中铁十二局集团第一工程有限公司
摘要：挂篮预压是连续梁（刚构）桥悬臂浇筑法施工中不可缺少的重要环节，这一环节不仅是对挂篮的承载能力及安全可靠性的检验，而且影响着桥梁的施工质量。传统的堆载方式不仅耗时耗力，而且具有一定的安全隐患。三角架挂篮对顶预压技术与传统堆载方式相比具有诸多优势，为了对该技术进一步进行研究，本文以工程实例与数值模拟相结合的方式进行研究，得出了运用有限元软件midas能够很好模拟该结构的预压过程；三角架挂篮对顶预压技术具有良好的施工便捷性，且预压结果安全可靠。
关键词：连续刚构桥；三角挂架篮；预压；有限元
1工程概况
某公路大桥采用三跨连续刚构体系（主梁为72m＋130m＋72m预应力混凝土结构连续刚构），全桥分左右两幅，主梁采用单箱单室、纵向、竖向和横向预应力混凝土箱型断面结构。主桥0＃块件长10米；1#-8#节段长3.5m，9#-15#节段长4.4m；16#节段2.4m为边跨合龙段，17#节段2.4m为中跨合龙段，18#节段5.7m为边跨现浇段，中跨合拢段设横隔板；箱梁顶宽12.25米，底宽7米，箱梁两侧翼缘长2.625米，两横隔板间顶板厚0.30米，箱梁底板厚1.0 -0.3米渐变，腹板厚0.7-0.5米渐变。
根据施工设计图要求，除两边跨各有一段支架现浇段及0#块件、主桥合龙段外，其余块件采用挂篮悬浇的方式施工。根据桥梁箱形断面形式，本桥主梁采用三角斜拉式挂篮悬浇的方式施工。
三角架挂篮主梁长度为10.6m，采用型号为Q235B的2I45b拼焊而成；立柱长度为3.6m，采用型号为Q235B的0.36M×0.34m箱型截面，各翼缘板的厚度为11mm和16mm；斜拉带度为5.8m，采用型号为Q345B的0.04m×0.16m矩形截面制作；
2挂篮预压施工方案
为了了解挂篮的承载能力及安全可靠性、消除挂篮的非弹性变形、了解挂篮的弹性变形数据、为主梁悬浇段（1～15#块件）立模标高及施工预抬值的确定提供可靠的参考数据和确保主梁成桥线型顺畅对三角架挂篮进行预压[1]。
2.1挂篮预压试载
预压按分级（共6级）加载方式进行，加载顺序：20%→40%→60%→80%→100%（1132.2kN）→120%，分级加载持荷时间为2小时，全部加载完成后，持荷时间为12小时，卸荷顺序与加载顺序相反。
挂篮各构件拼装呈整体后，按照施工要求，进行挂篮预压。主要收集主纵梁前段变形、前上横梁、前下横梁变形情况及后锚是否稳定。挂篮实际受力图如图1所示，其中P为总荷载，为挂篮前吊杆承受的合力，为挂篮后吊杆所承受的合力。计算简图如图2所示，其中图a为单个三角挂篮实际受力简图，图中T代表挂篮前端所受拉力大小，R1为支反力，R2为后锚拉力，引起挂篮弹性变形的荷载主要是T。图b为单个三角挂篮顶推受力简图，图中R为顶推力，图3为三角挂篮对顶受力简图。
图1 挂篮实际受力图
工况一：1号节段砼浇筑。
计算总荷载：P=挂篮自重+1#梁段砼重量+施工人员、材料、机具等荷载=750+1961.4+50=2761.4kN
由挂篮结构形式知：前后吊杆中，挂篮的前吊杆是挂篮受力效应的主要传递途径，那么根据图示知：对后锚处的O点取矩，则
kN
根据荷载等效原理[2]，计算单个三挂篮前端拉力T=/2=566.1kN
则对顶的顶推力R=2T=1132.2kN。
图4 挂篮加载示意图
挂篮预压测试步骤如下：
①挂篮安装完成后，拟采用现场的材料进行加载试验，以验证挂篮安全度和可靠性，试验采集各加载阶段时挂篮挠度，分解出挂篮前吊结构的弹性和非弹性变形，与计算值相比较，并为施工挠度控制提供依据，保障施工梁段线形顺适。
②对挂篮的两端分别用三组ф32精轧螺纹钢锚杆进行锚固，在挂篮立柱支点位置安装250T千斤顶，根据1#块荷载计算的挂篮前支点反力，对挂篮进行加载试验。
③挂篮测试工作分阶段进行，按计算荷载时的20%、40%、60%、80%、100%、120%进行加载，并收集相关数据。
④分级卸载，并记录相关数据。
2.3挂篮预压测量布置
挂篮在使用前，要求采用外力加载法对挂篮进行试压，试压的目的是消除挂篮的非弹性变形和实测弹性变形值，对数据进行线性回归分析，推算出各梁段的竖向变形值，为悬臂浇筑时设置预拱度提供依据。同时检查挂篮的加工质量，确保挂篮在使用过程中的安全。
（1）测量点位的布置
根据预压方案及示意图，预压观测点分为3个点，两端各布置一个点，中间立柱位置布置一个点，如图所示：
图.5 测点布置图
（2）数据采集
挂篮加载过程，按分级加载荷载次数对以上3个点进行控制观测，其挠度观测结果进行记录，以供分析使用，测试挂篮主桁架及后锚的受力及过程数据收集。
3理论计算结果
通过midas软件建造三角挂篮计算对顶模型[3]，两端边界条件采用铰接，荷载采用计算荷载1.2倍，根据荷载等效原理，预先计算出主纵梁前端的挠度值。
通过三角挂篮对顶预压后可得，在计算荷载时的120%时，得到最大位移为8mm，而由图7可得有限元模拟在该荷载作用下得到最大组合位移为8.2mm，位于千斤顶作用位置。由图6可得在最大荷载作用下，有限元模型所受最大组合拉应力为154.92MPa<210MPa，位于斜拉带部位；最大组合压应力为137.862MPa<145MPa，位于节点约束部位。由位移测试结果与模拟计算结果对比可知，测试结果低于模拟计算结果位移，且结果相差不大，表明三角挂篮对顶预压能够用有限元模型进行模拟，结果变形处于安全可按状态。由应力模拟计算结果可知，在最荷载作用下，各杆件所受应力均在容许应力范围，表明结构安全可靠。
图.7 理论加载计算结果（位移计算）
4结论
本文以某公路三跨连续刚构桥为工程背景，对悬臂浇筑施工方式的三角架挂篮对顶预压技术进行了研究，通过采用工程实例与数值模拟相结合的方式进行研究，得出的结论如下：
（1）通过三角架挂篮对顶预压的实施，得到该技术优于传统的堆载预压方式，该技术不仅可以在地面进行预压，而且达到省时省力的良好效果。
（2）采用有限元软件midas能够很好模拟该结构的预压过程，且计算结果精度满足施工要求。
（3）通过对该桥采用三角架挂篮对顶预压技术，得到了施工过程中所需的重要数据，为后面施工提供重要参考，得到的预压结果安全可靠。
参考文献：
[1]刘柏生，沈海复. 线高速公路福建莆田段湖洋1~#大桥挂篮反力三角架预压技术[J]. 黑龙江交通科技，2014（7）：96-96.
[2]驭球，包世华. 结构力学教程.Ⅱ[M]. 高等教育出版社，2002.
[3]吴永盛，谢云. Midas/Civil软件在临时结构计算的运用[J]. 福建建筑，2012（4）：76-77.
论文作者:蒋礼勇
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/10
标签：挂篮论文; 预压论文; 荷载论文; 加载论文; 挠度论文; 方式论文; 吊杆论文; 《防护工程》2018年第16期论文;