反力架預壓在掛籃施工中的應用

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線鐵路設計采用(60+100+60)m連續梁，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 預壓方案

2.1 預壓目的

1)通過預壓檢測掛籃系統在各種工況下的結構強度、受力變形及運行狀況，驗證掛籃結構形式合理性、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，準確掌握掛籃各部的應力、應變值，明確彈性變形值，給后續梁段掛籃立模標高及梁體線性控制提供依據。

2.2 預壓需要的參數、內容

根據監理及監控單位要求，正式預壓試驗前，先進行預加載，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%，預加載時間不少于30 min。

根據設計要求，試驗加載量為1.3倍的最大梁段重量，分3級加載，每級均進行數據讀取，檢測掛籃系統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 預壓準備工作

3.1 掛籃組裝

在墩頂0號段現澆段施工完成后，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埋錨固鋼板，待混凝土強度達到90%后再在預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，斜桿上部預埋鋼板內設3層φ12@15 cm的抗壓鋼筋網，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，取安全系數為1.3，故千斤頂所需施加力 F=1016.815 kN。

查規范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 反力架設計圖

根據安全系數法可以求得λ=μl/ix=1×3.13/(0.1498×2)=10.4，當 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 =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(設計強度的90%)，滿足要求。

圖3 受力分析

3.3 安裝預壓設施

3.3.1 設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 布設應力、應變觀測點

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

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、下橫梁對應位置設置直尺或米尺，兩臺測微儀分別置于0號段頂板及底板上，設點及測量均由我方技術人員操作。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

預壓采用兩臺3500 kN液壓千斤頂，每側腹板各一臺，位置設在反力架支撐點中心，頂上下各鋪墊δ=30 mm鋼板支墊，分配千斤頂的集中力。荷載分布見圖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 試驗主要儀器設備

掛籃預壓試驗采用分級加載，試驗使用的主要儀器見表1。

表1 儀器設備統計表

4 掛籃預壓

4.1 試驗程序

掛籃應力、變形試驗采用應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，間斷時間內進行變形量值檢測，本次加載后消除了構件的非彈性變形量，并檢驗了各構件的安全性。

其次進行試驗加載，按1.3倍的總荷載數進行加載，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下構件的應力、變形數據。應力、變形觀測同步進行，將觀測記錄的數據整理、分析，及時把變形數據提供給監控量測單位，將彈性變形及非彈性變形作為控制梁段懸灌標高的依據。

5 結語

目前，大西鐵路客運專線灞河特大橋跨越貨運北環既有鐵路施工連續梁采用反力架預壓技術，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壓無法實現情況下的上跨既有線預壓工作，技術方案可行，又確保了營業線的運營安全，取得了顯著的經濟效益和社會效益。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.鋼結構設計原理［M］.北京:高等教育出版社，2010.

［3］GB 50017-2003，鋼結構設計規范［S］.