矮塔斜拉橋懸澆掛籃荷載試驗與分析

王二強 王立峰 王文章

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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矮塔斜拉橋懸澆掛籃荷載試驗與分析

王二強 王立峰 王文章

(東北林業大學土木工程學院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以常山大橋為工程背景，闡述了掛籃的預壓方案，對掛籃預壓試驗的結果進行了分析，并與有限元分析結果作了對比，得出掛籃預壓試驗的一般性結論，對保證施工的安全及質量有一定的意義。

矮塔斜拉橋，菱形掛籃，掛籃預壓試驗，有限元分析

0 引言

懸臂澆筑法具有使用機械設備少，無需大量的支架，降低施工成本，受施工環境限制少等優點，所以是目前大跨徑橋梁施工首選的施工方法。懸臂施工通常采用移動式掛籃為主要施工設備，保證施工質量和施工安全，掛籃本身的安全性至關重要，這就需要進行掛籃預壓荷載試驗，在預壓過程中對其進行觀測并對觀測結果進行分析。現以常山大橋為例，對掛籃預壓試驗進行說明[1-4]。

1 工程概況

常山大橋主橋上部結構采用(65+108+65)m雙塔單索面三跨預應力混凝土矮塔斜拉橋，橋寬28.6 m，下部結構采用實體墩、整體式承臺、群樁基礎。

本橋采用菱形掛籃進行懸臂施工。菱形掛籃可以看成是平行桁架式掛籃的簡化版，它的主桁架部分為菱形結構，前部有兩伸臂作為底模平臺和側模移動的軌道，其后部通過錨固裝置固定于已澆筑的梁上，這種掛籃具有結構簡單，受力明確，無需平衡重，一次移動就位等優點，主要由主桁架系統、吊桿及錨固系統、走形系統、模板系統和張拉操作平臺幾部分組成，掛籃結構示意圖如圖1所示。

2 預壓方案

2.1 試驗目的

1)檢查各部件，尤其是主要的受力部件，其質量和焊接質量是否滿足使用要求。2)檢查掛籃各錨固點是否牢固，保證其在掛籃受力時不會出現松動。3)測定掛籃變形，保證其變形值在允許范圍內，從而不影響施工質量。4)對掛籃的重點受力部位，如前、后橫梁等，進行重點測試，保證其受力和變形在允許范圍內。5)通過超載預壓，消除掛籃的彈性變形，并根據各級加載的數據，合理設置施工時掛籃的預拱度，以確保成橋線形達到設計標準。

2.2 預壓方法

掛籃預壓采用袋裝砂礫石分級加載方法，加載每袋砂礫重量為1.036 t。加載總重量按箱梁施工節段最重梁段混凝土重量確定，最重梁段重量為321.4 t，加載至最重梁段的120%，共分為4級加載進行,在主墩的0號塊兩側掛籃同時進行分級加載。

2.3 分級加載

1)第一級加載，加載重量96.42 t，加載比例為30%，需加93袋砂礫，按5 min吊裝2.5 t計，需加載3.2 h，觀測2 h。2)第二級加載，加載重量128.56 t，加載比例為70%，需加載124袋砂礫，加載4.3 h，觀測2 h。3)第三級加載，加載重量99.12 t，加載比例為100%，需加載砂礫96袋，加載3.3 h，觀測2 h。4)第四級加載，加載重量63.6 t，加載比例為120%，需加載砂礫61袋，加載2.1 h，觀測24 h。

2.4 觀測點布置

依據掛籃結構受力情況布置，兩個掛籃底模板共布置觀測點20個。每個掛籃布置兩排測點，第一排布置在距離模板外邊緣20 cm處，第二排布置在中心處，每排的5個測點分別布置在側模板距模板側邊緣20 cm處，底模中心處及距與腹板交接處20 cm處，具體布置見圖2。

2.5 觀測方法

通過水準基點確定塔吊連接螺栓帽的標高，以其作為觀測的水準基準點，然后利用水準儀對各布置點進行觀測。首先掛籃安裝完成后，要對各布置點進行測量，確定各點的標高，作為加載前起算的標準值H1，在每級加載完成后，用塔尺和水準儀進行標高測量，記錄各點數據，第一級加載30%的觀測值為H2，第二級加載70%的觀測值為H3，第三級加載100%的觀測值為H4，第四級加載120%的觀測值為H5，最終荷載加載時要待掛籃變形穩定值穩定后才可進行測量，然后方可卸載。

2.6 卸載

在加載完成24 h(或變形穩定)后開始卸載，卸載按20%，50%，90%，120%分四級卸載，每級卸載待掛籃變形穩定后，應用水準測定測點高程，記錄各測點數據。

3 有限元分析

常山大橋掛籃預壓試驗的有限元模型采用通用有限元軟件Midas/civil進行模擬，模型結構圖如圖3所示。

主桁架及底模均模擬為梁單元，吊桿模擬為桿單元，主桁架的后錨固點采用三向固定鉸支座模擬，前支點以及底模縱梁后錨固點采用限制橫向和豎向位移的滑動鉸支座模擬，將內模和側模簡化為集中荷載。預壓荷載模擬為均布梁單元荷載，施加在底模縱梁上。

模型中，根據實際加載等級，分別對掛籃進行加載，提取其變形值，具體加載過程與變形見表1。

表1 掛籃模擬加載變形值

在加載120%后，掛籃平均變形為21.1 mm，前下橫梁的理論最大變形為22.7 mm。隨著荷載的逐步增加，掛籃的變形也隨之變大。其變形值與荷載之間基本成線性。由于對模型的簡化以及對材料的模擬與實際有一定差別，所以其結果可能存在一定誤差。

4 預壓試驗結果及分析

以中跨側方向的掛籃預壓試驗的實測數據為依據，在表2中給出了部分試驗的實測數據。

表2 掛籃加載試驗變形值

在整個過程觀測結束后，根據各觀測點結果數據，得出各級加載的沉降數據并繪制出曲線，計算出各施工節段的掛籃彈性變形和非彈性變形值。

彈性變形數據=卸載后測量數據-加載穩定后測量數據；非彈性變形數據=加載前測量數據-卸載后測量數據。

從表2看出，掛籃的非彈性變形為15.2 mm，該預壓試驗加載120%后，掛籃平均變形為38.1 mm，其彈性變形為22.9 mm，前下橫梁的最大彈性變形為23.8 mm。由于非彈性變形的影響，其變形不再符合線性規律，對于實測值，其中有非彈性變形的部分，應視情況將其剔除，消除部分非彈性變形影響后的實測值與理論計算值的對比分析，如圖4所示。

通過圖4可以看出，計算值與理論值基本符合，其最大相差1.8 mm，發生在加載120%時，原因可能是隨著荷載的增加，掛籃的非彈性變形也隨之增大，在此時達到最大值，總體來看實測值偏大于理論計算值，可能是由于掛籃實際剛度與模擬有一定的差異以及施工操作等誤差引起的。

5 結語

本文通過理論分析與現場試驗數據對比，分析得到如下結論:

1)該掛籃的變形值偏大，其最大平均變形為38.1 mm，彈性變形為22.9 mm，建議對掛籃進行加固處理，重新做預壓試驗，并提出以下掛籃加固措施：a.前支點縱梁下支撐全部換為大面積鋼板；b.前下橫梁增加吊桿，以減少前下橫梁的變形；c.全面檢算掛籃，盡量減少非彈性變形值等。2)對于變形較大的掛籃，在施工中要精確控制，以減小其對橋梁線形的影響。3)通過試驗可以看出掛籃存在很大一部分非彈性變形，若不將其消除將會對施工產生不利影響，所以掛籃在使用前必須進行預壓試驗。

[1]周廣利,王 娟.多桁架貝雷式掛籃的有限元分析和荷載試驗研究.公路,2010(12):41-43.

[2]周新平,宗雪梅.菱形寬體掛籃空間有限元結構分析.特種結構,2008,25(5):72-75.

[3]魏賢華.菱形掛籃設計與施工.橋梁建設,2005(1):42-45.

[4]田啟軍,劉玉蘭.岳陽洞庭湖大橋主梁掛籃設計與試壓.中外公路,2002(10):77-79.

The load test and analysis of suspended basket of extradosed cable-stayed bridge

Wang Erqiang Wang Lifeng Wang Wenzhang

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Taking Changshan bridge as the engineering background, the paper introduces hanging basket preload scheme, analyzes hanging basket preload test results, and compares it with finite analysis results, and finds out general conclusions of hanging basket preload test, which has certain meaning for guaranteeing construction safety and quality.

extradosed cable-stayed bridge, rhombic hanging basket, hanging basket preload test, finite element analysis

1009-6825(2015)21-0136-03

2015-05-14

王二強(1991- )，男，在讀碩士； 王立峰(1971- )，男，博士，碩士生導師，副教授； 王文章(1995- )，男，在讀本科生

U448.27

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