節段預制混凝土箱梁架設施工中架橋機吊桿受力分析*

呂 林，汪家雷，查小林，李青杠，周 滿

(1.中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000； 2.中南大學土木工程學院，湖南 長沙 410083)

0 引言

預應力混凝土箱梁橋節段預制拼裝施工技術是現代化的綠色施工技術，已應用于國內外諸多橋梁中[1-5]。該技術可進一步細分，包括懸掛拼裝施工技術等[6-7]。懸掛拼裝施工基本模式是整跨箱梁均通過吊桿懸掛在架橋機主桁架上，膠拼后張拉預應力簡支束，完成第1次體系轉換，此時該跨為臨時支座支撐的簡支梁。待1聯各跨均架設完畢，濕接縫混凝土達設計強度并張拉預應力連續束后，拆除臨時支座，完成第2次體系轉換，形成連續梁。

懸掛拼裝施工過程中需注意進行第1次體系轉換前，臨時吊桿中的應力變化問題。應力變化影響橋跨箱梁整體受力性能，進而影響體系轉換。諸多橋型在施工過程中均存在體系轉換問題[8-10]。洪都大道快速路改造工程施工過程中某些吊桿內力變化會增加其超出容許應力的風險。因此，有必要對節段預制箱梁逐跨拼裝施工過程中臨時吊桿內力變化規律展開研究。

1 工程概況

洪都大道位于江西省南昌市主城區，是南昌市南北向重要的交通要道。洪都大道快速路改造工程主要是在現有洪都大道的基礎上，按城市快速路標準進行改造。項目北起洪都大橋，南至井岡山大道，全長約7.6km。全線主線采用高架形式，高架橋橋寬25m，雙向6車道。

主線高架橋分為預制節段拼裝箱梁和鋼箱梁。預制節段拼裝箱梁包括標準等寬段節段梁(見圖1)、變寬段節段梁及路口大跨段節段梁；鋼箱梁包括加寬的路口大跨段和首尾連接段。其中，標準等寬段和變寬段節段梁采用逐跨拼裝施工技術。

圖1 標準等寬段箱梁示意(單位：cm)

混凝土節段箱梁橋為雙向預應力體系，即設置縱向預應力和橫向預應力。縱向按全預應力構件設計，橫向按A類預應力構件設計。節段預制箱梁混凝土強度等級為C55。全橋預應力鋼束分為體外預應力束和體內預應力束。

2 節段箱梁施工技術

洪都大道快速路改造工程節段箱梁采用現場臨時存梁方案，以緩解交通壓力，并保證節段拼裝工期。臨時存梁場為移動區域，跟隨架梁進度移動。標準段、變寬段和大跨度懸拼存梁場設置于待拼裝聯前方，有條件時緊鄰橋跨設置，無條件時可間隔一定距離設置。節段梁采用單層存放，臨時存梁臺座采用15m×0.5m×0.5m(長×寬×高)C30混凝土條形基礎，梁底腹板底分別設置1塊GJZ型150mm×150mm×28mm(長×寬×厚)板式橡膠支座。拼裝場內設運梁小車，用于場內節段箱梁轉運。借助LG75型專用架橋機上安裝的吊梁行車，將節段梁吊起，并懸掛于架橋機主桁架上。吊梁行車具備起吊、旋轉、橫向和縱向調平節段梁的功能，可對節段梁姿態進行實時調整。

吊梁行車將每個節段箱梁吊裝就位后，借助4根φ30mm精制螺紋鋼吊桿，將箱梁懸掛于架橋機主桁架上，如圖2所示。為保證左、右幅箱梁受力平衡，箱梁拼裝采用雙幅架橋機同步架設施工，逐跨拼裝施工過程中，左、右幅架橋機吊裝箱梁節段數量差異不超過1個節段。每跨節段箱梁均吊裝完畢后，結合天氣、大氣溫濕度等實際情況進行梁段拼接，拼接前在箱梁橫斷面涂抹橋梁專用環氧膠。涂膠原則是快速、均勻，并保證涂膠厚度。預應力孔道保持暢通是節段箱梁膠拼的重要控制目標。梁段膠拼后，借助預先埋設于箱梁頂底板的裝置，張拉臨時預應力筋。利用勁性骨架將端(中)橫梁段和已拼接完成的節段梁進行臨時固結。穿入設計所需預應力筋，安裝濕接縫預應力連接管和模板，澆筑濕接縫混凝土。待濕接縫混凝土達到設計要求后，張拉相應預應力筋，完成該跨左、右幅箱梁拼裝施工。隨后架橋機過孔，拼裝下一跨節段箱梁。施工流程如圖3所示。

圖2 箱梁吊裝過程示意

圖3 逐跨懸拼流程

3 試驗方案

為了解永久預應力施工過程中螺紋鋼臨時吊桿應力、應變變化情況，開展試驗研究。試驗環節為張拉永久預應力筋、解除吊桿階段(見圖3)。考慮到結構對稱性，測試對象為某跨5根螺紋鋼吊桿(編號為S1～S5)，對應的節段預制箱梁按設計圖紙編號為GD2，GD1，GC1，GB1，GA1，如圖4所示。

圖4 試驗對象

試驗數據采集儀器主要包括振弦式應變計、數據采集儀及PC終端，如圖5所示。試驗儀器安裝步驟如下：①固定應變計底座 借助儀器廠家提供的專用膠粘劑，將應變計底座固定于待測螺紋鋼吊桿下方。②安裝應變計 待底座黏結牢固后，利用專用扳手安裝振弦式應變計。由于應變計安裝位置距地面數據采集儀和PC終端較遠，導致與應變計連接的數據線長達30～50m。為避免數據線雜亂，其兩端按照一定規則標注編號。③連接數據采集儀 數據線一端與應變計連接，并固定于吊桿上，另一端接在數據采集儀接線柱上。每根數據線內含4色導線(紅、黃、藍、綠)，分別對應A，B，C，D接線柱。④連接PC終端 在PC終端安裝儀器廠家提供的配套軟件，利用數據線連接數據采集儀與PC終端。⑤調試儀器 根據說明書要求調試試驗儀器，調試完成后開始采集試驗數據。

圖5 試驗數據采集儀器

4 吊桿受力分析

在永久預應力張拉前，調試完成試驗儀器。張拉正式開始后，每隔3～10min手動采集1次數據。預應力鋼絞線錨下張拉控制應力為1 265MPa，張拉采用雙控，以張拉力為主，引伸量作為參考。預應力張拉程序分為以下階段：第1階段為由0張拉至0.25σcon(σcon為預應力鋼絞線錨下張拉控制應力)；第2階段為由0.25σcon張拉至1.0σcon，持荷5min后錨固。

需說明的是，試驗過程中，螺紋鋼吊桿S4對應的應變計數據線被剪斷，造成數據不完整。因此本文僅統計吊桿S1，S2，S3，S5對應的應變計數據。從預應力張拉開始至最后撤索(解除吊桿)，4根吊桿應變變化情況分別如圖6～9所示。

圖6 吊桿S1拉應變

圖7 吊桿S2拉應變

圖8 吊桿S3拉應變

圖9 吊桿S5拉應變

由圖6可知，預應力張拉第1階段，吊桿S1中的拉應變基本保持不變；預應力張拉第2階段，隨著預應力荷載的增加，吊桿S1中的拉應變呈下降趨勢，由1 093με降至858με，下降了21.5%；解除吊桿過程中，吊桿拉應變陡然下降，隨后迅速降至0。

由圖7可知，預應力張拉第1階段，吊桿S2中的拉應變基本保持不變；預應力張拉第2階段，隨著預應力荷載的增加，吊桿S2中的拉應變呈下降趨勢，由1 035με降至868με，下降了16.1%；解除吊桿過程中，吊桿拉應變迅速降至0。

由圖 8可知，預應力張拉第1階段，吊桿S3中的拉應變基本保持不變；預應力張拉第2階段，隨著預應力荷載的增加，吊桿S3中的拉應變呈下降趨勢，但變化較小，由1 465με降至1 417με，下降了3.3%；解除吊桿過程中，吊桿拉應變陡然下降，迅速降至0。

由圖6～8可得以下結論：吊桿拉應變受第1階段預應力張拉的影響較小，基本保持不變；吊桿拉應變變化主要體現在預應力張拉第2階段，呈下降趨勢。這表明與吊桿對應位置處(跨中及其附近處)的箱梁呈上拱趨勢；越靠近跨中位置，吊桿拉應變變化越大，說明上拱越明顯。

與吊桿S1，S2，S3拉應變變化規律不同，吊桿S5雖在預應力張拉第1階段拉應變基本保持不變，但在預應力張拉第2階段，隨著預應力荷載的增加，吊桿S5中的拉應變不降反升，由1 320με升至1 335με，上升了1.1%。這表明靠近橋墩支座處的箱梁，在預應力張拉過程中有下撓趨勢，使吊桿中的拉應力進一步增大。如果施工措施控制不當，存在超出吊桿容許應力的風險。

5 結語

1)節段預制箱梁在逐步拼裝施工過程中，隨著縱向預應力荷載的增加，跨中及附近吊桿拉應變逐漸減小，說明相應箱梁呈上拱趨勢。而靠近橋墩支座處的吊桿拉應變逐漸增加，表明此處箱梁呈下撓趨勢。

2)根據吊桿受力變化規律，進行吊桿拆除時，應從跨中向橋墩支座處進行。跨中吊桿拆除后，相應位置原本呈上拱趨勢的箱梁變為回落趨勢。為滿足受力平衡，支座附近呈下撓趨勢的箱梁呈回彈趨勢，從而使相應吊桿中的拉應變減小。

3)從實用性角度考慮，拆除吊桿進行體系轉換時，吊桿可采用逐步放松的原則，可由吊具上的螺母擰出量進行控制。