移動模架實際受力特征及預拱值確定研究

戚勝輝 范遠林

(1.溫州市交通工程管理中心，浙江 溫州 325000； 2.浙江交工金筑交通建設有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概況

甬臺溫高速公路復線溫州靈昆—閣巷段工程起于溫州市龍灣區，接甬臺溫高速公路復線溫州黃華至靈昆段推薦線位終點，起點樁號K279+698，終點位于閣巷東，順接甬臺溫高速公路復線溫州瑞安至蒼南(浙閩界)段工程起點，設閣巷樞紐(預留)連接溫州繞西南高速公路終點，終點樁號K318+342，路線全長38.644 km。其中甌江口跨海南大橋起訖樁號為K281+370～K287+075，設計路線全長5.705 km。大橋共設計9聯98跨等截面連續箱梁，分別為：通航孔北3號～16號墩：1聯(45+2×50)m，2聯(5×50 m)。通航孔南21號～57號墩：6聯(6×50 m)，均為雙幅式橋梁。50 m，45 m跨徑箱梁采用單箱、單室，斜腹板截面，梁高為2.5 m，箱梁懸臂長度均為8 m。箱梁頂板寬度為16.25 m，底板寬度為7.2 m，腹板厚度為50 cm，頂板厚30 cm，底板厚25 cm，橫坡度為2%，最大縱坡0.75%，最小平曲線4 000 m，最大澆筑方量746 m3，約1 900 t。均采用移動模架逐孔澆筑的方法施工。現澆箱梁一般構造如圖1，圖2所示。

2 預壓及監測方案

2.1 預壓方案

移動模架主要由主梁、橫梁、前鼻梁、后鼻梁、托架、前后推進小車，外模、中掛梁、后掛梁、前橫梁及相關的安全設施構成。預壓采用砂袋和鐵塊預壓，模擬移動模架實際所承受的荷載，觀察移動模架的受力變形以及承載的安全性，將變形數據與理論變形數據進行對比，以確定移動模架的預拱度值。預壓荷載取箱梁自重與施工荷載之和的1.1倍，預壓施工時采用分4級加載，荷載值分別為50%，75%，100%，110%。加載至75%，100%，110%后停止加載進行12 h的支架沉降、變位連續觀測，在各分級荷載施加、觀測完成且無異常情況方可進行下一級荷載的施加。全部加載完成后以12 h為一個觀測單位進行連續觀測，若連續2 d觀測模架沉降、變位均小于1 mm 則模架沉降、彈性變形基本穩定,此時可以卸載。卸載以后，再次對測點進行觀測，計算出彈性變形量和非彈性變形量。

2.2 模架主梁監測方案

撓度監測主要測試模架的豎向撓度和支點沉降。沿移動模架縱向共布置10個測量斷面，分別位于模架50 m跨的5/8跨、L/4、跨中、8 m跨前端及對應橫梁處。每一截面橫向布置2個測點，分別位于模架兩幅主梁的梁頂。

3 撓度值分析及預拱值確定

3.1 預壓實測撓度值

僅統計模架主梁的實測數據，不同荷載等級預壓時對應實測撓度值如表1，表2所示。

3.2 澆筑過程中實測撓度值

僅統計模架主梁的實測數據，澆筑過程中及澆筑完成后實測撓度值如表3,表4所示。

從表1～表4看出，移動模架主梁在預壓、澆筑后在同一荷載階段撓度值存在較大偏差，偏差主要表現為預壓時主梁前后牛腿之間的撓度值明顯大于澆筑混凝土后的撓度值，同時前支點到前端混凝土澆筑時的上撓值明顯小于預壓時的上撓值，偏差比值20%～25%之間。主梁左側預壓(100%)、澆筑完成后撓度曲線如圖3所示，主梁右側預壓(100%)、澆筑完成后撓度曲線如圖4所示。

3.3 不同階段主梁應力統計分析

撓度監測的同時監測梁體應力，應力監測內容包括移動模架主梁彎曲應力、剪應力以及底橫梁軸向應力。沿移動模架主梁縱向共布置3個應力監測斷面，分別位于主梁的前支點、3L/4和跨中，其中支點截面監測主梁腹板的剪應力、3L/4和跨中截面監測主梁的縱向應力。主梁應力監測采用基康表面式BGK-4000型應變計，同時采用基于GPRS無線數據傳輸系統進行應力數據自動采集，實現對傳感器的有效管理和數據快速采集。同時該系統可最大程度地降低測試時間，可在不利應力狀態時對荷載試驗進行及時預警。

表1 預壓時左側主梁實測撓度值

表2 預壓時右側主梁實測撓度值

表3 澆筑后左側主梁實測撓度值

表4 澆筑后右側主梁實測撓度值

預壓、混凝土澆筑完成后應力監測結果與撓度值測量結果基本相符，預壓過程中主梁等各點的應力值明顯大于混凝土澆筑后主梁應力值，偏差比值約15%。主梁各監測點在預壓、混凝土澆筑完成后應力數值統計如表5所示。

3.4 偏差原因分析及預拱值確定方法

移動模架在預壓(100%)、澆筑兩個不同施工階段的撓度值與應力存在較大偏差原因主要如下：

1)荷載分布存在差異，預壓不能完全模擬實際的荷載分布，導致模架在跨中的堆載有超過實際荷載的情況發生；

2)預壓時前后牛腿屬于剪支狀態，預壓時，模架在支點處不但有彈性壓縮變形，還存在向跨中位移的趨勢，同時模架前端上翹，整個變形過程無任何約束；

3)混凝土澆筑時，一般從墩頂橫梁先澆筑，然后依次分層澆筑直至澆筑完成。前頭腿對應墩頂橫梁澆筑過程中，混凝土會逐漸產生強度。混凝土達到一定強度時，相當于給模架施加了剛性約束，約束模架變形。而且底板及腹板混凝土澆筑完成后，整個箱梁底板混凝土已經產生強度，繼續澆筑剩余混凝土時，底板與模架共同承受荷載，這個過程導致模架跨中撓度減少；

4)模架前端混凝土澆筑過程時，底板混凝土產生強度后，約束了模架前端主梁上翹的趨勢，導致模架預壓與澆筑時模架前端撓度值差異。

表5 預壓及澆筑后主梁實測應力值統計表

因此模架預壓結果不能完全作為模架最終起拱參考值，而是要適當優化，優化主要考慮混凝土緩凝時間、澆筑速度、模架設計的安全系數等因素，模架實際預拱值確定方法如下：

1)預壓時，測量移動模架的同時監測模架應力值，同時與廠家理論值進行比較，若實測數值小于理論值時，建議按實測撓度值折減20%作為模架預拱值；

2)直接采用預壓實測值作為第一跨現澆箱梁預拱值，待澆筑第一跨后根據比例再調整；

3)以上兩種方法在施工過程中橋梁都不能達到設計理論線型時，建議澆筑過程中采取逐跨修正，直到達到理論線型值。

4 結語

移動模架是一種先進的造橋設備，成功應用在國內很多項目。但是移動模架的制造缺乏相關的標準，導致模架本身存在一定的安全風險，特別是一些細部構件，極易因設計缺陷、制造缺陷或其他外界因素的影響導致安全事故的發生。移動模架的安全事故基本都出現在拼裝、預壓、行走三個過程，國內還沒有出現澆筑過程中產生安全事故的先例。主要原因就是混凝土澆筑過程中，已澆筑混凝土承擔了部分后續荷載，間接提高了模架的安全儲備系數。因此移動模架施工時建議按照如下要求執行：

1)模架設計嚴格按照起重機設計規范執行，取足夠的安全系數；

2)拼裝過程中，嚴格按照廠家操作手冊及安全專項方案執行；

3)預壓時，盡可能模擬實際的荷載分布，預壓材料可以采用定型鐵塊，便于采集真實數據，確定模架的彈性變形值，消除非彈性變形；

4)移動模架建議按照理論值的105%進行預壓，減少預壓時的安全風險；

5)移動模架使用過程中，隨機監測模架的變形值，防止模架疲勞發生不可逆的變形，隨時調整預拱值，保證橋梁線型。