連續剛構橋掛籃反力架預壓設計與應用

賈定強，黃俊宇，王宗偉

（重慶城建控股（集團）有限責任公司，重慶 400060）

1 工程概況

靈仙河特大橋位于重慶市江津區柏林鎮，大橋跨越靈仙河，橋跨布置為5×30+85+160+85+2×30m，橋面寬12m。 主橋上部結構型式是預應力混凝土連續剛構，下部結構采用雙肢薄壁墩、承臺樁基礎，6#主墩墩高120m、7#主墩墩高118m，主梁0#塊高10m。

主橋箱梁0號梁段長14.0m，各個“T”構沿縱橋向被劃分為18個對稱梁段，箱梁的梁段數及各段長度沿根部到跨中分別為6×3m、6×4m、6×5m，累計懸臂總長72m。

主橋懸臂段1#塊梁段，長3m，重約227.4t；7#塊梁段，長4m，重約239.4t（最大梁段重量）；13#塊梁段，長5m，重約199.5t。主梁最重塊段為7#節段，梁長為4.0m，梁重239.4t。預壓荷載參照7#節段混凝土全部重量，按照該部分的1.2倍（即287.28t）進行預壓試驗。

2 掛籃傳統預壓方式

目前掛籃荷載試驗方式基本分為三種方式。第一種堆載預壓，即掛籃拼裝完成后，采用鋼材、沙袋或者水箱在模板平臺上加載，模擬荷載施加情況；第二種方式為千斤頂反拉預壓，是在承臺上預埋鋼絞線，通過掛籃上設置千斤頂反拉，以達到荷載加載效果；第三種方式是根據掛籃特點，均為型鋼焊接結構，連接形式也近似剛性連接（桿件間縫隙極小），再通過掛籃計算充分了解各桿件、節點受力情況后采取在地面進行單件荷載試驗。

2.1 堆載預壓方式

堆載預壓是最傳統最能檢驗掛籃受力的預壓方式，預壓荷載布置按梁體的大致等效荷載進行布載，7#節段梁長為4.0m，高7.55m，頂板寬12m，厚30cm，底板寬6.5m，厚100cm，腹板厚80cm。采用沙袋和鋼筋堆載預壓，荷載采用墩旁塔吊計量。掛籃堆載預壓如圖1所示。

圖1 掛籃堆載預壓示意圖

2.2 千斤頂反拉預壓

在0#塊上拼裝完掛籃三角主桁 （底平臺不安放），緊固后錨，前吊點位置放置千斤頂，吊桿換成鋼絞線與承臺預埋鋼絞線連接，通過掛籃上千斤頂反拉加載，模擬吊桿受力情況以達到荷載加載效果。掛籃反力預壓如圖2所示。

圖2 掛籃反力預壓示意圖

2.3 單件對頂預壓方式

根據三角掛籃受力特點，均為型鋼焊接結構，連接形式也近似剛性連接（桿件間縫隙極小），再通過掛籃計算充分了解各桿件、節點受力后采取在地面進行單件試驗，對掛籃三角主桁的荷載試驗采取兩片三角主桁對稱、對頂的方式進行，對下橫梁、吊桿、吊帶及后錨對頂對拉試壓。單件對頂預壓如圖3所示。

圖3 單件對頂預壓示意圖

3 掛籃反力架預壓

掛籃反力架預壓方式根據主梁掛籃懸澆傳力特性，在混凝土澆筑期間，荷載在底板位置先由底板模板傳至底籃前后下橫梁，再通過吊帶、分配梁傳遞至作用在橋面上的主桁及底籃后錨位置上，使掛籃整體受力[1]。

反力架預壓方式采用千斤頂加載的方式模擬混凝土荷載作用在掛籃底板上進行預壓加載。即在0#塊腹板的端面設置反力架，利用其反向作用力通過千斤頂以及型鋼分配梁將上部荷載傳遞至掛籃底板的預壓荷載[2]。

掛籃反力架預壓如圖4所示。

圖4 掛籃反力架預壓示意圖

4 掛籃預壓方式對比

4.1 堆載預壓

堆載預壓能充分檢驗掛籃受力及掛籃拼裝完成后各連接部位情況，能有效消除掛籃拼裝過程中的非彈性變形，最真實地模擬掛籃受力情況，預壓效果最好。但是單個掛籃堆載預壓所需材料（鋼筋約146.79t、砂約140.49t）較多，重物吊裝時間長，吊裝期間高處墜落和物體打擊風險大，預壓時間約20多天，工期時間較長。且沙袋遇雨水后，吸水增重，容易增加預壓荷載，堆載荷載不易控制，對掛籃容易造成安全隱患。

4.2 千斤頂反拉預壓

千斤頂反拉預壓是前吊點吊桿換成鋼絞線與承臺預埋鋼絞線連接，通過掛籃上千斤頂反拉加載，模擬吊桿受力情況以達到荷載加載效果，也能充分檢驗掛籃受力及掛籃主桁拼裝完成后各連接部位情況。但靈仙河特大橋主墩較高，采用反拉預壓，鋼絞線長度達130多米，鋼絞線在重力作用下張拉索力損失較大，不能完全反映荷載加載情況。反拉預壓所需材料為10臺千斤頂布置于前吊點處，5組130m4Φ15.2鋼絞線，預壓時間約5d。

4.3 單件對頂預壓

單件對頂預壓根據三角掛籃特點，均為型鋼焊接結構，在通過掛籃計算充分了解各桿件、節點受力情況后采取在地面進行單件試驗，其荷載施加方便，受力明確，能很好地檢驗掛籃的安全性。單件對頂預壓所需材料為4臺千斤頂（主梁施工已配），預壓與主橋同步實施，不耽擱總體施工時間。但是單件對頂預壓只檢驗了掛籃三角主桁受力，未檢驗掛籃底平臺、前后橫聯及吊桿受力情況，且未對掛籃拼裝質量、各部位連接情況進行檢驗，存在局部漏檢情況，不能完成模擬掛籃成型后的受力狀態。

4.4 反力架預壓

反力架預壓是根據主梁掛籃懸澆傳力特性，對掛籃底板施加荷載模擬混凝土重量達到預壓目的，也能充分檢驗掛籃受力及掛籃拼裝完成后各連接部位情況，能有效消除掛籃拼裝過程中的非彈性變形。反力架是在掛籃拼裝完成后再在0#塊上安裝，整個操作均在掛籃底平臺內操作，相對安全。反力架作用點0#塊腹板上，存在集中荷載較大的情況，容易引起0#塊裂縫的生成，因此需要在反力架作用點附近進行混凝土補強處理。反力架預壓所需材料為4臺千斤頂及6t型鋼，預壓時間約4d。

綜上所述，靈仙河掛籃預壓采用反力架預壓方式，所需材料最簡，所用時間相對最短，最為經濟合理。

5 反力架設計情況

反力架預壓方式采用2臺500t千斤頂在掛籃底板上模擬混凝土荷載對掛籃進行加載預壓。即在0#塊腹板端面設置反力架，利用其反向作用力通過千斤頂、4層型鋼分配梁將荷載傳遞到掛籃底板施加所需的預壓荷載[3]。

掛籃反力架預壓如圖5所示。

圖5 掛籃反力架預壓示意圖

圖6 MIDAS建模計算模型

掛籃反力架預壓的受力計算采用有限元計算軟件MIDAS按空間結構1∶1建模進行計算[4]，MIDAS建模計算模型如圖6所示。

為保證掛籃反力架預壓的使用安全，在計算時，荷載組合按恒載（最重梁段重量）×1.2+活載（施工荷載）×1.4=306.78t，其計算結果如表1所示[5]。

表1 建模模型計算結果

經計算，三角架及分配梁應力、變形均滿足規范要求[6]。

6 預壓步驟

1）在0#段施工過程中，提前在相應位置預埋反力架等施工預埋件，具體預埋位置選擇在0#塊的端面腹板上，單面埋設4塊預埋件；

2）按標準圖示對反力架牛腿進行焊接，并保證焊接安全和質量；

3）按照圖示間距布設好型鋼分配梁、鋼支墊座，對千斤頂進行安裝調試，完善掛籃預壓前準備工作；

4）選擇掛籃預壓測量控制點，并進行預壓前測量工作。測量控制點的選擇為單面各設置5個點，分別設置在底板前段兩側箱梁腹板對應的位置、底板的中心位置以及掛籃兩側前吊帶；

5）安裝千斤頂，按施工總荷載306.78t（混凝土塊件荷載+施工荷載）分級施加，依照如下原則進行分步加載：0→163.14t（60%）→211.02t（80%）→258.9t（100%）→306.78t （120%）→258.9t（100%）→卸載；

即單個千斤頂加荷至81.57t，持荷2h，觀察記錄掛籃受力變形情況；再加荷至105.51t，持荷2h，觀察記錄掛籃受力變形情況；再加荷至129.45t，持荷2h，觀察記錄掛籃受力變形情況；最后加荷至153.39t，持荷12h，觀察記錄掛籃受力變形情況，主要比較分析掛籃彈性變形量，再卸載至129.45t，持荷2h，觀察記錄掛籃受力變形情況，最后卸載[7]；

6）0#塊兩側掛籃對稱加載，每級荷載加上后都要進行測量并記錄原始數據，為懸臂澆筑梁段立模提供參數。荷載加載及卸載時，注意根據布設的點位兩側同時施加荷載或卸載，盡量避免偏載；

7）對掛籃預壓支架進行拆除；

8）對掛籃預壓所得數據進行整理分析，得到掛籃彈性及非彈性變形值，從而調整掛籃底部模板標高，為后期掛籃施工提供指導性意見[8]。

7 結語

剛構橋的主梁懸臂段采用掛籃施工是工程最為常見的施工方式，掛籃預壓檢查掛籃的強度、剛度及穩定性，是確保連續梁橋懸臂澆筑施工安全的重要手段，同時通過預壓試驗使掛籃各部位以及栓孔的連接更為密貼，減少掛籃的非彈性變形所產生的影響。通過預壓的方式測量得到掛籃本身的彈性以及非彈性變形值，為后期懸臂澆筑各梁段的立模標高的校核提供參數。

目前，該橋已成功采用反力架預壓掛籃。實踐證明，反力架預壓作用于0#塊上，不受墩高及地形限制，且在掛籃全部拼裝完成后進行，能保證掛籃整體受力檢測，達到最佳預壓效果，所需材料最簡，所用時間最少，最為經濟合理。