移动模架施工箱梁预拱度设置分析

杨 军 杰

(中铁武汉大桥工程咨询监理有限公司,湖北 武汉 430050)

1 简介

1.1 工况介绍

以济南长清黄河桥为例，根据《两阶段施工图》，东内滩引桥采用每联5×51 m等截面连续梁，共计13联，梁体采用3 m等高单箱单室斜腹板预应力混凝土箱梁；引桥均为左右两幅，双幅间距12.3 m，全长3 315 m，现场采用移动模架箱梁施工。

1.2 移动模架施工简介

移动模架箱梁施工是特定的一种造桥施工机械，主要由主梁提升机构、内外模板、支腿机构、支承桁梁等部件组成。它是利用墩柱作为支承，在其上安装模板，然后现场浇筑箱梁。具有施工不受场地限制、操作简便、施工质量高、成本低廉等优点，是较为先进的施工方法，在国内外已被广泛地采用在公路桥梁、铁路桥梁的从移动支架到浇筑成型的一系列施工中[1]。

2 移动模架预拱度设置的目的及意义

移动模架施工箱梁因工序较多导致其施工工艺较为复杂，另外在预应力混凝土箱梁施工过程中不可避免存在其他难以预料的因素，这些情况都会导致某些构件中的应力储备不足而变形量过大，造成安全隐患，因此需要结合施工箱梁全过程开展线形监控和预拱度设置测量工作。其中移动模架预拱度设置的目的是根据实测移动模架预压的变形和受力，结合移动模架自身的强度、刚度情况进行建模计算，再反馈数据到现场施工，最终通过提供箱梁理论立模标高，使桥梁整体竖向线形符合设计要求，以确保大桥的施工质量和安全[2]。

3 移动模架施工预拱度设置影响因素

在影响梁体线形的整个影响因素中，预拱度的调整是施工重点，因此应对模架预拱度进行精确分析。移动模架挠度值的确定主要分为四大部分：

1)混凝土自重产生的挠度值；2)预应力张拉后产生的反拱值;3)各系统构件受压缩后产生的变形值；4)混凝土自重对前一孔箱梁的影响值及悬臂端施加集中力后所产生的影响值；其中1),2),3)项通过预压消除，4)项通过有限元软件建模确定。

3.1 移动模架预压

本次预压断面测点布置通过在主梁设置4个观测点断面，按1/4跨布置，每个断面测点设5个。在预压施工前,在底板、腹板、顶板、翼板分别设置观测点并做好标记,同时测量记录其标高。预压时按照批准的施工方案中确定的0%→50%→100%→110%三级进行分级加载，在加载过程中随时测量观测点的变化情况，防止出现意外。预压时每一级荷载达到预定值后应稳定2 h并观测记录，等全部加载完成后，需持续施压24 h，然后每6 h观测一次，若相邻两次每点观测下沉量均不超过2 mm时，即认为支架已稳定，可以卸载，卸载按照110%→100%→50%→0%逐级进行纵横向对称卸载。压重采用在模板上堆砂袋的方式进行，压重前在模板上分区域做好记号，根据各区域在不同加载级别时的荷载布置砂袋，砂子为浇水的粗砂，容重按湿重17 kN/m3考虑，采用1 m3的袋子来装。加载方向为中间向两端、横向对称布置砂袋，防止在纵、横向产生过大的偏载。压重完成后需对压重结果进行分析，并与理论计算结果进行比对，得出压重试验的结论。

3.2 移动模架在施工荷载作用下的变形和稳定性分析

本次以济南长清黄河桥工程中采用的ZQM1700移动模架为例，主要结构由托架支撑、墩旁托架、支承台车、主梁、横联、前后导梁、配重、底模、侧模及支撑、扁担梁、液压系统、电气系统、梯子平台等组成。为方便计算，根据移动模架MSS结构及承受竖向荷载的特点，采用有限元软件ANSYS建立有限元模型，主梁采用壳单元模拟，鼻梁、主梁及鼻梁间横向联系采用空间Beam梁单元模拟。分析中主要考虑主梁自重、鼻梁自重、横向联系自重、上下横梁及吊梁自重、混凝土自重。将混凝土自重荷载以分布力的形式作用于移动模架主梁底部，其余自重按结构体积力考虑。钢材容重取78.5 kN/m3，弹性模量取210 GPa，模型边界条件按简支处理。

3.3 数据整理

1)拱度设置。

拱度设置需考虑以下方面的影响：

a.模架弹性下挠值；

b.施工非弹性变形引起的挠度(根据压重情况实测)；

c.张拉、混凝土收缩及混凝土箱梁自重(含二期恒载)，由设计院给出拱度值；

d.模架主梁预设拱度。施工预拱度取：a+b+c-d。

2)箱梁立模标高调整。

支架预压后已基本消除非弹性变形量，调整模板时可只考虑弹性变形，预压结果显示实测底模最大变形量为66 mm，其中梁体预设反拱值17 mm，底模设拱度49 mm，箱梁施工后，实际测设变形值比已知梁预压变形值小4 mm，因此规定箱梁后续施工预拱度设置为45 mm，翼板同样设置45 mm，根据后期施工测量数据显示，主梁、底模、翼板模弹性变形曲线接近二次抛物线。

4 实施结果

以济南长清黄河桥东内滩引桥第1联左幅为例，根据移动模架自身变形数据和预压后计算数据，将两者数据叠加进行建模，得出连续梁施工挠度控制数据曲线图。之后确定每段梁体施工挠度，预设挠度见表1(共5跨28工况，挠度向上为正，向下为负)。

表1 移动模架主梁预设挠度数值表

说明：

1)在第1联5跨51 m箱梁施工完成，纵向预应力张拉后箱梁出现起拱，实测跨中断面最大上拱值为62 mm，悬臂端尾跨下挠值达到23 mm。由表1可以看出，理论跨中和悬臂端的最大下挠发生在第12工况，最大上挠发生在第28工况，挠度分别为68 mm和24 mm，与实测值62 mm和23 mm接近。另外，新浇混凝土对已有梁体线形存在一定影响，其中对前一节段梁体跨中及悬臂端的挠度影响最大。

2)当前阶段为全联浇筑张拉完毕，第1,5跨在二期恒载作用下预测(模型计算值)下沉9 mm，2,3,4跨在二期恒载作用下预测(模型计算值)下沉5 mm，第1跨和第5跨在运营荷载(收缩徐变+50%汽车作用)下预测(模型计算值)下沉8.5 mm，第2跨在运营荷载(收缩徐变+50%汽车作用)下预测(模型计算值)下沉6.4 mm，第3跨在运营荷载(收缩徐变+50%汽车作用)下预测(模型计算值)下沉4.7 mm，第4跨在运营荷载(收缩徐变+50%汽车作用)下预测(模型计算值)下沉4.4 mm，综合这两项，第2，3，4跨铺装之前的主梁高程应在设计线形基础上高1 cm～1.2 cm。经实测，数值均匀分布设计值两侧，无离散点，最大偏离值均满足设计规范要求，达到预期效果(见图1)。

实施后，总体线形与理论符合较好，误差在规范允许范围(±20 mm)。部分存在的问题：

1)第1跨跨中部分梁段偏高，主要原因在于预压变形观测值和实际浇筑变形值不符，在第2跨之后的指令中对次变形修正后，其余线形均在规范允许范围；

2)支座处模架支架在支座处存在变形(实际测量为9 mm)；

3)悬臂端在3,4,5跨比预期偏低，分析原因：模架支架在支座处的变形导致悬臂端跟着下沉。

5 结语

本文通过对移动模架施工箱梁全过程跟踪，结合济南长清黄河桥移动模架施工实例，首先分析了设置预拱度的方法和控制要点；其次说明了线形控制最主要的工作是合理的设置预拱度来抵消箱梁施工引起的变形值的过程，控制好每跨的预拱度值至关重要；最后为达到设计及规范要求，明确了移动模架施工箱梁的线形控制是计算、施工、量测后修正、再施工的循环过程，后期应及时测量混凝土浇筑前后箱梁各点的高程值，实时对预设值和实测值之间的误差进行分析、调整、预测，才能取得较为理想的效果。