连续梁三角形挂篮液压反力加载预压计算研究

陈勇

（贵州桥梁建设集团有限责任公司，贵州贵阳 550001）

0 引言

在现代化建设中，挂篮悬浇施工工艺在公路桥梁工程中得到广泛应用，作为桥梁施工的主要承重结构，挂篮施工的安全性尤为重要。桥梁悬浇结构施工前，应先对挂篮进行模拟荷载试验，通过试验得出压重与挂篮自身的变形关系，以检验挂篮的承载能力与安全可靠性。通过试验数据分析获得弹性变形规律，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。基于此，文章结合实例项目对连续梁三角形挂篮液压反力加载预压计算进行以下探讨。

1 工程概述

本工程合同段路线全长12.854km，设桥梁3 641m/8座，其中特大桥1座（摆金特大桥），大桥5座，中桥2座。本项目中，梁段位于16#、17#主墩处，全桥共计236 个节段，其中2-12 节段为挂篮悬浇段，13 节段为合龙段，14-16 节段为边跨现浇段。施工中，主要选用液压反力预压技术落实挂篮预压。图1为连续梁三角形挂篮结构实际施工图，图2为三角形挂篮结构图。

图1 连续梁三角形挂篮结构实际施工图

图2 连续梁三角形挂篮结构模型图

2 液压反力预压原理

挂篮预压是采用千斤顶在底板范围内进行加载，其设备主要是反力架和液压油顶。其操作步骤如下：

（1）将反力架固定在已浇筑的梁体腹板端面上。

（2）待挂篮和箱梁底模安装结束后，将液压油顶置于反力架与底模的预留空间内。

（3）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 连续梁三角形挂篮液压反力预压施工的总体思路分析

在本工程中，挂篮结构主要分为主桁承重和模板两大部分。其中，主桁承重系统可以进一步细化出5个部分，具体为2片主桁片、前上横梁、横联、后锚和行走部分；模板系统可以进一步细化出4个部分，具体为底篮、外模、内模、工作平台。挂篮无平衡重，是通过精轧螺纹钢筋将挂篮锚固在已浇筑成形的箱梁节段的竖向精轧螺纹上来确保其抗倾覆能力的。2 号箱梁段施工前，要在地面上试拼挂篮，检查其结构尺寸、主桁各吊点的位置是否准确无误。在整个悬臂浇筑施工过程中，挂篮发挥着极为重要的作用。实际施工过程中，主要在已经张拉锚固的箱梁梁段上悬挂挂篮结构，悬臂浇筑时箱梁段的模板安装、钢筋绑扎等工作均需要施工人员在挂篮上展开，当一个梁段施工完成后，挂篮解除后锚，依靠反挂轮暂时锚固于轨道上，与内外模整体移向下一个挂篮施工。

施工中，提前完成对4个反力架预埋件的预埋处理，在完成对三角形挂篮的安装以及质量检验后，于底板横桥向落实方木的敷设工作，设定方木的尺寸为10cm×10cm；在方木的上方加设型钢，数量为4根，方向设定为顺桥向，型钢敷设完成后，设置千斤顶加载传力分配梁，此时，传力分配梁的加设区域可以视为千斤顶加载位置；将单台规格为200t的液压千斤顶安装在单组分配梁上，并利用156工字钢实现对千斤顶与三角反力架之间的荷载传递。反力架主要构件为156工字钢，数量为2根，这两根156工字钢构成三脚架结构，从而生成预压的反力点；在前期预埋件与梁体内钢板的支撑下，反力架可以与箱梁构成一个整体结构。出于对降低实际加载过程中梁体连接区域混凝土出现开裂问题的考虑，在本次加载试验前主要在其中加设了防裂钢筋网，规格为Ф16@10cm×10cm，数量为三层，加设范围为预埋156工字钢、反力梁顶部预埋钢板的腹板全断面。需要注意的是，在实际的预压过程中，要求切实保证单一主墩内所包含的2个挂篮可以实现对称预压，避免在液压反力法预压过程中对连续梁结构造成损坏。

4 基于液压反力法的加载预压计算分析

4.1 预压荷载的计算

在三角形挂篮底模上实施液压反力预压，实践中，模板自重、挂篮自重均已经完成施加，因此选取梁段的顶板、腹板以及底板自重荷载、施工荷载为预压荷载的主要模拟量。在本次预压荷载的计算过程中，涉及的参数及其真实数据如下所示：混凝土超灌系数设定为1.05；混凝土容重稳定在26kN/m3；冲击系数设定为1.2；施工荷载设定为7.1t。在实际的计算过程中，计算单元设置为顺桥向的1m，在选取的三角形挂篮底板上设定4个处于中心线位置的预压点，分别为a点、b点、c 点以及d 点。其中，腹板、翼缘板混凝土的自重荷载主要由a 点以及d 点加载模拟；顶板、底板混凝土的自重荷载主要由b 点和c 点加载模拟。单台液压千斤顶的荷载具体有：a 点和d 点荷载为88.03kN/m；b 点和c点荷载为42.75kN/m。

研究中选取梁段的长度为4m，根据计算公式：预压反力=单台液压千斤顶单延米荷载×梁段长度+施工荷载×g/预压点数量（其中g 取值9.8）可以得出，在a 点以及d 点，千斤顶集中预压反力达到369.515kN；在b点以及c 点，千斤顶集中预压反力达到188.395kN，计算可以得到本梁段的自重荷载总数为1 046.24kN。参考预压总荷载量1 116kN，根据计算公式：加载力=预压总荷载×加载系数（其中加载系数设为1.2），可以得到加载力为1 339.5kN。

4.2 测量监控

4.2.1 设置变形测点

对于预压操作来说，其主要目的在于完成对挂篮主桁架悬臂端前、后托梁挠度的确定。在进行预压操作的过程中，针对每侧6个挂篮布设测点，用于测定出挂篮的变形情况，具体位置为挂篮支点、后锚、前上横梁的左右两侧。在选取梁段配套底板的中点位置加设水准仪，落实逐级加载，并对各个观测点所产生的位移实际变化进行观测。完成预压后，整合所有观测数据并实施综合处理，确定出三角形挂篮荷载与变形之间的关系，并以此为基础调整连续梁三角形挂篮施工中的立模标高。

4.2.2 设置外观检查点

在依托水准仪完成变形监测之后，还要进行外观检查，综合确定在受力条件下，三角形挂篮是否会发生变形、脱焊等问题。如果条件允许，还需要针对三角形挂篮关键受力位置落实应变片的布设，以此完成对挂篮主要杆件受力情况的测定。

4.3 液压反力预压加载施工

本次施工中，主要选用反力架与液压千斤顶共同完成对三角形挂篮前端的加载预压，实践中，将液压千斤顶架设于所有三角形挂篮底模的前下横梁位置，并对最大梁段施工荷载进行模拟，分级加载。通过这样的方式，可以达到稳定加载速度的效果，为三角形挂篮在不同荷载条件下产生的变形情况及其规律总结创造更好条件，同时提高三角形挂篮预压的安全水平。

实践中，设定预压等级为20%预压荷载、50%预压荷载、80%预压荷载、90%预压荷载、95%预压荷载以及100%预压荷载，应用的方式为均匀对称加载。在此过程中，重点落实对桁架节点变形、焊接情况变化的观察，并提取三角形挂篮横梁以及底模的沉降值。

在本次液压反力预压试验过程中，分级加载情况具体如下：

第一级加载（20%预压荷载）中，a 点以及d 点的加载力为74kN，累计加荷载总量为148kN；b 点以及c点的加载力为38kN，累计加载总量为76kN。第二级加载（50%预压荷载） 中，a 点以及d 点的加载力为185kN，累计加荷载总量为370kN；b点以及c点的加载力为94kN，累计加荷载总量为188kN。第三级加载（80%预压荷载）中，a点以及d点的加载力为296kN，累计加荷载总量为592kN；b点以及c点的加载力为151kN，累计加荷载总量为302kN。第四级加载（90%预压荷载）中，a 点以及d 点的加载力为333kN，累计加荷载总量为666kN；b点以及c点的加载力为170kN，累计加荷载总量为340kN。第五级加载（95%预压荷载）中，a点以及d点的加载力为351kN，累计加荷载总量为702kN；b点以及c点的加载力为180kN，累计加荷载总量为360kN。第六级加载（100%预压荷载）中，a点以及d点的加载力为370kN，累计加荷载总量为740kN；b点以及c点的加载力为188kN，累计加荷载总量为376kN。

在此过程中，要求对加载时桁架节点焊接情况与变形情况进行观测落实，并对挂篮底模、横梁在加载过程中产生的实际沉降值进行提取与记录；针对每一级加载工况，均需要至少维持半小时的加载，当达到最大荷载数值后，要求将维持时间延长至24h；完成加载后，需要将测量变形值的频率设定为1 次/h，主要在前期设定的测点维持完成当前变形值的获取；完成连续4h的预压处理后，且最后测量时间段内2次变形值的差距维持在2mm以内，可以判断预压施工完成。

4.4 三角形挂篮预压反力液压的质量控制

通常情况下，三角形挂篮预压反力液压的质量控制工作包括：对所有预埋件的质量落实检查，要求所有预埋件与混凝土箱梁之间的接合具有较高的紧密度，且具有足够的承压面积；对所有焊缝实施质量检查，要求所有焊缝均维持在饱满状态，且其厚度不低于主材壁厚；对杆件的受弯与压剪强度实施全面检查，要求安全系数维持在不低于1.2 的水平；对局部承压强度进行全面检查，要求相应安全系数必须保持在不小于1.2 的水平；对杆件压杆稳定性实施检测，要求其安全系数不低于1.3。

4.5 预压变形数据的分析

（1）本次试验中，得到的三角形挂篮液压反力预压数据和三角挂篮主桁架预压变形观测数据。

经过挂篮逐级加载中观测量数据可知，产生最大变形的位置位于挂篮主桁架前横梁处，结合工程实践对主桁架预压不同测点的变形数据进行分析，得到线性回归方程y=-19.074248+30.0706421x。

5 结语

综上所述，液压反力预压技术能够实现对挂篮实际受力的模拟，并确定出挂篮各项受力参数，支持后续挂篮的高质量施工；当挂篮加载至梁体自重荷载、施工荷载时，相应挂篮前下横梁的变形稳定在11～16cm 的范围，需要通过对连接器安装垂直度的调整来降低变形程度。液压反力预压法施工工序少、施工操作简单方便、加载卸载速度快，节约了工期和施工成本，能更好地模拟悬浇挂篮的实际受力，得出可靠的挂篮受力参数，为公路桥梁挂篮施工提供相关依据。