总第２６３期 交通科技 Ｓｅｒｉａ１ Ｎｏ．２６３ ２Ｏ１４年第２期 Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｎｏ．２ Ａｐｒ．２０１４ 大跨度桥梁悬臂施工挂篮预压试验加载方法研究 罗力军 付 军 余 昆 （１．中铁大桥局集团武汉桥梁科学研究院有限公司 武汉４３００３４； ２．武汉理工大学交通学院 武汉４３００６３） 摘 要 挂篮是目前大跨径预应力｝昆凝土连续刚构桥和连续梁桥在悬臂浇注施工时主要采用的 施工设备，挂篮的预压试验是桥梁悬臂施工阶段施工控制的一项重要内容。通过对挂篮预压试验 ３种加载方法的介绍、研究和对比，总结出各种加载方法的优缺点，并结合某悬臂施工大桥工程实 例，根据现场实际情况利用反力架、通过千斤顶进行挂篮预压试验的方法。实践证明该试验加载 方法具有操作简单、成本低、安全性高、适用范围广等优点。 关键词 挂篮预压 加载方法 反力架 目前在大、中跨径桥梁施工中大多采用预应 １预压试验加载方法 力混凝土结构，其梁截面一般为单箱单室或单箱 悬臂施工挂篮预压试验加载方法按照荷载作 多室结构，通过挂篮易于进行悬臂现浇施工，具有 用方式和试验场地可分为：地面集中力加载、桥面 跨度大、施工简单、施工周期短等特点。在悬臂施 均布力加载和桥面集中力加载。 工过程中，挂篮承受了施工设备和新浇节段混凝 １．１地面集中力加载 土的全部重量，其承载能力的大小和弹性变形量 地面集中力加载方法一般常用于三角挂篮和 直接关系到施工的安全性和结构线形的控制。为 菱形挂篮主桁地面预压试验 ］。因工程现场特殊 了检验挂篮的质量是否满足设计要求，寻找薄弱 情况为达到挂篮预压试验要求和预压效果，仅将 环节以便加固，消除挂篮结构的非弹性变形，获取 拼装好的挂篮主桁系统在地面利用千斤顶和精轧 挂篮在各级压重工况下的实际变形参数为挂篮施 螺纹钢或钢绞线等张拉机具，运用应力张拉原理 工和线性控制提供可靠数据，保证施工质量和安 进行分级加载以达到预压效果。该方法在地面拼 全，一般都需对挂篮进行设计荷载下的预压 装主桁系统，并采用千斤顶对接进行预压试验，操 试验 ］。 作简单安全、节省工期、节约预压试验成本，且可 收稿口期：２０１４ ０１ ｌＯ 择和灌浆方法，使支座底座承压面与灌浆料全面 ４ 结语 密切接触。 （１）支座是桥梁上部结构与下部结构连接的 参考文献 关键点，其安装质量直接决定支座的使用寿命和 桥梁上部结构的安全度。 ［１］ＧＢ ２０６８８．２—２００６桥梁隔震橡胶支座Ｅｓ］．北京：人 （２）本桥采用特制动力装置施加外力克服支 民交通出版社，２００６． 座内力完成预偏量。实际施工中，应根据预偏量 ［２］ＧＢ／Ｔ３２７４—２００７碳素结构钢和低合金结构钢热轧 的大小和支座材料力学性能进行动力装置设计。 厚钢板和钢带Ｉ－ｓ］．北京：中国标准出版社，２００７． （３）支座安装质量控制的关键点在于填充料 ［３］ＧＢ／Ｔ４６９—２００５铅锭Ｉｓ］．北京：中国标准出版社， ２ＯＯ５． 的密实度，特别是大型支座安装时，底座承压面与 ［４］ＨＧ／Ｔ２５０２—１９９３ ５２０１硅脂ｒ－ｓ］．北京：化学工业出 填充料间易产生气泡或局部空洞，导致支座底座 版社，１９９３． 承压面不均匀受力，影响其使用寿命和结构安全。 ［５］ＪＴＧ／Ｔ Ｆ５０—２０１１公路桥涵施工技术规范［ｓ］．北 支座安装前建议通过试验来论证灌浆料的类别选 京：人民交通出版社，２０１１． 罗力军等：大跨度桥梁悬臂施工挂篮预压试验加载方法研究 ２ｏ１４年第２期 以满足验证挂篮主桁系统承载能力，获得预压加 好预应力钢绞线，埋在承台内的钢束采用Ｐ锚， 将Ｐ锚固定承台底层钢筋上．并按照预应力要求 安装锚下钢筋；预埋的钢绞线数量町根据要施加 的荷载确定，等０号块施工完成，挂篮拼装完成 后，将主桁前横梁吊杆与预埋的钢绞线相连，用千 斤顶逐级施加荷载；并记录加载时挂篮的变形情 况，测出挂篮的弹性变形和非弹性变形，并推定弹 载过程中挂篮主桁系统变形，通过程序辅助计算 可以推算得到挂篮变形值。但仅对主桁杆件在地 面进行了加载试验，没有考虑挂篮其他构件，在施 工中还需要在桥面上重新拼装。因此，试验预压 不能完全消除挂篮系统的非弹性变形，得到的主 桁杆件弹性变形值也只是挂篮系统中主桁部分的 变形值，试验中仅对主桁杆件承载能力进行了验 证，总体试验效果较差，一般较少使用。 １．２桥面均布力加载 变规律回归方程 ］。该方法可以体现挂篮的整体 受力情况，可以消除悬浇前挂篮的非弹性变形，施 工方法简单，试验过程快速，试验数据准确，但不 适用于承台不外露或墩身特别高的条件下预压挂 篮。此方法在挂篮预压试验中经常采用。 １．３．３ 反力架法 桥面均布力加载方法在桥面安装挂篮完成 后，在预压试验中，通过堆积重物实现均布荷载。 重物可为沙袋或预制的混凝土块，称重后直接布 置在模板上 ］。该方法中均布荷载可模拟实际截 面上混凝土重量的分布来对挂篮进行加载，基本 反力架法是在腹板上安装反力架伸至底篮前 横梁上，由于三角是最简单、稳固的结构，所以反 力架的形式通常为三角型。在底篮前横梁与反力 架之间放置千斤顶逐级施加荷载，并记录加载时 与施工现场情况相一致，可以体现挂篮的整体受 力情况，消除悬浇前挂篮的非弹性变形，施工方法 简单。但由于堆积重物搬运工作量大，试验准备 时间较长，试验中加载卸载周期很长，荷载计量不 精确，试验过程中存在一定的风险性。一般多适 挂篮的变形情况，见图ｌ。该方法可以体现挂篮 的整体受力情况，可以消除悬浇前挂篮的非弹性 变形，施工过程简单，反力架可以用Ｏ号块托架改 用于墩高较矮，方便起吊重物，试验总荷载较小的 挂篮预压试验中。 １．３桥面集中力加载 挂篮预压试验桥面集中力加载方法是在桥面 制和重复利用，试验过程快速，试验数据准确，但 反力架的制作安装稍显复杂。此方法在挂篮预压 中常采用［６］。 安装完挂篮系统后通过悬吊重物、张拉钢绞线或 顶推反力架模拟集中力对挂篮预压。 １．３．１悬吊重物 悬吊重物方法一般在前吊点下吊装沙袋、水 箱等重物实现。该方法较简单，能体现挂篮的整 体受力情况，可以消除悬浇前挂篮的非弹性变形。 但该方法悬吊重物的准备时间长，且悬吊处对强 度要求较高，易失稳或在局部焊接位置出现危险 情况。一般多适用于墩高较矮，方便起吊重物，试 验总荷载较小的挂篮预压试验中。 图１ 挂篮钢反力架法预压求意图 １．３．２钢绞线张拉法 钢绞线张拉法需要在承台施工期间提前预埋 加载方法 地面集中力加载 无要求 前期准备及场地要求 挂篮预压试验各种加载方法优缺点比较 见表ｌ。 特殊要求 无 试验时间 成本投入 试验效果 较短 较长 较长 较短 较短 较小 较大 较大 较小 较小 差 表１ 挂篮预压试验加载方法优缺点比较 桥面均布力加载 要蓁蓑 物和加载机械设备准备，场地 墩较矮，总荷载值较小 桥面 悬吊重物法 要蓁蓑 物和加载机械设备准备’场地 墩较矮，总荷载值较小 钢 璧张拉法 提 要 绞线 反力架法 反力架制作及安装 墩不能太高 无 好 好 好 好 罗力军等：大跨度桥梁悬臂施工挂篮预压试验加载方法研究 ２反力架法预压试验 乌江特大桥主桥为５跨预应力混凝土连续刚 构桥，跨径布住为１０８ ｍ＋２００ ｍ×３＋１０８ ｒｎ，主 墩墩高最高为１４５ ｒｎ。现场实际施工中挂篮有菱 形和三角形２种形式，部分主墩承台位于水面下， 因此在承台【 没有提前预埋钢绞线，且墩高有 １４５ ｍ，预压试验总荷载值为２９７４．６ ｋＮ。在综合 比较了以上几种挂篮预压方法后，选取了三角反 力架加载方法对挂篮进行预压试验。 ２．１反力架安装特点 先在腹板混凝土中预埋同等截面的型钢。位 置、角度与没计一致。反力架预先加工完毕。现 场将反力架和预埋型钢焊接。焊缝要达到设计 要求。 ２．２加载方法 试验前对挂篮和反力架进行结构验算，确保 挂篮和反力架满足设计要求；得到各工况下的变 形值。试验取最重块段１Ｏ号块计算，考虑安全系 数１．２，挂篮试验的总荷载值为２ ９７４．６ ｋＮ，采用 ４台１ ５００ ｋＮ千斤顶同步加载。试验荷载逐级 施加，分别为试验荷载Ｐ的０．０，０．２，０．４，０．６， ０．８，１．０，１．１，１．２，０．５，０．０。每台千斤顶都按各 自的试验最大荷载值乘以比例系数实施加载，每级 加载时问约３～５ ｒａｉｎ，持荷时间３０ ｒａｉｎ，以测点变 形数据趋于稳定为原则，整个试验过程约６ ｈ。 ２．３测试内容及结果 ２．３．１测试内容 挂篮前上横梁布置３个变形测点（上横梁中 心处，两侧吊点处），前下横梁布置３个变形测点 （上横梁中心处，两侧吊点处），２个后锚点变形 测点 。 ２．３．２测试结果 预压试验实测数据见图２。 ＼ｉ 制 图２挂篮预压试验结果 所测出的挂篮的变形值已扣除了后锚上翘 值，为挂篮弹性及非弹性变形值的总和。从实测 数据看，实测值为一２３ ｍｉｌｌ，设计荷载下计算的挂 篮变形值最大为一２５ ｍｍ，实测值小于计算值，说 明该挂篮整体刚度满足设计要求，且具有一定的 变形储备。挂篮下横梁变形值大于上横梁，说明 前吊带变形值较大，施工放样应该以挂篮底模进 行合理控制。前上下横梁悬臂段最大挠度值在试 验过程中基本呈线性变化，卸载后挂篮变形不能 完全恢复，因此，挂篮都必须进行预压，减少挂篮 的非弹性变形，保证线性控制质量。 ３ 结语 本文对挂篮预压试验不同加载方法进行了介 绍，研究和对比得出了一定的结论。在施工现场 可以根据实际条件依照此结论更为方便地选择最 优加载方法进行预压试验。同时结合某大桥工程 实例，具体介绍了利用已浇段预埋反力架，通过千 斤顶进行悬臂施工挂篮的预压试验方法，大大缩 短了挂篮试验的操作周期并降低了操作成本。由 于测试时间大为缩短，试验受环境温度和湿度的 影响也降至最低，从而保证了测试数据的可靠性。 另外，该方法适用范围广，完全不受场地和施工条 件的限制，具有一定的推广意义。 参考文献 ［１］张道省，朱小坚，王善举．梁济运河大桥挂篮预压试 验［Ｊ］．山西建筑，２００７（５）：３０９ ３ｌＯ． ［２］ 李正权，陈建超，朱洪涛．三角挂篮地面对拉荷载预 压试验研究［Ｊ］．公路交通技术，２０１２（３）：４７ ５０． ［３］张小彬．连续梁施工挂篮主构架地面预压技术［Ｊ］． 铁道标准设计，２０１１（６）：１０８—１１３． ［４］ 郝志强．ＰＣ箱梁悬臂施工挂篮预压试验［Ｊ］．山西建 筑，２００４（１３）：７１－７２． ［５］左继国，陈琪．张拉钢绞线进行挂篮预压施工技术 ［Ｊ］．甘肃科技，２０１２（６）：１２７—１２８． ［６］代 忠．三角反力架加载法在挂篮试载中的应用 ［Ｊ］．市政与路桥．黑龙江科技信息，２００９（２５）：２６９ ２７Ｏ． ［７］冯浩，钟启凯，刘中涛，等．千斤顶贝雷反力梁在 牵索挂篮预压中的应用［Ｊ］．桥梁建设，２Ｏ１２（Ｓ１）： １２１—１２５． ［８］谢理民．宽幅斜拉桥牵索挂篮静载试验有限元分析 ［Ｊ］．世界桥梁，２０１３（２）：２７—３０，４０．