移动模架（ULMSS）静载实验分析

严朝成 何文静

摘   要：介绍下行式移动模架静载实验的目的和工艺流程以及模架预拱度值的计算，重点介绍加载原则、加载顺序、测试点布置、数据分析处理方法及如何确定模架施工预拱度。

关键词：下行式移动模架;测点布置;分级加载;数据分析;预拱度

1    工程概况

茅栗铺特大桥，该桥为跨径32 m的简支梁和40 m×54 m ×40 m连续梁混合桥，梁高3.05 m等高度梁，梁重850 t，箱梁顶板宽度13.4 m，底板宽5.5 m。主梁施工设备由下行式移动模架平台、行走系统、定位系统、锚固系统、模板系统、操作平台系统及预埋件系统组成，全部质量（含模板）为394.8 t。此套模架设备按茅栗铺特大桥第1～14孔、第18～44孔共41孔简支梁施工的要求设计（15～17孔为三跨连续梁）。模板采用Q235钢，板厚6 mm，模架主梁为一对钢箱梁。

2    下行式移动模架静载预压实验目的

2.1  消除非弹性变形

通过适量超载预压（110%等效荷载），达到消除非弹性变形的目的。

2.2  准确确定预拱度

通过分级预压、测设，分析得到各构件的弹性变形数据、非弹性变形数据，为模板系统、各横梁设置正确的预拱值，确保大桥成桥后主梁现行流畅。

3    预压实验流程

模架系统调整就位、测点布置→初始化各测点位置、预压沙袋准备→预压加载至50%荷载→4 h后开始测量各测点标高，每2 h测一次→1 d后，开始第二次加载，加载至100%荷载→4 h后开始测量各测点标高，每2 h测一次→1 d后，开始第三次加载，加载至110%荷载→4 h后开始测量各测点标高，每2 h测一次→5 d后，开始分级卸载，第一次卸载10%荷载→4 h后开始测量各测点标高，每2 h测一次→1 d后，开始第二次卸载，卸载50%荷载→4 h后开始测量各测点标高，每2 h测一次→1 d后，开始分级卸载，第三次卸载50%荷载→4 h后开始测量各测点标高，卸载测量完成→计算分析模架系统各测点位置弹性变形、非弹性变形，确定模架主要构件预拱值。

4    加载方法

牛腿在墩侧安装就位，并且钢主梁完成地面拼装后，即可采用汽车吊吊装钢主梁、横梁和模板系统，调整各连接螺栓扭矩至设计要求值，进行整体检查确定模架具备使用条件后，即可进行预压实验[1]。

按设计要求，为检验模架的使用性能，有效地消除非弹性变形，检验模板系统的安全储备，加载总质量定为32 m简支箱梁混凝土质量的110%，即935 t。分3级预压加载，累计加载为425 t、850 t、935 t，即按850 t的50%、100%、110%分级加载。

采用沙袋作为加载所用荷载。荷载施加的顺序和质量必须与混凝土实际现浇顺序一致[2]。第一次加载425 t荷载，先在4个牛腿附近加载各30 t，顺序由梁端向梁中对称逐步进行;后按均厚布设沙袋，方向也为梁端向梁中方向。第二次加载到850 t荷载，开始按第一次加载方法进行，先加载200 t;此时沙袋在两端堆高且高于梁中，第二次加载剩余的225 t，将整个模架上的沙袋布置成同一厚度。第三次加载到935 t，超载的10%，即超载85 t，按在各牛腿上先加载10 t，剩余的45 t按在整个模架上均匀布设的方法进行（见图1）。

5    变形观测

5.1  测点布置

因为在预压加载过程中，模架主梁和横梁系统的变形是三维的，所以为了准确地获得实验数据，更好地保证模架施工质量，测点布置必须具有代表性，能正确反映模架各部位的变形状况[3]。

5.1.1  外模系统

沿模架每道横梁轴线布置，每道轴线的底板上侧布置3个点，沿线路左侧底板与腹板的交线附近设置1个左点，同理布置右点，梁中线处布置1个点，共7道横梁，底板共需布置21个点;在翼板上的梁边缘布置一个点，与每道横梁轴线对应线，左右共18个点，所以外模上侧共需布置39个测点。

5.1.2  横梁系统

沿每道横梁下侧轴线布置边、中、边3点。共7道横梁21测点，如图2所示。

5.1.3  主梁系统

沿左右两个主梁下侧轴线各布置7个点，这些点必须布置在主梁轴线与横梁轴线的交点处，共14个测点，如图3所示。

5.2  变形测量

在模架拼装完成，并且按模架拼装要求检验连接螺栓合格后，准确布置每个点的初始位置和测量其标高，外模值测量两次，即加载前一次，卸载后一次;而横梁、主梁、托架的测量则需按各级加载顺序一次测量。

每级加载完成4 h以后才能开始测量，每次测量间隔控制在2 h。每级加载完成后，在下级荷载加载之前，需间隔24 h。

6    卸载

第三次荷载加载完成后需间隔5天，并且在分级加载测量数据分析完成后才可以开始分级卸载。由前面的“预压实验流程”知，卸载顺序与加载顺序相反，注意分级对称、均匀进行。施工顺序为：模架上的预压荷载卸载85 t，剩余荷载总共还有850 t，4 h后，开始测量各测点数据;然后，模架上的荷载卸载425 t，4 h后，开始测量各测点数据;最后，将剩余的425 t预压荷载卸载，模架上的预压荷载为0，4 h后测量各测点（包括外模测点），预压实验结束。

7    数据分析

在荷载加至50%时，模架系统的非弹性变形已经消失，此时观测的变形值既有弹性变形，也有非弹性变形，变形值为二者之和。加载100%预压荷载时，第二次加载的变形值，与第一次加载变形值相比较，减少了5%～15%，扣除这一部分非弹性变形，得到100%预压加载弹性变形的总值。卸载85 t后观测的数据和完全卸载后的数据差值（卸载100%荷载变形值），作为模架的预拱度，而100%预压加载变形值可作为参考值。按卸载100%荷载变形值可推算模架主梁、横梁的应力，并与设计理论值进行对比，由此判断模架的承载能力[4]。

通过100%预压加载和110%超载后，模架非弹性变形已完成。在卸载阶段，可认为是弹性变形，按照卸载阶段的变形观测数据结合考虑张拉、徐变预拱度及模架弹性变形等因素，按二次抛物线的原理对模架模板系统设置预拱度。

8    结语

按主梁、横梁的弹性变形值推算出主梁、横梁的应力值，主梁、横梁受力在安全范围之内，满足变形要求。茅栗铺特大桥下行式移动模架静载预压加载实验历时30 d，通过下行式移动模架静载实验，为施工监控提供了真实、有效的数据，为今后下行式移动模架设计积累了宝贵经验。经过主桥下行式移动模架历时12个月的检验，模架主梁，模板系统的实际变形与预拱值基本相符，成桥后桥梁整体线形流畅，满足桥梁设计的要求。

[参考文献]

[1]范立础.桥梁工程[M].北京：人民交通出版社，2001.

[2]中交公路规划设计院有限公司.公路钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土设计规范（JTG 3362—2018）[M].北京：人民交通出版社，2018.

[3]葉见署.结构设计原理[M].北京：人民交通出版社，2016.

[4]谢晓辉.贝雷拱架在大跨拱桥施工中的应用研究[D].西安：长安大学，2008.