连续刚构桥悬臂施工挂篮预压试验研究

连续刚构桥悬臂施工挂篮预压试验研究

目前，大、中、跨桥的施工主要采用预制混凝土结构。该梁的截面通常由单箱单室或单箱多室结构组成。悬挂臂易于安装，横跨大洞，施工方便快捷，施工周期长等特点。在悬臂施工过程中,挂篮承受了施工设备和新浇节段混凝土的全部重量,其承载能力的大小和弹性变形量直接关系到施工的安全性和结构线形的控制。为了检验挂篮的质量是否满足设计要求,寻找薄弱环节以便加固,消除挂篮结构的非弹性变形,获取挂篮在各级压重工况下的实际变形参数为挂篮施工和线性控制提供可靠数据,保证施工质量和安全,一般都需对挂篮进行设计荷载下的预压试验。1压延试验加载方法悬臂施工挂篮预压试验加载方法按照荷载作用方式和试验场地可分为:地面集中力加载、桥面均布力加载和桥面集中力加载。1.1预压加载试验地面集中力加载方法一般常用于三角挂篮和菱形挂篮主桁地面预压试验。因工程现场特殊情况为达到挂篮预压试验要求和预压效果,仅将拼装好的挂篮主桁系统在地面利用千斤顶和精轧螺纹钢或钢绞线等张拉机具,运用应力张拉原理进行分级加载以达到预压效果。该方法在地面拼装主桁系统,并采用千斤顶对接进行预压试验,操作简单安全、节省工期、节约预压试验成本,且且可可以满足验证挂篮主桁系统承载能力,获得预压加载过程中挂篮主桁系统变形,通过程序辅助计算可以推算得到挂篮变形值。但仅对主桁杆件在地面进行了加载试验,没有考虑挂篮其他构件,在施工中还需要在桥面上重新拼装。因此,试验预压不能完全消除挂篮系统的非弹性变形,得到的主桁杆件弹性变形值也只是挂篮系统中主桁部分的变形值,试验中仅对主桁杆件承载能力进行了验证,总体试验效果较差,一般较少使用。1.2混凝土加载试验桥面均布力加载方法在桥面安装挂篮完成后,在预压试验中,通过堆积重物实现均布荷载。重物可为沙袋或预制的混凝土块,称重后直接布置在模板上。该方法中均布荷载可模拟实际截面上混凝土重量的分布来对挂篮进行加载,基本与施工现场情况相一致,可以体现挂篮的整体受力情况,消除悬浇前挂篮的非弹性变形,施工方法简单。但由于堆积重物搬运工作量大,试验准备时间较长,试验中加载卸载周期很长,荷载计量不精确,试验过程中存在一定的风险性。一般多适用于墩高较矮,方便起吊重物,试验总荷载较小的挂篮预压试验中。1.3加载能力加载挂篮预压试验桥面集中力加载方法是在桥面安装完挂篮系统后通过悬吊重物、张拉钢绞线或顶推反力架模拟集中力对挂篮预压。1.3.1悬浇前挂篮受力情况的变化悬吊重物方法一般在前吊点下吊装沙袋、水箱等重物实现。该方法较简单,能体现挂篮的整体受力情况,可以消除悬浇前挂篮的非弹性变形。但该方法悬吊重物的准备时间长,且悬吊处对强度要求较高,易失稳或在局部焊接位置出现危险情况。一般多适用于墩高较矮,方便起吊重物,试验总荷载较小的挂篮预压试验中。1.3.2预埋钢绞线量测量方法钢绞线张拉法需要在承台施工期间提前预埋好预应力钢绞线,埋在承台内的钢束采用P锚,将P锚固定承台底层钢筋上,并按照预应力要求安装锚下钢筋;预埋的钢绞线数量可根据要施加的荷载确定,等0号块施工完成,挂篮拼装完成后,将主桁前横梁吊杆与预埋的钢绞线相连,用千斤顶逐级施加荷载;并记录加载时挂篮的变形情况,测出挂篮的弹性变形和非弹性变形,并推定弹变规律回归方程。该方法可以体现挂篮的整体受力情况,可以消除悬浇前挂篮的非弹性变形,施工方法简单,试验过程快速,试验数据准确,但不适用于承台不外露或墩身特别高的条件下预压挂篮。此方法在挂篮预压试验中经常采用。1.3.3无悬浇前挂篮试验反力架法是在腹板上安装反力架伸至底篮前横梁上,由于三角是最简单、稳固的结构,所以反力架的形式通常为三角型。在底篮前横梁与反力架之间放置千斤顶逐级施加荷载,并记录加载时挂篮的变形情况,见图1。该方法可以体现挂篮的整体受力情况,可以消除悬浇前挂篮的非弹性变形,施工过程简单,反力架可以用0号块托架改制和重复利用,试验过程快速,试验数据准确,但反力架的制作安装稍显复杂。此方法在挂篮预压中常采用。挂篮预压试验各种加载方法优缺点比较见表1。2现场试验荷载乌江特大桥主桥为5跨预应力混凝土连续刚构桥,跨径布置为108m+200m×3+108m,主墩墩高最高为145m。现场实际施工中挂篮有菱形和三角形2种形式,部分主墩承台位于水面下,因此在承台上没有提前预埋钢绞线,且墩高有145m,预压试验总荷载值为2974.6kN。在综合比较了以上几种挂篮预压方法后,选取了三角反力架加载方法对挂篮进行预压试验。2.1反之架安装特性先在腹板混凝土中预埋同等截面的型钢。位置、角度与设计一致。反力架预先加工完毕。现场将反力架和预埋型钢焊接。焊缝要达到设计要求。2.2试验荷载的施加试验前对挂篮和反力架进行结构验算,确保挂篮和反力架满足设计要求;得到各工况下的变形值。试验取最重块段10号块计算,考虑安全系数1.2,挂篮试验的总荷载值为2974.6kN,采用4台1500kN千斤顶同步加载。试验荷载逐级施加,分别为试验荷载P的0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.1,1.2,0.5,0.0。每台千斤顶都按各自的试验最大荷载值乘以比例系数实施加载,每级加载时间约3~5min,持荷时间30min,以测点变形数据趋于稳定为原则,整个试验过程约6h。2.3测试内容和结果2.3.1前下梁内变形测点布置挂篮前上横梁布置3个变形测点(上横梁中心处,两侧吊点处),前下横梁布置3个变形测点(上横梁中心处,两侧吊点处),2个后锚点变形测点。2.3.2预挂设变形量测预压试验实测数据见图2。所测出的挂篮的变形值已扣除了后锚上翘值,为挂篮弹性及非弹性变形值的总和。从实测数据看,实测值为-23mm,设计荷载下计算的挂篮变形值最大为-25mm,实测值小于计算值,说明该挂篮整体刚度满足设计要求,且具有一定的变形储备。挂篮下横梁变形值大于上横梁,说明前吊带变形值较大,施工放样应该以挂篮底模进行合理控制。前上下横梁悬臂段最大挠度值在试验过程中基本呈线性变化,卸载后挂篮变形不能完全恢复,因此,挂篮都必须进行预压,减少挂篮的非弹性变形,保证线性控制质量。3悬臂预压试验本文对挂篮预压试验不同加载方法进行了介绍,研究和对比得出了一定的结论。在施工现场可以根据实际条件依照此结论更为方便地选择最优加载方法进行预压试验。同时结合某大桥工程实例,具体介绍