连续梁三角形挂篮液压反力加载预压计算与分析

赵立财

(1.中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110136；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

连续梁三角形挂篮液压反力加载预压计算与分析

赵立财1,2

(1.中铁十九局集团第三工程有限公司，辽宁 沈阳 110136；2.天津大学建筑工程学院，天津 300072）

结合厦成高速公路猴子河特大桥三角形挂篮液压反力的实践，介绍了大跨度连续梁三角形挂篮液压反力预压技术，得出三角形挂篮各部位的变形数据，绘出挂篮荷载—变形曲线得出相同荷载下的挂篮变形，以便准确控制挂篮底模立模标高。

大跨度桥梁；三角形挂篮；液压千斤顶；反力架；预压；分析

在国内，大跨度桥梁采用挂篮悬浇施工工艺已比较普遍，作为桥梁施工的主要承重结构，挂篮的安全性至关重要。在悬浇结构施工前须对挂篮进行模拟荷载试验，得出压重与挂篮本身的变形关系，以检验挂篮的承载能力和安全可靠性，进而消除非弹性变形并获得弹性变形规律，以便修正立模标高，为挂篮的后续使用提供可靠的技术参数。笔者在综合考虑挂篮结构形式的情况下，创新性地提出了一种挂篮液压千斤顶反力架预压方法，实践证明，该方法与传统的砂袋、钢筋、水箱堆载预压方法相比，不仅能够很好地模拟挂篮的受力情况，还合理地利用了施工现场现有的资源，具有加载卸载速度快、施工效率高、可重复预压、节约工期、预压结果可靠的特点。

1 工程概况

厦成高速公路猴子河特大桥桥梁全长2212m，主桥结构为一联(78m+104m+78m)预应力混凝土变截面连续箱梁，箱梁采用C50混凝土，并设置三向预应力体系。桥面宽12.2m，箱底宽7.5m，翼缘板悬臂分别长3.5m，主墩顶梁高7.6m，跨中梁高3.1m，腹板厚60cm，顶板厚度20～40cm，底板厚度40～80cm。本桥共分35个梁段，悬浇箱梁共分13个节段逐节浇注形成，所用挂篮为三角形结构形式，挂篮承受的最大重量的5#块（长4m，高3.304m），挂篮结构自重31t，挂篮模板自重18t。本桥连续梁采用液压反力预压技术对挂篮进行预压，挂篮预压荷载以5#块混凝土的重量进行模拟加载，三角挂篮结构形式如图1、图2所示。

图1 三角形挂篮侧面示意图

图2 三角形挂篮正面示意图

2 液压反力预压原理

挂篮预压采用预应力张拉用的千斤顶加载，千斤顶加载在底板范围内进行，主要设备是反力架和液压油顶。首先将反力架固定在已浇筑4#块梁体腹板端面上，待挂篮和箱梁底模安装结束后，再将液压油顶置于反力架与底模的预留空间内，通过控制液压油顶压力，向反力架施压，利用反向作用力下压底模，上拉吊带，模拟挂篮实际受力，从而获取挂篮在荷载作用下各部位的变形数据及规律，达到挂篮预压目的。

3 液压反力法预压总体构思

在4#段施工过程中预埋好反力架4个预埋件，待三角形挂篮安装检查验收完毕后在底板横桥向满铺10cm×10cm方木，方木上方顺桥向铺设4根型钢作为千斤顶加载传力分配梁，分配梁铺设位置就是千斤顶加载点，每组分配梁上设置1台200t液压千斤顶，千斤顶和三角反力架间通过I56工字钢传递荷载。反力架由2根I56工字钢组成三脚架形成预压的反力点，通过预埋在梁体4#块上的钢板与箱梁形成整体，为了防止梁体连接处的混凝土在加载试验过程中开裂，在预埋I56工字钢及反力梁顶部预埋钢板的腹板全断面范围内增设3层Ø16@10cm×10cm防裂钢筋网。1个主墩的2个挂篮要对称进行预压。挂篮液压反力预压结构方式如图3、图4所示，反力预压点布置如图5所示。

4 预压荷载计算

液压反力预压在三角形挂篮底模上进行，其挂篮及模板自重荷载已施加，所以挂篮预压荷载主要模拟最重梁段5＃段的底板、腹板、顶板的自重荷载及施工荷载，荷载计算如下。

计算时混凝土容重取26kN/m3，混凝土超灌系数取1.05，冲击系数取1.2，施工荷载按7.1t。

计算时顺桥向取1m作为计算单元，1#、4#预压点加载主要模拟腹板及翼缘板混凝土的自重荷载，2#、3#预压点加载主要模拟底、顶板混凝土的自重荷载，每台液压千斤顶单延米荷载分别为

图3 液压反力预压侧面示意图

图4 液压反力预压正视图（单位：cm)

图5 挂篮液压反力预压点布置图（单位：cm)

即：R1=R4=88.03kN/m；R2=R3=42.75kN/ m。5#梁段长4m，则1＃、4＃千斤顶集中预压反力为88.03kN/m×4m+7.1t×9.8/4= 369.515kN；2＃、3＃千斤顶集中预压反力为42.75kN/m×4m+7.1t×9.8/4=188.395kN。计算得5#梁段自重总荷载为1046.24kN。预压总荷载1116kN；加载系数取K=1.2，加载力F=1116kN×1.2=1339.5kN。

5 测量监控

1）变形测点布置 预压的主要目的是得到前、后托梁和挂篮主桁架悬臂端的挠度。为了充分测量挂篮的变形，预压过程中每侧挂篮布置6个测点，在三角形挂篮后锚、支点、前上横梁左右侧布置变形测量观测点，水准仪安设在4#块中点，测量在逐级加载作用下各观测点的位移变化，变形测点布置如图6所示。预压结束后，应对观测数据分析处理，同时绘制挂篮荷载—变形曲线得出相同荷载下的挂篮变形关系曲线，作为挂篮悬浇施工立模标高调整的依据。

2）外观检查测点 在加载过程中除采用仪器对挂篮进行监测外，还要对其外观进行检查，观察挂篮受力后有无刚度不够产生变形、焊缝有无脱焊、连接销有无松动等异常情况发生。另外，在条件允许的情况下，可以在挂篮的关键受力部位布置应变片，以测量挂篮各主要杆件的实际受力状况。

图6 挂篮变形测点布置示意图

6 液压反力预压施工工艺

利用液压千斤顶结合反力架对挂篮前端进行加载预压，具体的加载方法为：在每只挂篮底模的前下横梁上安装千斤顶，模拟最大现浇梁段施工荷载分布情况，分级进行加载，其主要目的是控制加载速度，便于观测挂篮变形随荷载变化的规律，同时有利于挂篮预压的安全。

挂篮预压按照20%、50%、80%、90%、95%、100%预压荷载进行分级均匀对称加载，卸载按80%、50%、0%进行，加载过程中密切观测桁架节点的焊接和变形，挂篮底模与横梁的沉降值，每级工况至少维持0.5h，最大荷载持载要求24h。加载完成后，每1h测量1次测点的变形值；连续预压4h后，最后测量时间段的2次变形量之差小于2mm时，即可完成预压施工。预压结束后，如观测数据分析无异常，拆除反力架，逐级卸载并测量各级卸载后的变形值。三角形挂篮液压反力预压加载分级如表1所示，液压反力预压质量控制标准如表2所示。

表1 三角形挂篮液压反力预压试验分级加载表

表2 三角形挂篮液压反力液压质量控制标准

7 预压变形数据分析

经过挂篮逐级加载中观测量数据可知，产生最大的变形的位置位于挂篮主桁架前横梁处，笔者只取主桁架前横梁左1、右1点进行测点数据分析，得到线性回归方程y=-19.074248+30.0706421x。三角形挂篮预压变形观测记录如表3所示，三角形挂篮主桁预压变形观测计算分析如表4所示，三角形挂篮主桁变形与荷载线性关系如图7所示。

表3 三角形挂篮液压反力预压观测记录 (单位：cm)

表4 挂篮主桁架预压变形观测分析

图7 三角形挂篮主桁架变形与荷载线性关系图

8 结论与建议

1）液压反力预压法操作工序少、施工简单、操作方便、加载卸载速度快，大大节约了工期和施工成本，预压结果可靠，能更好地模拟悬浇挂篮的实际受力，得出可靠的挂篮各项受力参数，为挂篮施工提供依据。

2）根据三角形挂篮的预压数据得出挂篮变形与承受荷载回归线，为计算其它节段得出依据。

3）根据预压荷载计算，制定加载方案并设计反力架结构形式，通过现场的实际预压，验证了荷载计算的正确性，同时高效安全准确地完成了挂篮预压，验证了挂篮的安全性及可靠度，消除了非弹性变形，获得了立模控制标高所需数据，取得了良好的经济效果。

4）由于挂篮循环使用，每行走一次，由于行走轨道下支垫不密实，都存在非弹性变形，在正常使用时，建议挂篮前端下沉值按1cm考虑，即立模标高提高1cm。

5）每节段三角形挂篮在混凝土荷载作用下的前端挠度值可根据回归方程y＝30.0706421x -19.07424计算得出。

6）挂篮受力结构明确，荷载通过液压千斤顶加载，加载过程更容易得到控制，加载过程中一旦出现意外情况，可迅速卸荷，确保挂篮安全。

7）箱梁节段越重，采用千斤顶反力架预压技术进行挂篮预压比其他预压方法越经济、合理，更能体现该技术的优越性。

8）挂篮整体加载至5#梁体自重荷载及施工荷载后，挂篮前下横梁最大变形在11～16cm之间，产生最大变形的主要原因是吊带连接器安装不垂直，而导致挂篮前下横梁产生的变形偏大。

[1] 张永刚．反力架预压在挂篮施工中的应用[J]．山西建筑，2012，38(19)：191-193．

[2] 李跃忠．千斤顶反压技术在挂篮悬浇连续梁中的应用[J]．山西建筑，2014，40(13)：202-203．

[3] 周彦平．连续梁0号块钢绞线反支点预压施工技术[J]．石家庄铁道大学学报：自然科学版．2013，26(S1)：154-156．

（编辑 张海霞）

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

ZHAO Li-cai

U448.21+5

B

1001-1366(2015)11-0048-04

2015-08-21