212 mm。因 2212/470.16=4.7，因此B點焊接亦能滿足施工需要。

因為B點后背6根25的鋼筋，其焊接長度為3600 mm，故也能滿足施工要求。

c.A 點強度。

A點抗剪強度:

A點所要抵抗剪力為F剪=1077.5 kN。A點所能承受的剪力=焊接面積×抗剪力 =(789×2×2+102×6)×10×125=4710 kN，其安全系數(shù) =4710/1077.5=4.37。

混凝土抗壓強度:σ =1077.5 ×103/(0.9 ×0.4)=2.993 MPa ＜［σ］=54 MPa(設(shè)計強度的90%)，滿足要求。

圖3 受力分析

3.3 安裝預(yù)壓設(shè)施

3.3.1 設(shè)置承重鋼板及分配梁

在底模上鋪δ=30 mm鋼板，鋼板寬1.5 m，長8 m，鋼板上并排安放兩根下橫梁(為2［36b槽鋼組焊件)做分配梁。

3.3.2 布設(shè)應(yīng)力、應(yīng)變觀測點

應(yīng)力測試是通過在掛籃受力桿件上貼電阻應(yīng)變計(應(yīng)力片)完成，兩片主桁的上橫桿、前后斜桿均設(shè)置貼片。

掛籃及吊帶受壓的變形均采用測微儀完成，觀測點采用在前上、下橫梁對應(yīng)位置設(shè)置直尺或米尺，兩臺測微儀分別置于0號段頂板及底板上，設(shè)點及測量均由我方技術(shù)人員操作。各觀測點布置位置見圖4。

圖4 測點布置圖

3.3.3 千斤頂安裝

預(yù)壓采用兩臺3500 kN液壓千斤頂，每側(cè)腹板各一臺，位置設(shè)在反力架支撐點中心，頂上下各鋪墊δ=30 mm鋼板支墊，分配千斤頂?shù)募辛Α：奢d分布見圖5。

3.4 試驗荷載計算

千斤頂下鋪墊δ=30 mm鋼板支墊受力檢算。

將千斤頂施加力換算成橫向線荷載，則每個斷面上的受力為:q1=1016.815/1.5=677.87 kN。

圖5 荷載分配圖

Mmax=1/10×q×L2=1/10×677.87×82=4338.368 kN·m2。

需要截面矩:Wn=4338.368 ×106/12=361530666.7 mm3=3.615 ×108。

截面需要抵抗的彎矩=30 mm厚鋼板需要抵抗的彎矩+［36b(雙拼)需要抵抗的彎矩。

1)30 mm厚鋼板截面抵抗矩 W=1/6×8000×302=1200000 mm3。

2)雙拼［36b槽鋼截面抵抗矩 W=1/6×8000×3602=1728000000 mm3。

W總=1200000 mm3+1728000000 mm3=1.729×109＞3.615 ×108。

通過計算得知:底模架只采用30 mm的鋼板無法承受上部分配梁傳來的線荷載。需在鋼板下每隔50 cm并排焊接兩根橫梁(為2［36b槽鋼組焊件)做分配梁(分配梁與鋼板滿焊處理)，可滿足千斤頂施加的壓力。

3.5 試驗主要儀器設(shè)備

掛籃預(yù)壓試驗采用分級加載，試驗使用的主要儀器見表1。

表1 儀器設(shè)備統(tǒng)計表

4 掛籃預(yù)壓

4.1 試驗程序

掛籃應(yīng)力、變形試驗采用應(yīng)力片和測微儀分別進行，基本測試流程見圖6。

圖6 加載流程圖

4.2 加載程序

首先進行預(yù)加載，按最大梁段重(1564.33 kN)的80%進行加載，按0→10%→40%→80%→0，除加載至80%時間斷30 min外，其余每級加、減載完成后間斷時間為15 min，間斷時間內(nèi)進行變形量值檢測，本次加載后消除了構(gòu)件的非彈性變形量，并檢驗了各構(gòu)件的安全性。

其次進行試驗加載，按1.3倍的總荷載數(shù)進行加載，加載程序為:0→60%→80%→100%→110%→120%→130%，減載程序為:130%→120%→110%→100%→80%→60%→0。

各級加載后靜停1 h測量豎向及橫向變形值，記錄千斤頂逐級加壓變形情況，測定在各級荷載狀態(tài)下構(gòu)件的應(yīng)力、變形數(shù)據(jù)。應(yīng)力、變形觀測同步進行，將觀測記錄的數(shù)據(jù)整理、分析，及時把變形數(shù)據(jù)提供給監(jiān)控量測單位，將彈性變形及非彈性變形作為控制梁段懸灌標(biāo)高的依據(jù)。

5 結(jié)語

目前，大西鐵路客運專線灞河特大橋跨越貨運北環(huán)既有鐵路施工連續(xù)梁采用反力架預(yù)壓技術(shù)，施工簡單，便捷，安全可靠，無任何安全事故。解決了在條件困難或采用堆載預(yù)壓無法實現(xiàn)情況下的上跨既有線預(yù)壓工作，技術(shù)方案可行，又確保了營業(yè)線的運營安全，取得了顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。此方案為類似工程施工有一定的借鑒，并且提供參考。

［1］周水興，何兆益.路橋施工計算手冊［M］.北京:人民交通出版社，2001.

［2］張耀春.鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計原理［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［3］GB 50017-2003，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.