■ 刘锦香(龙岩市新宇公路工程有限公司,龙岩 364000)
三角挂篮预压试验方法
■刘锦香
(龙岩市新宇公路工程有限公司,龙岩364000)
摘要本文结合某大桥三角挂篮预压试验实例,介绍了通过在已浇筑的梁段进行预埋后引出反力架,利用千斤顶顶压反力架的加载试验方法,进行悬臂梁施工挂篮预压试验,达到预压的目的。从预压原理、预压过程及预压结果分析,总结出一套高效、快速、可行、安全性高的挂篮预压试验方法,可为类似工程应用参考。
关键词三角挂篮预压试验方法
某大桥主桥为三跨预应力混凝土连续刚构,采用三角挂篮逐段悬臂浇筑施工。
上部构造为:50.96m+80m+50.96m变截面预应力混凝土连续箱梁,箱梁为单箱单室断面,箱梁顶面宽14.75m,底面宽7.75m,桥面横坡通过腹板高差形成,主桥中墩下部结构采用3.5m厚墙式墩身、3.0m厚实体承台、群桩基础型式。
三跨连续梁体系的组成有:两个支架现浇的墩顶O#、1#梁段,在两个主墩上按T构用三角挂篮分块对称悬臂浇筑的梁段,在吊架上浇筑的跨中合拢段,及在落地支架上浇筑的边跨现浇段。墩顶支架现浇0#、1#块梁段长10.0m,单T悬臂节段数为9段,其梁段数及梁段长度从根部至跨中各为:4×3.5m、5×4.0m,整联连续箱梁共有一个2m长的主跨跨中合拢段和两个2m长的边跨合拢段,两个边跨现浇梁段各长9.88m,梁高相同,具体详见图1所示。
图1 T型刚构立面示意图(单位:m)
(1)检验挂篮系统的主桁架、前后吊带及底模架的加工和安装质量,检查焊缝的质量情况,测试挂篮各主要受力部件的强度、刚度和稳定性,验证实际受力模式是否与设计理论计算模式相吻合。
(2)消除三角形桁架的非弹性变形,测定弹性变形,根据各级荷载作用下挂篮产生的挠度,绘出挂篮的荷载-挠度曲线,为模板系统及前横梁设置正确的预抛值,确保大桥成桥后主梁线形的流畅美观。
(3)通过分级压载试验,分析得出最大荷载作用下挂篮控制杆件的内力,检验挂篮的实际承载能力、横向稳定性及安全可靠性,通过试验得出的挠度与挂篮设计时的计算挠度对比,为以后改进、优化挂篮设计提供依据。
3.1直接加载法(有砂袋加载、水箱加载)
(1)砂袋加载对密封性不作要求,也不需要太大的投入,但砂袋装砂、称重、拆除的劳动强度大,周期长,受天气影响大,如遇雷雨天气,易形成砂吸水使挂篮过荷而发生工程事故。
(2)水箱加载及卸载方法简单且准确,易于控制,但水箱高度大,对水箱密封性和水箱侧壁的刚度要求也很高,同时侧壁的钢结构焊接量大、危险性高、施工周期长、经济效益低。
3.2反力加载法
在承台上植入精轧螺纹钢,利用锚具连接,通过钢绞线将挂篮上的千斤顶和承台上的精轧螺纹钢连接,利用千斤顶加载。该方法施工工艺较复杂,且施工成本低、施工周期短、材料可以反复利用,且需要经过详细计算,其难点在于需要解决承台上精轧螺纹钢与千斤顶的连接问题。
3.3预埋型钢加载法
采用先在已浇梁段上预埋型钢后引出反力架,在挂篮底模上放置千斤顶顶住反力架进行预压,千斤顶预压可使用已有的张拉设备,准确、方便,而且安全、经济、劳动强度低、周期短、荷载可以随时控制,不受天气影响,完全可以模拟真实受力。
现场需要预压2对挂篮,挂篮的规格一致,数量较少,为了加快施工进度,降低施工成本,预压设备选用现场已有的设备,即通过在已浇筑的1#块梁段腹板内进行预埋型钢后引出反力架,利用千斤顶顶压反力架的试验方法,达到挂篮预压的目的。
悬臂梁施工时,施工荷载集中在挂篮底模位置,并由底模及底模纵梁传至底模前后托梁,再由前后托梁的吊带传递到桥面主桁架,锚固在已浇混凝土上。根据施工挂篮的实际受力原理,试验设计利用从已浇筑的梁段引出I字钢反力架,利用千斤顶作为加载设备,作用到底模的纵梁I字钢,传递到底模前后托梁上,根据实际受力状况予以模拟。
图2 预压侧面示意图
方案要求先在墩顶支架现浇1#块时设置预压所需的反力架预埋件,在腹板位置预埋倒置的三角托架,以托架为支撑,借助千斤顶提供压力,从而达到预压的目的,具体如下:
(1)梁体1#段腹板处锚固倒置三角托架作为临时承重结构,根据现场的施工条件,托架横梁采用40B大型工字钢,斜杆采用25B对扣槽钢。
(2)腹板处锚固20mm钢板与倒置三角架焊接,三角架的斜杆与钢板的链接采用牛腿支架结构。
(3)20mm钢板制作牛腿固结斜杆,钢板镶嵌在梁体混凝土表面,钢板背后焊接锚固钢筋。
(4)为增加托架的稳定性,斜杆之间由20槽钢相连。
(5)大型I字钢作为底模系上的分配梁,按40cm间距排列。具体详见图2、图3。
图3 预压示意图
预压是挂篮施工安全管理的重要内容之一,预压前要紧固后锚系统受力拉杆,使各拉杆能受力均匀。预压荷载按照箱梁最重块段1#梁段砼自重超载120%进行实验,经全面检查结构各焊缝、支点、杆件连接,确保无误后,四台千斤顶同时同步分0、10%、20%、50%、75%、90%、100%、110%、120%八级荷载缓慢加载,各级荷载持荷30~40min后,测量下沉量及主要受力杆的应力和应变,最后以100%、75%、50%、20%、0五级缓慢卸载后再测下沉量。在加载过程中,设专人负责挂篮的检查,密切注意各结点、各受力构件、各联接器部位及托架的变形情况,确保安全。具体加载顺序和加载量如表1所示。
测点布置:挠度和变形观测点的设置为挂篮前横梁桁片主吊带及中点(3点)、前托梁主吊带及中点(3点),主桁后锚处(3点)及前支点(3点)、分力工字钢中点(1点)、边纵梁中间(2点)共15个点。
图4 挂篮预压
表1 挂篮加载试验程序表
(1)在加载过程中安排专人加强对挂篮情况的观测,密切注意各结点、各受力构件、各联接器部位及托架的变形情况,如有异常应及时通知现场施工管理人员立即停止加载,在采取足够的加固措施后方可继续加载,以免出现重大安全事故。
(2)在加载及卸裁过程中,要求两个挂篮同步进行,确保四台千斤顶同时同步、分级缓慢的加载与卸载,要对反力架水平工字钢的千斤顶集中着力点进行局部加强。
(3)确保预埋件尺寸及位置的准确,确保反力架焊接的质量,确保反力架杆件的刚度与强度,确保千斤顶上、下受力面的精确水平,相对高差不得超过3mm,确保分配梁即工字钢排架的刚度,确保各精轧螺纹钢及螺母的受力均匀。
(4)为了保证加载试验所测数据的可靠性,变形观测点要设置在挂篮体系受力变形的关键位置,并要确保布点的均匀性和对称性。
(5)通过所测数据进行对比分析,分析桥梁纵坡对挂篮受力的影响及确定相关的施工控制参数。
(1)挂篮加载程序到八级后,挂篮预压试验各项实测变形值和应力值均在理论控制范围内,说明该挂篮主梁抗弯能力等均满足设计要求,加工质量较好,具有足够的应力和变形储备,检验了挂篮在承受最不利工况时的安全性。
(2)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,残余变形值较小,表明该挂篮的弹性性能和恢复性能较好。
(3)卸载后挂篮变形不能完全恢复,不同挂篮变形恢复程度不同,因此,每个挂篮都必须进行预压,以减少挂篮的非弹性变形,保证线性控制的质量。
(4)从测试数值看,挂篮下横梁变形大于挂篮上横梁变形,说明前吊带变形较大,施工放样应该以挂篮底模进行合理控制。
(5)通过对实测挂篮变形值与计算挂篮变形值的比较分析,为挂篮变形误差预报提供依据。
(6)根据试验数据得出了挂篮挠度与承受荷载回归线,为计算其它节段得出依据。
采用千斤顶顶压反力架的加载方法进行挂篮预压试验,其一大大缩短了工期,通常只需要一天的时间,加快了施工进度,而且不受天气影响;其二简单易行,操作方便,劳动强度低,大大减少了试验成本;其三能进行试验数据的实时跟踪,可以即时加载卸载,从而保证了试验过程的安全和试验数据的准确;其四提高了现场文明施工。
参考文献
[1]JTG/T F50-2011,公路桥涵施工技术规范.
[2]杜晓伟.挂篮施工技术在桥梁施工中的运用[J].科技与生活,2012,(11):132-133.