山區(qū)高墩掛籃O#塊托架等效預(yù)壓反力架的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

摘要：本文介紹了山區(qū)掛籃O#塊托架的預(yù)壓反力架的設(shè)計(jì)依據(jù)以及應(yīng)用的效果，相對(duì)傳統(tǒng)預(yù)壓工藝有一定的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：掛籃；預(yù)壓；反力架

1.前言

連續(xù)剛構(gòu)橋梁的O#塊部位通常會(huì)采用托架現(xiàn)澆的施工工藝，鑒于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與重要性，連續(xù)剛構(gòu)的O#塊通常是一座大橋的施工重點(diǎn)與難點(diǎn)項(xiàng)目之一，隨著我國施工標(biāo)準(zhǔn)化的逐步完善，O#塊托架的預(yù)壓也成為一項(xiàng)不可缺少的工作內(nèi)容。而我國幅員遼闊，山區(qū)高速公路工程由于經(jīng)常需要跨越溝壑、河流等障礙，施工中經(jīng)常會(huì)遇到高度較高的O#塊施工，這時(shí)候傳統(tǒng)的沙袋等預(yù)壓工藝就明顯不具備優(yōu)勢(shì)，不僅施工工期長、而且高空預(yù)壓也不夠安全。采用反力架施工工藝進(jìn)行等效預(yù)壓不僅能夠滿足施工預(yù)壓要求，而且更能夠模擬實(shí)際情況，預(yù)壓效果良好。

2.工程概況

下馬嶺特大橋位于福建省寧德市山區(qū)，墩高有79m之高，主橋?yàn)橹骺?55m的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋，共設(shè)置有縱、橫、豎三向預(yù)應(yīng)力，T構(gòu)O#塊高度達(dá)到9.5m，墩身縱橋向各懸臂3m。

T構(gòu)O#塊施工托架采用鋼結(jié)構(gòu)三角托架，分為主托架與翼緣板側(cè)托架兩部分組成，其中主托架高度為5m，長6m，由I40b、I36b和I32b工字鋼焊接而成，側(cè)托架長與高均為3m，由I36b與I32b工字鋼焊接而成。

由于墩身高達(dá)79m，而且山區(qū)條件地形受限，因此本工程選擇采用反力架千斤頂進(jìn)行預(yù)壓施工，反力架利用現(xiàn)有側(cè)托架加工而成，墩身相應(yīng)位置需要提前設(shè)置預(yù)埋件。

3.預(yù)壓反力架設(shè)計(jì)與計(jì)算

3.1反力架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

預(yù)壓反力架采用現(xiàn)有側(cè)托架進(jìn)行組合而成，縱橋向反力架對(duì)應(yīng)三角主托架共設(shè)置三組，一組有兩片，通過同等規(guī)格的型鋼進(jìn)行滿焊連接。反力架根部相應(yīng)的位置設(shè)置有豎向抗拔精軋螺紋鋼筋，預(yù)埋深度通過千斤頂?shù)捻斏泶_定。反力架結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1 反力架示意圖

3.2頂升力確定

由于混凝土自重荷載為均布荷載，而采用千斤頂則受力情況變?yōu)榧辛奢d，因此為了達(dá)到混凝土的自重均布荷載產(chǎn)生的變形效果，即均布力與集中力，千斤頂?shù)募辛?shù)值需要根據(jù)計(jì)算進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

預(yù)壓工序主要是為了消除支架結(jié)構(gòu)的非彈性變形以及計(jì)算出彈性變形值，因此，按照O#塊混凝土自重乘以相應(yīng)系數(shù)后計(jì)算出均布荷載施加于三角托架上，利用Midas Civil空間有限元計(jì)算軟件對(duì)均布力產(chǎn)生的撓度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果如下圖：

圖2 三角托架均布力撓度受力圖

如圖2可知三角托架最大撓度為6.2mm，由于千斤頂施加的為集中力，因此為了達(dá)到預(yù)壓的效果，經(jīng)過反算得知當(dāng)千斤頂施加772KN時(shí)集中力產(chǎn)生的撓度與混凝土均布力產(chǎn)生的撓度相當(dāng)，受力分析圖如下：

圖3 三角托架集中力撓度受力圖

如圖3可知當(dāng)千斤頂集中力為772KN時(shí)，三角托架的變形情況與混凝土澆筑的變形情況基本上能夠吻合，能夠比較好的模擬施工中的實(shí)際情況。

3.3應(yīng)力與變形計(jì)算

利用Midas Civil軟件對(duì)反力架進(jìn)行模擬加載，計(jì)算結(jié)果如圖：

圖4 反力架綜合應(yīng)力圖

圖5 反力架受力撓度圖

如圖4可知反力架加載后綜合應(yīng)力最大值為176Mpa，滿足規(guī)范要求；如圖5可知反力架的最大撓度值為7.9mm。

4.等效預(yù)壓施工技術(shù)

4.1反力架預(yù)壓步驟

首先按照設(shè)計(jì)圖紙加工并安裝好托架及反力架，確保托架牛腿以及預(yù)埋精軋螺紋鋼等預(yù)埋件位置準(zhǔn)確，支架施工完成后對(duì)標(biāo)高等指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)收，然后安裝預(yù)壓千斤頂。智能預(yù)壓千斤頂一共兩個(gè)，一組托架的縱橋向每側(cè)放置一個(gè)，一共三組托架橫橋向分別進(jìn)行預(yù)壓。千斤頂預(yù)壓共分為五級(jí)，由于施加的頂升力已經(jīng)包括了安全系數(shù)，所以分級(jí)加載分別為20%、40%、60%、80%、100%。當(dāng)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的24h平均沉降量小于1mm或者72h的平均沉降量小于5mm，則認(rèn)為預(yù)壓完成。卸載采用一次卸載的方法，要均衡、對(duì)稱、同步的進(jìn)行。

4.2監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

每一片三角托架與反力架設(shè)置一個(gè)沉降值觀測(cè)點(diǎn)，總共設(shè)置有12個(gè)沉降值觀測(cè)點(diǎn)，具體布置位置如圖圓圈所示：

圖6 預(yù)壓觀測(cè)點(diǎn)布置圖

沉降值觀測(cè)點(diǎn)要能夠滿足數(shù)據(jù)收集的需要，而且要便于實(shí)時(shí)觀測(cè)，同時(shí)注意施工安全性。

4.2等效預(yù)壓施工

反力架預(yù)壓采用智能千斤頂同步等效預(yù)壓，每一組托架共分為五級(jí)預(yù)壓，每級(jí)加載完成后對(duì)變形值進(jìn)行量測(cè)，沉降量平均值小于2mm時(shí)進(jìn)行下一級(jí)的加載。經(jīng)過實(shí)時(shí)的觀測(cè)，五級(jí)預(yù)壓的換算后平均沉降值分別為：中跨側(cè)：1.5mm，2.4mm，4.0mm，5.3mm，5.8mm，邊跨側(cè)：1.1mm，2.1mm，3.3mm，4.9mm，5.6mm，非彈性變形分別為1.2mm與1.8mm。

5.結(jié)論

通過Midas Civil計(jì)算所得的沉降值為6.2mm，實(shí)際加載后產(chǎn)生的相應(yīng)位置的撓度分別為5.6mm與5.8mm，基本與計(jì)算結(jié)果相一致，通過反力架預(yù)壓消除了支架結(jié)構(gòu)的非彈性變形，并且當(dāng)O#塊施工時(shí)可以根據(jù)計(jì)算得出的彈性變形進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)拋高調(diào)整。

實(shí)踐證明，本橋托架采用千斤頂預(yù)壓效果顯著，從托架的安裝到預(yù)壓結(jié)束拆除預(yù)壓材料、設(shè)備，施工總工期僅為1天，預(yù)壓過程沒有發(fā)生任何異?，F(xiàn)象。本工程施工過程中觀測(cè)記錄的測(cè)量控制點(diǎn)標(biāo)高與計(jì)算的理論標(biāo)高基本相吻合，達(dá)到了理想狀態(tài)。綜上所述，反力架預(yù)壓施工能夠很好的達(dá)到預(yù)壓效果，特別是高度較高的橋梁工程綜合經(jīng)濟(jì)性效果顯著，可以為同類型橋梁進(jìn)行借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50017-2003

[2] 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》JTG/T F50-2011

作者簡(jiǎn)介

王殿會(huì) 男 1980.03 本科 工程師 中交一公局廈門工程有限公司

郝欣欣 女 1981.10 本科 工程師 中交一公局廈門工程有限公司