连续刚构桥挂篮反力架预压设计与应用

贾定强，黄俊宇，王宗伟

（重庆城建控股（集团）有限责任公司，重庆 400060）

1 工程概况

灵仙河特大桥位于重庆市江津区柏林镇，大桥跨越灵仙河，桥跨布置为5×30+85+160+85+2×30m，桥面宽12m。 主桥上部结构型式是预应力混凝土连续刚构，下部结构采用双肢薄壁墩、承台桩基础，6#主墩墩高120m、7#主墩墩高118m，主梁0#块高10m。

主桥箱梁0号梁段长14.0m，各个“T”构沿纵桥向被划分为18个对称梁段，箱梁的梁段数及各段长度沿根部到跨中分别为6×3m、6×4m、6×5m，累计悬臂总长72m。

主桥悬臂段1#块梁段，长3m，重约227.4t；7#块梁段，长4m，重约239.4t（最大梁段重量）；13#块梁段，长5m，重约199.5t。主梁最重块段为7#节段，梁长为4.0m，梁重239.4t。预压荷载参照7#节段混凝土全部重量，按照该部分的1.2倍（即287.28t）进行预压试验。

2 挂篮传统预压方式

目前挂篮荷载试验方式基本分为三种方式。第一种堆载预压，即挂篮拼装完成后，采用钢材、沙袋或者水箱在模板平台上加载，模拟荷载施加情况；第二种方式为千斤顶反拉预压，是在承台上预埋钢绞线，通过挂篮上设置千斤顶反拉，以达到荷载加载效果；第三种方式是根据挂篮特点，均为型钢焊接结构，连接形式也近似刚性连接（杆件间缝隙极小），再通过挂篮计算充分了解各杆件、节点受力情况后采取在地面进行单件荷载试验。

2.1 堆载预压方式

堆载预压是最传统最能检验挂篮受力的预压方式，预压荷载布置按梁体的大致等效荷载进行布载，7#节段梁长为4.0m，高7.55m，顶板宽12m，厚30cm，底板宽6.5m，厚100cm，腹板厚80cm。采用沙袋和钢筋堆载预压，荷载采用墩旁塔吊计量。挂篮堆载预压如图1所示。

图1 挂篮堆载预压示意图

2.2 千斤顶反拉预压

在0#块上拼装完挂篮三角主桁 （底平台不安放），紧固后锚，前吊点位置放置千斤顶，吊杆换成钢绞线与承台预埋钢绞线连接，通过挂篮上千斤顶反拉加载，模拟吊杆受力情况以达到荷载加载效果。挂篮反力预压如图2所示。

图2 挂篮反力预压示意图

2.3 单件对顶预压方式

根据三角挂篮受力特点，均为型钢焊接结构，连接形式也近似刚性连接（杆件间缝隙极小），再通过挂篮计算充分了解各杆件、节点受力后采取在地面进行单件试验，对挂篮三角主桁的荷载试验采取两片三角主桁对称、对顶的方式进行，对下横梁、吊杆、吊带及后锚对顶对拉试压。单件对顶预压如图3所示。

图3 单件对顶预压示意图

3 挂篮反力架预压

挂篮反力架预压方式根据主梁挂篮悬浇传力特性，在混凝土浇筑期间，荷载在底板位置先由底板模板传至底篮前后下横梁，再通过吊带、分配梁传递至作用在桥面上的主桁及底篮后锚位置上，使挂篮整体受力[1]。

反力架预压方式采用千斤顶加载的方式模拟混凝土荷载作用在挂篮底板上进行预压加载。即在0#块腹板的端面设置反力架，利用其反向作用力通过千斤顶以及型钢分配梁将上部荷载传递至挂篮底板的预压荷载[2]。

挂篮反力架预压如图4所示。

图4 挂篮反力架预压示意图

4 挂篮预压方式对比

4.1 堆载预压

堆载预压能充分检验挂篮受力及挂篮拼装完成后各连接部位情况，能有效消除挂篮拼装过程中的非弹性变形，最真实地模拟挂篮受力情况，预压效果最好。但是单个挂篮堆载预压所需材料（钢筋约146.79t、砂约140.49t）较多，重物吊装时间长，吊装期间高处坠落和物体打击风险大，预压时间约20多天，工期时间较长。且沙袋遇雨水后，吸水增重，容易增加预压荷载，堆载荷载不易控制，对挂篮容易造成安全隐患。

4.2 千斤顶反拉预压

千斤顶反拉预压是前吊点吊杆换成钢绞线与承台预埋钢绞线连接，通过挂篮上千斤顶反拉加载，模拟吊杆受力情况以达到荷载加载效果，也能充分检验挂篮受力及挂篮主桁拼装完成后各连接部位情况。但灵仙河特大桥主墩较高，采用反拉预压，钢绞线长度达130多米，钢绞线在重力作用下张拉索力损失较大，不能完全反映荷载加载情况。反拉预压所需材料为10台千斤顶布置于前吊点处，5组130m4Φ15.2钢绞线，预压时间约5d。

4.3 单件对顶预压

单件对顶预压根据三角挂篮特点，均为型钢焊接结构，在通过挂篮计算充分了解各杆件、节点受力情况后采取在地面进行单件试验，其荷载施加方便，受力明确，能很好地检验挂篮的安全性。单件对顶预压所需材料为4台千斤顶（主梁施工已配），预压与主桥同步实施，不耽搁总体施工时间。但是单件对顶预压只检验了挂篮三角主桁受力，未检验挂篮底平台、前后横联及吊杆受力情况，且未对挂篮拼装质量、各部位连接情况进行检验，存在局部漏检情况，不能完成模拟挂篮成型后的受力状态。

4.4 反力架预压

反力架预压是根据主梁挂篮悬浇传力特性，对挂篮底板施加荷载模拟混凝土重量达到预压目的，也能充分检验挂篮受力及挂篮拼装完成后各连接部位情况，能有效消除挂篮拼装过程中的非弹性变形。反力架是在挂篮拼装完成后再在0#块上安装，整个操作均在挂篮底平台内操作，相对安全。反力架作用点0#块腹板上，存在集中荷载较大的情况，容易引起0#块裂缝的生成，因此需要在反力架作用点附近进行混凝土补强处理。反力架预压所需材料为4台千斤顶及6t型钢，预压时间约4d。

综上所述，灵仙河挂篮预压采用反力架预压方式，所需材料最简，所用时间相对最短，最为经济合理。

5 反力架设计情况

反力架预压方式采用2台500t千斤顶在挂篮底板上模拟混凝土荷载对挂篮进行加载预压。即在0#块腹板端面设置反力架，利用其反向作用力通过千斤顶、4层型钢分配梁将荷载传递到挂篮底板施加所需的预压荷载[3]。

挂篮反力架预压如图5所示。

图5 挂篮反力架预压示意图

图6 MIDAS建模计算模型

挂篮反力架预压的受力计算采用有限元计算软件MIDAS按空间结构1∶1建模进行计算[4]，MIDAS建模计算模型如图6所示。

为保证挂篮反力架预压的使用安全，在计算时，荷载组合按恒载（最重梁段重量）×1.2+活载（施工荷载）×1.4=306.78t，其计算结果如表1所示[5]。

表1 建模模型计算结果

经计算，三角架及分配梁应力、变形均满足规范要求[6]。

6 预压步骤

1）在0#段施工过程中，提前在相应位置预埋反力架等施工预埋件，具体预埋位置选择在0#块的端面腹板上，单面埋设4块预埋件；

2）按标准图示对反力架牛腿进行焊接，并保证焊接安全和质量；

3）按照图示间距布设好型钢分配梁、钢支垫座，对千斤顶进行安装调试，完善挂篮预压前准备工作；

4）选择挂篮预压测量控制点，并进行预压前测量工作。测量控制点的选择为单面各设置5个点，分别设置在底板前段两侧箱梁腹板对应的位置、底板的中心位置以及挂篮两侧前吊带；

5）安装千斤顶，按施工总荷载306.78t（混凝土块件荷载+施工荷载）分级施加，依照如下原则进行分步加载：0→163.14t（60%）→211.02t（80%）→258.9t（100%）→306.78t （120%）→258.9t（100%）→卸载；

即单个千斤顶加荷至81.57t，持荷2h，观察记录挂篮受力变形情况；再加荷至105.51t，持荷2h，观察记录挂篮受力变形情况；再加荷至129.45t，持荷2h，观察记录挂篮受力变形情况；最后加荷至153.39t，持荷12h，观察记录挂篮受力变形情况，主要比较分析挂篮弹性变形量，再卸载至129.45t，持荷2h，观察记录挂篮受力变形情况，最后卸载[7]；

6）0#块两侧挂篮对称加载，每级荷载加上后都要进行测量并记录原始数据，为悬臂浇筑梁段立模提供参数。荷载加载及卸载时，注意根据布设的点位两侧同时施加荷载或卸载，尽量避免偏载；

7）对挂篮预压支架进行拆除；

8）对挂篮预压所得数据进行整理分析，得到挂篮弹性及非弹性变形值，从而调整挂篮底部模板标高，为后期挂篮施工提供指导性意见[8]。

7 结语

刚构桥的主梁悬臂段采用挂篮施工是工程最为常见的施工方式，挂篮预压检查挂篮的强度、刚度及稳定性，是确保连续梁桥悬臂浇筑施工安全的重要手段，同时通过预压试验使挂篮各部位以及栓孔的连接更为密贴，减少挂篮的非弹性变形所产生的影响。通过预压的方式测量得到挂篮本身的弹性以及非弹性变形值，为后期悬臂浇筑各梁段的立模标高的校核提供参数。

目前，该桥已成功采用反力架预压挂篮。实践证明，反力架预压作用于0#块上，不受墩高及地形限制，且在挂篮全部拼装完成后进行，能保证挂篮整体受力检测，达到最佳预压效果，所需材料最简，所用时间最少，最为经济合理。