移动模架实际受力特征及预拱值确定研究

戚胜辉 范远林

(1.温州市交通工程管理中心，浙江 温州 325000； 2.浙江交工金筑交通建设有限公司，浙江 杭州 310000)

1 工程概况

甬台温高速公路复线温州灵昆—阁巷段工程起于温州市龙湾区，接甬台温高速公路复线温州黄华至灵昆段推荐线位终点，起点桩号K279+698，终点位于阁巷东，顺接甬台温高速公路复线温州瑞安至苍南(浙闽界)段工程起点，设阁巷枢纽(预留)连接温州绕西南高速公路终点，终点桩号K318+342，路线全长38.644 km。其中瓯江口跨海南大桥起讫桩号为K281+370～K287+075，设计路线全长5.705 km。大桥共设计9联98跨等截面连续箱梁，分别为：通航孔北3号～16号墩：1联(45+2×50)m，2联(5×50 m)。通航孔南21号～57号墩：6联(6×50 m)，均为双幅式桥梁。50 m，45 m跨径箱梁采用单箱、单室，斜腹板截面，梁高为2.5 m，箱梁悬臂长度均为8 m。箱梁顶板宽度为16.25 m，底板宽度为7.2 m，腹板厚度为50 cm，顶板厚30 cm，底板厚25 cm，横坡度为2%，最大纵坡0.75%，最小平曲线4 000 m，最大浇筑方量746 m3，约1 900 t。均采用移动模架逐孔浇筑的方法施工。现浇箱梁一般构造如图1，图2所示。

2 预压及监测方案

2.1 预压方案

移动模架主要由主梁、横梁、前鼻梁、后鼻梁、托架、前后推进小车，外模、中挂梁、后挂梁、前横梁及相关的安全设施构成。预压采用砂袋和铁块预压，模拟移动模架实际所承受的荷载，观察移动模架的受力变形以及承载的安全性，将变形数据与理论变形数据进行对比，以确定移动模架的预拱度值。预压荷载取箱梁自重与施工荷载之和的1.1倍，预压施工时采用分4级加载，荷载值分别为50%，75%，100%，110%。加载至75%，100%，110%后停止加载进行12 h的支架沉降、变位连续观测，在各分级荷载施加、观测完成且无异常情况方可进行下一级荷载的施加。全部加载完成后以12 h为一个观测单位进行连续观测，若连续2 d观测模架沉降、变位均小于1 mm 则模架沉降、弹性变形基本稳定,此时可以卸载。卸载以后，再次对测点进行观测，计算出弹性变形量和非弹性变形量。

2.2 模架主梁监测方案

挠度监测主要测试模架的竖向挠度和支点沉降。沿移动模架纵向共布置10个测量断面，分别位于模架50 m跨的5/8跨、L/4、跨中、8 m跨前端及对应横梁处。每一截面横向布置2个测点，分别位于模架两幅主梁的梁顶。

3 挠度值分析及预拱值确定

3.1 预压实测挠度值

仅统计模架主梁的实测数据，不同荷载等级预压时对应实测挠度值如表1，表2所示。

3.2 浇筑过程中实测挠度值

仅统计模架主梁的实测数据，浇筑过程中及浇筑完成后实测挠度值如表3,表4所示。

从表1～表4看出，移动模架主梁在预压、浇筑后在同一荷载阶段挠度值存在较大偏差，偏差主要表现为预压时主梁前后牛腿之间的挠度值明显大于浇筑混凝土后的挠度值，同时前支点到前端混凝土浇筑时的上挠值明显小于预压时的上挠值，偏差比值20%～25%之间。主梁左侧预压(100%)、浇筑完成后挠度曲线如图3所示，主梁右侧预压(100%)、浇筑完成后挠度曲线如图4所示。

3.3 不同阶段主梁应力统计分析

挠度监测的同时监测梁体应力，应力监测内容包括移动模架主梁弯曲应力、剪应力以及底横梁轴向应力。沿移动模架主梁纵向共布置3个应力监测断面，分别位于主梁的前支点、3L/4和跨中，其中支点截面监测主梁腹板的剪应力、3L/4和跨中截面监测主梁的纵向应力。主梁应力监测采用基康表面式BGK-4000型应变计，同时采用基于GPRS无线数据传输系统进行应力数据自动采集，实现对传感器的有效管理和数据快速采集。同时该系统可最大程度地降低测试时间，可在不利应力状态时对荷载试验进行及时预警。

表1 预压时左侧主梁实测挠度值

表2 预压时右侧主梁实测挠度值

表3 浇筑后左侧主梁实测挠度值

表4 浇筑后右侧主梁实测挠度值

预压、混凝土浇筑完成后应力监测结果与挠度值测量结果基本相符，预压过程中主梁等各点的应力值明显大于混凝土浇筑后主梁应力值，偏差比值约15%。主梁各监测点在预压、混凝土浇筑完成后应力数值统计如表5所示。

3.4 偏差原因分析及预拱值确定方法

移动模架在预压(100%)、浇筑两个不同施工阶段的挠度值与应力存在较大偏差原因主要如下：

1)荷载分布存在差异，预压不能完全模拟实际的荷载分布，导致模架在跨中的堆载有超过实际荷载的情况发生；

2)预压时前后牛腿属于剪支状态，预压时，模架在支点处不但有弹性压缩变形，还存在向跨中位移的趋势，同时模架前端上翘，整个变形过程无任何约束；

3)混凝土浇筑时，一般从墩顶横梁先浇筑，然后依次分层浇筑直至浇筑完成。前头腿对应墩顶横梁浇筑过程中，混凝土会逐渐产生强度。混凝土达到一定强度时，相当于给模架施加了刚性约束，约束模架变形。而且底板及腹板混凝土浇筑完成后，整个箱梁底板混凝土已经产生强度，继续浇筑剩余混凝土时，底板与模架共同承受荷载，这个过程导致模架跨中挠度减少；

4)模架前端混凝土浇筑过程时，底板混凝土产生强度后，约束了模架前端主梁上翘的趋势，导致模架预压与浇筑时模架前端挠度值差异。

表5 预压及浇筑后主梁实测应力值统计表

因此模架预压结果不能完全作为模架最终起拱参考值，而是要适当优化，优化主要考虑混凝土缓凝时间、浇筑速度、模架设计的安全系数等因素，模架实际预拱值确定方法如下：

1)预压时，测量移动模架的同时监测模架应力值，同时与厂家理论值进行比较，若实测数值小于理论值时，建议按实测挠度值折减20%作为模架预拱值；

2)直接采用预压实测值作为第一跨现浇箱梁预拱值，待浇筑第一跨后根据比例再调整；

3)以上两种方法在施工过程中桥梁都不能达到设计理论线型时，建议浇筑过程中采取逐跨修正，直到达到理论线型值。

4 结语

移动模架是一种先进的造桥设备，成功应用在国内很多项目。但是移动模架的制造缺乏相关的标准，导致模架本身存在一定的安全风险，特别是一些细部构件，极易因设计缺陷、制造缺陷或其他外界因素的影响导致安全事故的发生。移动模架的安全事故基本都出现在拼装、预压、行走三个过程，国内还没有出现浇筑过程中产生安全事故的先例。主要原因就是混凝土浇筑过程中，已浇筑混凝土承担了部分后续荷载，间接提高了模架的安全储备系数。因此移动模架施工时建议按照如下要求执行：

1)模架设计严格按照起重机设计规范执行，取足够的安全系数；

2)拼装过程中，严格按照厂家操作手册及安全专项方案执行；

3)预压时，尽可能模拟实际的荷载分布，预压材料可以采用定型铁块，便于采集真实数据，确定模架的弹性变形值，消除非弹性变形；

4)移动模架建议按照理论值的105%进行预压，减少预压时的安全风险；

5)移动模架使用过程中，随机监测模架的变形值，防止模架疲劳发生不可逆的变形，随时调整预拱值，保证桥梁线型。