連續梁三角形掛籃液壓反力加載預壓計算與分析

趙立財

(1.中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136；2.天津大學建筑工程學院，天津 300072）

連續梁三角形掛籃液壓反力加載預壓計算與分析

趙立財1,2

(1.中鐵十九局集團第三工程有限公司，遼寧 沈陽 110136；2.天津大學建筑工程學院，天津 300072）

結合廈成高速公路猴子河特大橋三角形掛籃液壓反力的實踐，介紹了大跨度連續梁三角形掛籃液壓反力預壓技術，得出三角形掛籃各部位的變形數據，繪出掛籃荷載—變形曲線得出相同荷載下的掛籃變形，以便準確控制掛籃底模立模標高。

大跨度橋梁；三角形掛籃；液壓千斤頂；反力架；預壓；分析

在國內，大跨度橋梁采用掛籃懸澆施工工藝已比較普遍，作為橋梁施工的主要承重結構，掛籃的安全性至關重要。在懸澆結構施工前須對掛籃進行模擬荷載試驗，得出壓重與掛籃本身的變形關系，以檢驗掛籃的承載能力和安全可靠性，進而消除非彈性變形并獲得彈性變形規律，以便修正立模標高，為掛籃的后續使用提供可靠的技術參數。筆者在綜合考慮掛籃結構形式的情況下，創新性地提出了一種掛籃液壓千斤頂反力架預壓方法，實踐證明，該方法與傳統的砂袋、鋼筋、水箱堆載預壓方法相比，不僅能夠很好地模擬掛籃的受力情況，還合理地利用了施工現場現有的資源，具有加載卸載速度快、施工效率高、可重復預壓、節約工期、預壓結果可靠的特點。

1 工程概況

廈成高速公路猴子河特大橋橋梁全長2212m，主橋結構為一聯(78m+104m+78m)預應力混凝土變截面連續箱梁，箱梁采用C50混凝土，并設置三向預應力體系。橋面寬12.2m，箱底寬7.5m，翼緣板懸臂分別長3.5m，主墩頂梁高7.6m，跨中梁高3.1m，腹板厚60cm，頂板厚度20～40cm，底板厚度40～80cm。本橋共分35個梁段，懸澆箱梁共分13個節段逐節澆注形成，所用掛籃為三角形結構形式，掛籃承受的最大重量的5#塊（長4m，高3.304m），掛籃結構自重31t，掛籃模板自重18t。本橋連續梁采用液壓反力預壓技術對掛籃進行預壓，掛籃預壓荷載以5#塊混凝土的重量進行模擬加載，三角掛籃結構形式如圖1、圖2所示。

圖1 三角形掛籃側面示意圖

圖2 三角形掛籃正面示意圖

2 液壓反力預壓原理

掛籃預壓采用預應力張拉用的千斤頂加載，千斤頂加載在底板范圍內進行，主要設備是反力架和液壓油頂。首先將反力架固定在已澆筑4#塊梁體腹板端面上，待掛籃和箱梁底模安裝結束后，再將液壓油頂置于反力架與底模的預留空間內，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據及規律，達到掛籃預壓目的。

3 液壓反力法預壓總體構思

在4#段施工過程中預埋好反力架4個預埋件，待三角形掛籃安裝檢查驗收完畢后在底板橫橋向滿鋪10cm×10cm方木，方木上方順橋向鋪設4根型鋼作為千斤頂加載傳力分配梁，分配梁鋪設位置就是千斤頂加載點，每組分配梁上設置1臺200t液壓千斤頂，千斤頂和三角反力架間通過I56工字鋼傳遞荷載。反力架由2根I56工字鋼組成三腳架形成預壓的反力點，通過預埋在梁體4#塊上的鋼板與箱梁形成整體，為了防止梁體連接處的混凝土在加載試驗過程中開裂，在預埋I56工字鋼及反力梁頂部預埋鋼板的腹板全斷面范圍內增設3層?16@10cm×10cm防裂鋼筋網。1個主墩的2個掛籃要對稱進行預壓。掛籃液壓反力預壓結構方式如圖3、圖4所示，反力預壓點布置如圖5所示。

4 預壓荷載計算

液壓反力預壓在三角形掛籃底模上進行，其掛籃及模板自重荷載已施加，所以掛籃預壓荷載主要模擬最重梁段5＃段的底板、腹板、頂板的自重荷載及施工荷載，荷載計算如下。

計算時混凝土容重取26kN/m3，混凝土超灌系數取1.05，沖擊系數取1.2，施工荷載按7.1t。

計算時順橋向取1m作為計算單元，1#、4#預壓點加載主要模擬腹板及翼緣板混凝土的自重荷載，2#、3#預壓點加載主要模擬底、頂板混凝土的自重荷載，每臺液壓千斤頂單延米荷載分別為

圖3 液壓反力預壓側面示意圖

圖4 液壓反力預壓正視圖（單位：cm)

圖5 掛籃液壓反力預壓點布置圖（單位：cm)

即：R1=R4=88.03kN/m；R2=R3=42.75kN/ m。5#梁段長4m，則1＃、4＃千斤頂集中預壓反力為88.03kN/m×4m+7.1t×9.8/4= 369.515kN；2＃、3＃千斤頂集中預壓反力為42.75kN/m×4m+7.1t×9.8/4=188.395kN。計算得5#梁段自重總荷載為1046.24kN。預壓總荷載1116kN；加載系數取K=1.2，加載力F=1116kN×1.2=1339.5kN。

5 測量監控

1）變形測點布置 預壓的主要目的是得到前、后托梁和掛籃主桁架懸臂端的撓度。為了充分測量掛籃的變形，預壓過程中每側掛籃布置6個測點，在三角形掛籃后錨、支點、前上橫梁左右側布置變形測量觀測點，水準儀安設在4#塊中點，測量在逐級加載作用下各觀測點的位移變化，變形測點布置如圖6所示。預壓結束后，應對觀測數據分析處理，同時繪制掛籃荷載—變形曲線得出相同荷載下的掛籃變形關系曲線，作為掛籃懸澆施工立模標高調整的依據。

2）外觀檢查測點 在加載過程中除采用儀器對掛籃進行監測外，還要對其外觀進行檢查，觀察掛籃受力后有無剛度不夠產生變形、焊縫有無脫焊、連接銷有無松動等異常情況發生。另外，在條件允許的情況下，可以在掛籃的關鍵受力部位布置應變片，以測量掛籃各主要桿件的實際受力狀況。

圖6 掛籃變形測點布置示意圖

6 液壓反力預壓施工工藝

利用液壓千斤頂結合反力架對掛籃前端進行加載預壓，具體的加載方法為：在每只掛籃底模的前下橫梁上安裝千斤頂，模擬最大現澆梁段施工荷載分布情況，分級進行加載，其主要目的是控制加載速度，便于觀測掛籃變形隨荷載變化的規律，同時有利于掛籃預壓的安全。

掛籃預壓按照20%、50%、80%、90%、95%、100%預壓荷載進行分級均勻對稱加載，卸載按80%、50%、0%進行，加載過程中密切觀測桁架節點的焊接和變形，掛籃底模與橫梁的沉降值，每級工況至少維持0.5h，最大荷載持載要求24h。加載完成后，每1h測量1次測點的變形值；連續預壓4h后，最后測量時間段的2次變形量之差小于2mm時，即可完成預壓施工。預壓結束后，如觀測數據分析無異常，拆除反力架，逐級卸載并測量各級卸載后的變形值。三角形掛籃液壓反力預壓加載分級如表1所示，液壓反力預壓質量控制標準如表2所示。

表1 三角形掛籃液壓反力預壓試驗分級加載表

表2 三角形掛籃液壓反力液壓質量控制標準

7 預壓變形數據分析

經過掛籃逐級加載中觀測量數據可知，產生最大的變形的位置位于掛籃主桁架前橫梁處，筆者只取主桁架前橫梁左1、右1點進行測點數據分析，得到線性回歸方程y=-19.074248+30.0706421x。三角形掛籃預壓變形觀測記錄如表3所示，三角形掛籃主桁預壓變形觀測計算分析如表4所示，三角形掛籃主桁變形與荷載線性關系如圖7所示。

表3 三角形掛籃液壓反力預壓觀測記錄 (單位：cm)

表4 掛籃主桁架預壓變形觀測分析

圖7 三角形掛籃主桁架變形與荷載線性關系圖

8 結論與建議

1）液壓反力預壓法操作工序少、施工簡單、操作方便、加載卸載速度快，大大節約了工期和施工成本，預壓結果可靠，能更好地模擬懸澆掛籃的實際受力，得出可靠的掛籃各項受力參數，為掛籃施工提供依據。

2）根據三角形掛籃的預壓數據得出掛籃變形與承受荷載回歸線，為計算其它節段得出依據。

3）根據預壓荷載計算，制定加載方案并設計反力架結構形式，通過現場的實際預壓，驗證了荷載計算的正確性，同時高效安全準確地完成了掛籃預壓，驗證了掛籃的安全性及可靠度，消除了非彈性變形，獲得了立模控制標高所需數據，取得了良好的經濟效果。

4）由于掛籃循環使用，每行走一次，由于行走軌道下支墊不密實，都存在非彈性變形，在正常使用時，建議掛籃前端下沉值按1cm考慮，即立模標高提高1cm。

5）每節段三角形掛籃在混凝土荷載作用下的前端撓度值可根據回歸方程y＝30.0706421x -19.07424計算得出。

6）掛籃受力結構明確，荷載通過液壓千斤頂加載，加載過程更容易得到控制，加載過程中一旦出現意外情況，可迅速卸荷，確保掛籃安全。

7）箱梁節段越重，采用千斤頂反力架預壓技術進行掛籃預壓比其他預壓方法越經濟、合理，更能體現該技術的優越性。

8）掛籃整體加載至5#梁體自重荷載及施工荷載后，掛籃前下橫梁最大變形在11～16cm之間，產生最大變形的主要原因是吊帶連接器安裝不垂直，而導致掛籃前下橫梁產生的變形偏大。

[1] 張永剛．反力架預壓在掛籃施工中的應用[J]．山西建筑，2012，38(19)：191-193．

[2] 李躍忠．千斤頂反壓技術在掛籃懸澆連續梁中的應用[J]．山西建筑，2014，40(13)：202-203．

[3] 周彥平．連續梁0號塊鋼絞線反支點預壓施工技術[J]．石家莊鐵道大學學報：自然科學版．2013，26(S1)：154-156．

（編輯 張海霞）

Triangle hang basket hydraulic anti-force pre-pressure calculation and analysis of continuous box girder

ZHAO Li-cai

U448.21+5

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1001-1366(2015)11-0048-04

2015-08-21