悬臂施工刚构桥0#块托架反力预压装置设计与应用

為提高连续梁桥0#块施工支架预压的效率与可靠性，特设计反力预压装置代替传统预压方式，文章介绍了该装置的设计原理及结构构造，并通过实例进行了反拉力、精轧螺纹钢预埋等主要计算及结构的模拟分析，数值模拟结果与现场加载结果比较吻合。

桥梁悬臂施工; 反力预压装置; 设计; 应用

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[定稿日期]2021-06-22

[作者简介]沈真欣（1992～），男，本科，研究方向为水利水电工程。

悬臂浇筑法是目前混凝土连续梁（或刚构）桥的主要施工方法[1]，托架（或支架）是为连续梁（刚构）桥主梁0#块施工而设计的临时支撑结构，必须具有足够的强度和刚度，并形成空间稳定的整体[2]。在主梁施工之前对托架（或支架）进行预压试验，目的是检测其关键部位受力指标，并消除其非弹性变形，用于指导施工控制和后期施工[3]。

目前常采用的支架（或托架）预压方法主要有重物堆载法[4]、水箱加载法[5]、预应力钢筋反力预压法[6]。这三种方法的特点为：①重物堆载法：成本高、受天气影响大、准备工作多、施工速度慢;②水箱加载法：利用水的重量成本低、施工速度相对较快，但加载过程中若出现渗漏容易对支架结构造成锈蚀;③预应力钢筋反力预压法：受力比较明确、加载速度相对较快、加载过程容易控制、几乎不受外界环境影响。相比较而言，预应力钢筋反力预压法不用投入大量物资和设备、施工速度快，可大大缩短支架预压时间，提前进行连续梁施工时间，提高项目经济效益和工期效益。

为有效缩短南沿江高铁连续梁桥0#块施工预压周期，降低施工成本，设计了一种进行0#块支架预压的反力预压装置，进行了关键环节的计算并利用Abaqus软件建立了反力预压装置的有限元模型并进行了静力有限元分析，计算结果与现场实际加载情况作了对比分析。

2 反力预压装置的原理和构造

反力预压装置采用千斤顶张拉精轧螺纹钢（采用PSB830型号）对支架预压的方式进行，该反力预压装置利用精轧螺纹钢或预应力钢筋传力，千斤顶施加荷载，通过反力梁将荷载传给0#块施工支架，达到模拟预压重的目的。反力预压装置如图1所示。

如图1所示，反力式预压装置横桥向每排4处，纵桥向距主墩中心线两侧各设置l排，共布置16处。

（1）下部装置：精轧螺纹钢采用32 mm，承台施工时预埋，预埋深度1.0 m，并在其底部焊接600 mm×600 mm×20 mm钢板及150 mm×150 mm×20 mm的小垫板，中心处预留50 mm的圆孔，用大螺母将精轧螺纹钢筋与钢垫板拧紧，钢垫板上部设置4层方形钢筋网片，钢筋直径10 mm，间距50 mm。

（2）中部装置：中部采用两根双拼HM588 H钢，在精轧螺纹钢对应位置设置50 mm圆孔，精轧螺纹钢端部先放置150 mm×150 mm×20 mm垫板，并用双螺母拧紧，两片双拼HM588 H钢之间设置千斤顶。

（3）上部装置：若精轧螺纹钢长度不够，可通过连接套筒接长并预留足够张拉长度，每排4根精轧螺纹钢穿过支架上部加设的双拼I36工字钢，并在其上焊接楔形块，使双拼I36工字钢保持水平状态，楔形块及双拼I36工字钢在精轧螺纹钢位置预留50 mm的圆孔，精轧螺纹钢从对应位置的楔形块及双拼I36工字钢圆孔中穿出，并设置双拼I18工字钢长度280 mm的小垫梁和150 mm×150 mm×20 mm的钢垫板，之后采用双螺母固定。

3 工程实例

3.1 工程概况

南沿江高铁5标段1297号到1230号墩跨夏城路100 m连续梁桥，0#块重量325.805 t，采用支架法进行施工，支架示意如图2所示。对该支架应用反力预压装置，需要进行反拉力计算、精轧螺纹钢预埋验算及结构受力模拟。

3.2 反拉力计算

该桥0#块单侧悬臂段总重325.805 t，单侧悬臂段模板与活载等荷载为62.22 t，按通桥GB/T 51234-2017《城市轨道交通桥梁设计规范》规定，预压力取：

max[1.3×325.805，1.1×（325.805+62.22）]

=max（423.55，426.83）=426.83 t

沿横桥向每排精轧螺纹钢筋总预加力计算值为426.83 t，16个测点同时张拉精轧螺纹钢筋，需要4个千斤顶，每个千斤顶顶推力为426.83 t。

故横桥向每排精轧螺纹钢筋需张拉力为：

4268.32=2134.1 kN

每根精轧螺纹钢筋所受拉力为：

2134.14=533.5 kN。

3.3 精轧螺纹钢筋底部预埋主要计算

预埋精轧螺纹钢筋每根受力为533.5 kN，进行抗拉与局部承压两项验算。

精轧螺纹钢应力验算：

σ=533.5×103804.2=663.4MPa<882MPa，满足

局部承压力验算：

As1 =pd214×10×10/4 = 78.54 mm2

As2 = pd224×10×10/4 = 78.54 mm2

Acor = L1×L2 = 200mm×200 mm

= 40000 mm2 < Ab = 3240000.00 mm2

取Acor=40000.00 mm2

rv =n1As1l1+n2As2l2AcorS

=26×78.54×200+26×78.54×20040000.00×50=0.408

bcor =AcorA1=40000.00360000.00=0.33

a = 1.00

Fl =533.5 kN< 0.9（bcblfc + 2arvbcorfyv）Aln

= 0.9× （1.00×3.00×19.10 + 2×1.00

×0.408×0.33×270.00） ×360000.00

= 42383.50 kN，

局部受压承载力符合规范要求。

3.4 反力预压装置结构模拟计算

采用ABAQUS进行建模，工字钢、垫板、精轧螺纹钢、螺栓均采用实体单元，接触单元设置多重，其中精轧螺纹钢与工字钢的圆孔摩擦的法向摩擦设置为硬接触，接触力学行为之切向行为选择罚摩擦，静摩擦系数为0.1，动摩擦系数为0.06。计算模型如图3所示。

在120 %级荷载作用下，装置的变形如图4所示。

由图4可见，反力预压装置双拼HM588 H钢（上）的最大变形为38.46 mm，双拼HM588 H钢（下）的最大变形为64.91 mm。现场加载时，反力预压装置双拼HM588 H钢（上）的最大变形为38.39 mm，双拼HM588 H钢（下）的最大变形为64.80 mm，相差分别为0.18 %与0.17 %，比较吻合。

4 结论

实践证明，此反力预压装置在使用过程中，优质高效地完成了支架的预压任务，实测变形与数值模拟结果十分吻合，不仅大大地节约了工期、加快了施工进度、而且降低了施工成本，取得了良好的经济和社会效益，具有很好的推广运用价值。

参考文献

[1] 孟庆斌， 王明慧， 张桥， 等. 悬臂浇筑连续梁墩梁临时固结及计算分析研究[J]. 铁道工程学报， 2021，38（1）： 72-75.

[2] 楊美良， 李振华， 钟扬， 等. 混凝土箱梁桥0～#1～#块施工托架安全性分析[J]. 长安大学学报：自然科学版， 2014，34（1）： 64-69.

[3] 胡春广. 反力预压在大跨度连续梁0#块托架中的应用[J]. 城市道桥与防洪， 2018（5）： 214-217.

[4] 张清川. 连续梁桥挂篮反力预压设计与结构受力分析[J]. 铁道建筑， 2019，59（10）： 45-49.

[5] 田启军，刘玉兰，谭子云. 岳阳洞庭湖大桥主梁挂篮设计与试压[J]. 中外公路， 2002（5）： 77-79.

[6] 傅彬， 唐小兵， 张门哲， 等. 斜拉桥前支点挂篮施工预压方法探讨[J]. 交通科技， 2008（3）： 29-31.

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