懸臂施工剛構橋0#塊托架反力預壓裝置設計與應用

為提高連續梁橋0#塊施工支架預壓的效率與可靠性，特設計反力預壓裝置代替傳統預壓方式，文章介紹了該裝置的設計原理及結構構造，并通過實例進行了反拉力、精軋螺紋鋼預埋等主要計算及結構的模擬分析，數值模擬結果與現場加載結果比較吻合。

橋梁懸臂施工; 反力預壓裝置; 設計; 應用

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[定稿日期]2021-06-22

[作者簡介]沈真欣（1992～），男，本科，研究方向為水利水電工程。

懸臂澆筑法是目前混凝土連續梁（或剛構）橋的主要施工方法[1]，托架（或支架）是為連續梁（剛構）橋主梁0#塊施工而設計的臨時支撐結構，必須具有足夠的強度和剛度，并形成空間穩定的整體[2]。在主梁施工之前對托架（或支架）進行預壓試驗，目的是檢測其關鍵部位受力指標，并消除其非彈性變形，用于指導施工控制和后期施工[3]。

目前常采用的支架（或托架）預壓方法主要有重物堆載法[4]、水箱加載法[5]、預應力鋼筋反力預壓法[6]。這三種方法的特點為：①重物堆載法：成本高、受天氣影響大、準備工作多、施工速度慢;②水箱加載法：利用水的重量成本低、施工速度相對較快，但加載過程中若出現滲漏容易對支架結構造成銹蝕;③預應力鋼筋反力預壓法：受力比較明確、加載速度相對較快、加載過程容易控制、幾乎不受外界環境影響。相比較而言，預應力鋼筋反力預壓法不用投入大量物資和設備、施工速度快，可大大縮短支架預壓時間，提前進行連續梁施工時間，提高項目經濟效益和工期效益。

為有效縮短南沿江高鐵連續梁橋0#塊施工預壓周期，降低施工成本，設計了一種進行0#塊支架預壓的反力預壓裝置，進行了關鍵環節的計算并利用Abaqus軟件建立了反力預壓裝置的有限元模型并進行了靜力有限元分析，計算結果與現場實際加載情況作了對比分析。

2 反力預壓裝置的原理和構造

反力預壓裝置采用千斤頂張拉精軋螺紋鋼（采用PSB830型號）對支架預壓的方式進行，該反力預壓裝置利用精軋螺紋鋼或預應力鋼筋傳力，千斤頂施加荷載，通過反力梁將荷載傳給0#塊施工支架，達到模擬預壓重的目的。反力預壓裝置如圖1所示。

如圖1所示，反力式預壓裝置橫橋向每排4處，縱橋向距主墩中心線兩側各設置l排，共布置16處。

（1）下部裝置：精軋螺紋鋼采用32 mm，承臺施工時預埋，預埋深度1.0 m，并在其底部焊接600 mm×600 mm×20 mm鋼板及150 mm×150 mm×20 mm的小墊板，中心處預留50 mm的圓孔，用大螺母將精軋螺紋鋼筋與鋼墊板擰緊，鋼墊板上部設置4層方形鋼筋網片，鋼筋直徑10 mm，間距50 mm。

（2）中部裝置：中部采用兩根雙拼HM588 H鋼，在精軋螺紋鋼對應位置設置50 mm圓孔，精軋螺紋鋼端部先放置150 mm×150 mm×20 mm墊板，并用雙螺母擰緊，兩片雙拼HM588 H鋼之間設置千斤頂。

（3）上部裝置：若精軋螺紋鋼長度不夠，可通過連接套筒接長并預留足夠張拉長度，每排4根精軋螺紋鋼穿過支架上部加設的雙拼I36工字鋼，并在其上焊接楔形塊，使雙拼I36工字鋼保持水平狀態，楔形塊及雙拼I36工字鋼在精軋螺紋鋼位置預留50 mm的圓孔，精軋螺紋鋼從對應位置的楔形塊及雙拼I36工字鋼圓孔中穿出，并設置雙拼I18工字鋼長度280 mm的小墊梁和150 mm×150 mm×20 mm的鋼墊板，之后采用雙螺母固定。

3 工程實例

3.1 工程概況

南沿江高鐵5標段1297號到1230號墩跨夏城路100 m連續梁橋，0#塊重量325.805 t，采用支架法進行施工，支架示意如圖2所示。對該支架應用反力預壓裝置，需要進行反拉力計算、精軋螺紋鋼預埋驗算及結構受力模擬。

3.2 反拉力計算

該橋0#塊單側懸臂段總重325.805 t，單側懸臂段模板與活載等荷載為62.22 t，按通橋GB/T 51234-2017《城市軌道交通橋梁設計規范》規定，預壓力?。?/p>

max[1.3×325.805，1.1×（325.805+62.22）]

=max（423.55，426.83）=426.83 t

沿橫橋向每排精軋螺紋鋼筋總預加力計算值為426.83 t，16個測點同時張拉精軋螺紋鋼筋，需要4個千斤頂，每個千斤頂頂推力為426.83 t。

故橫橋向每排精軋螺紋鋼筋需張拉力為：

4268.32=2134.1 kN

每根精軋螺紋鋼筋所受拉力為：

2134.14=533.5 kN。

3.3 精軋螺紋鋼筋底部預埋主要計算

預埋精軋螺紋鋼筋每根受力為533.5 kN，進行抗拉與局部承壓兩項驗算。

精軋螺紋鋼應力驗算：

σ=533.5×103804.2=663.4MPa<882MPa，滿足

局部承壓力驗算：

As1 =pd214×10×10/4 = 78.54 mm2

As2 = pd224×10×10/4 = 78.54 mm2

Acor = L1×L2 = 200mm×200 mm

= 40000 mm2 < Ab = 3240000.00 mm2

取Acor=40000.00 mm2

rv =n1As1l1+n2As2l2AcorS

=26×78.54×200+26×78.54×20040000.00×50=0.408

bcor =AcorA1=40000.00360000.00=0.33

a = 1.00

Fl =533.5 kN< 0.9（bcblfc + 2arvbcorfyv）Aln

= 0.9× （1.00×3.00×19.10 + 2×1.00

×0.408×0.33×270.00） ×360000.00

= 42383.50 kN，

局部受壓承載力符合規范要求。

3.4 反力預壓裝置結構模擬計算

采用ABAQUS進行建模，工字鋼、墊板、精軋螺紋鋼、螺栓均采用實體單元，接觸單元設置多重，其中精軋螺紋鋼與工字鋼的圓孔摩擦的法向摩擦設置為硬接觸，接觸力學行為之切向行為選擇罰摩擦，靜摩擦系數為0.1，動摩擦系數為0.06。計算模型如圖3所示。

在120 %級荷載作用下，裝置的變形如圖4所示。

由圖4可見，反力預壓裝置雙拼HM588 H鋼（上）的最大變形為38.46 mm，雙拼HM588 H鋼（下）的最大變形為64.91 mm?，F場加載時，反力預壓裝置雙拼HM588 H鋼（上）的最大變形為38.39 mm，雙拼HM588 H鋼（下）的最大變形為64.80 mm，相差分別為0.18 %與0.17 %，比較吻合。

4 結論

實踐證明，此反力預壓裝置在使用過程中，優質高效地完成了支架的預壓任務，實測變形與數值模擬結果十分吻合，不僅大大地節約了工期、加快了施工進度、而且降低了施工成本，取得了良好的經濟和社會效益，具有很好的推廣運用價值。

參考文獻

[1] 孟慶斌， 王明慧， 張橋， 等. 懸臂澆筑連續梁墩梁臨時固結及計算分析研究[J]. 鐵道工程學報， 2021，38（1）： 72-75.

[2] 楊美良， 李振華， 鐘揚， 等. 混凝土箱梁橋0～#1～#塊施工托架安全性分析[J]. 長安大學學報：自然科學版， 2014，34（1）： 64-69.

[3] 胡春廣. 反力預壓在大跨度連續梁0#塊托架中的應用[J]. 城市道橋與防洪， 2018（5）： 214-217.

[4] 張清川. 連續梁橋掛籃反力預壓設計與結構受力分析[J]. 鐵道建筑， 2019，59（10）： 45-49.

[5] 田啟軍，劉玉蘭，譚子云. 岳陽洞庭湖大橋主梁掛籃設計與試壓[J]. 中外公路， 2002（5）： 77-79.

[6] 傅彬， 唐小兵， 張門哲， 等. 斜拉橋前支點掛籃施工預壓方法探討[J]. 交通科技， 2008（3）： 29-31.

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