連續(xù)剛構(gòu)橋懸臂施工掛籃預(yù)壓試驗研究

目前，大、中、跨橋的施工主要采用預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)。該梁的截面通常由單箱單室或單箱多室結(jié)構(gòu)組成。懸掛臂易于安裝，橫跨大洞，施工方便快捷，施工周期長等特點。在懸臂施工過程中,掛籃承受了施工設(shè)備和新澆節(jié)段混凝土的全部重量,其承載能力的大小和彈性變形量直接關(guān)系到施工的安全性和結(jié)構(gòu)線形的控制。為了檢驗掛籃的質(zhì)量是否滿足設(shè)計要求,尋找薄弱環(huán)節(jié)以便加固,消除掛籃結(jié)構(gòu)的非彈性變形,獲取掛籃在各級壓重工況下的實際變形參數(shù)為掛籃施工和線性控制提供可靠數(shù)據(jù),保證施工質(zhì)量和安全,一般都需對掛籃進行設(shè)計荷載下的預(yù)壓試驗。1壓延試驗加載方法懸臂施工掛籃預(yù)壓試驗加載方法按照荷載作用方式和試驗場地可分為:地面集中力加載、橋面均布力加載和橋面集中力加載。1.1預(yù)壓加載試驗地面集中力加載方法一般常用于三角掛籃和菱形掛籃主桁地面預(yù)壓試驗。因工程現(xiàn)場特殊情況為達到掛籃預(yù)壓試驗要求和預(yù)壓效果,僅將拼裝好的掛籃主桁系統(tǒng)在地面利用千斤頂和精軋螺紋鋼或鋼絞線等張拉機具,運用應(yīng)力張拉原理進行分級加載以達到預(yù)壓效果。該方法在地面拼裝主桁系統(tǒng),并采用千斤頂對接進行預(yù)壓試驗,操作簡單安全、節(jié)省工期、節(jié)約預(yù)壓試驗成本,且且可可以滿足驗證掛籃主桁系統(tǒng)承載能力,獲得預(yù)壓加載過程中掛籃主桁系統(tǒng)變形,通過程序輔助計算可以推算得到掛籃變形值。但僅對主桁桿件在地面進行了加載試驗,沒有考慮掛籃其他構(gòu)件,在施工中還需要在橋面上重新拼裝。因此,試驗預(yù)壓不能完全消除掛籃系統(tǒng)的非彈性變形,得到的主桁桿件彈性變形值也只是掛籃系統(tǒng)中主桁部分的變形值,試驗中僅對主桁桿件承載能力進行了驗證,總體試驗效果較差,一般較少使用。1.2混凝土加載試驗橋面均布力加載方法在橋面安裝掛籃完成后,在預(yù)壓試驗中,通過堆積重物實現(xiàn)均布荷載。重物可為沙袋或預(yù)制的混凝土塊,稱重后直接布置在模板上。該方法中均布荷載可模擬實際截面上混凝土重量的分布來對掛籃進行加載,基本與施工現(xiàn)場情況相一致,可以體現(xiàn)掛籃的整體受力情況,消除懸澆前掛籃的非彈性變形,施工方法簡單。但由于堆積重物搬運工作量大,試驗準備時間較長,試驗中加載卸載周期很長,荷載計量不精確,試驗過程中存在一定的風(fēng)險性。一般多適用于墩高較矮,方便起吊重物,試驗總荷載較小的掛籃預(yù)壓試驗中。1.3加載能力加載掛籃預(yù)壓試驗橋面集中力加載方法是在橋面安裝完掛籃系統(tǒng)后通過懸吊重物、張拉鋼絞線或頂推反力架模擬集中力對掛籃預(yù)壓。1.3.1懸澆前掛籃受力情況的變化懸吊重物方法一般在前吊點下吊裝沙袋、水箱等重物實現(xiàn)。該方法較簡單,能體現(xiàn)掛籃的整體受力情況,可以消除懸澆前掛籃的非彈性變形。但該方法懸吊重物的準備時間長,且懸吊處對強度要求較高,易失穩(wěn)或在局部焊接位置出現(xiàn)危險情況。一般多適用于墩高較矮,方便起吊重物,試驗總荷載較小的掛籃預(yù)壓試驗中。1.3.2預(yù)埋鋼絞線量測量方法鋼絞線張拉法需要在承臺施工期間提前預(yù)埋好預(yù)應(yīng)力鋼絞線,埋在承臺內(nèi)的鋼束采用P錨,將P錨固定承臺底層鋼筋上,并按照預(yù)應(yīng)力要求安裝錨下鋼筋;預(yù)埋的鋼絞線數(shù)量可根據(jù)要施加的荷載確定,等0號塊施工完成,掛籃拼裝完成后,將主桁前橫梁吊桿與預(yù)埋的鋼絞線相連,用千斤頂逐級施加荷載;并記錄加載時掛籃的變形情況,測出掛籃的彈性變形和非彈性變形,并推定彈變規(guī)律回歸方程。該方法可以體現(xiàn)掛籃的整體受力情況,可以消除懸澆前掛籃的非彈性變形,施工方法簡單,試驗過程快速,試驗數(shù)據(jù)準確,但不適用于承臺不外露或墩身特別高的條件下預(yù)壓掛籃。此方法在掛籃預(yù)壓試驗中經(jīng)常采用。1.3.3無懸澆前掛籃試驗反力架法是在腹板上安裝反力架伸至底籃前橫梁上,由于三角是最簡單、穩(wěn)固的結(jié)構(gòu),所以反力架的形式通常為三角型。在底籃前橫梁與反力架之間放置千斤頂逐級施加荷載,并記錄加載時掛籃的變形情況,見圖1。該方法可以體現(xiàn)掛籃的整體受力情況,可以消除懸澆前掛籃的非彈性變形,施工過程簡單,反力架可以用0號塊托架改制和重復(fù)利用,試驗過程快速,試驗數(shù)據(jù)準確,但反力架的制作安裝稍顯復(fù)雜。此方法在掛籃預(yù)壓中常采用。掛籃預(yù)壓試驗各種加載方法優(yōu)缺點比較見表1。2現(xiàn)場試驗荷載烏江特大橋主橋為5跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)剛構(gòu)橋,跨徑布置為108m+200m×3+108m,主墩墩高最高為145m。現(xiàn)場實際施工中掛籃有菱形和三角形2種形式,部分主墩承臺位于水面下,因此在承臺上沒有提前預(yù)埋鋼絞線,且墩高有145m,預(yù)壓試驗總荷載值為2974.6kN。在綜合比較了以上幾種掛籃預(yù)壓方法后,選取了三角反力架加載方法對掛籃進行預(yù)壓試驗。2.1反之架安裝特性先在腹板混凝土中預(yù)埋同等截面的型鋼。位置、角度與設(shè)計一致。反力架預(yù)先加工完畢。現(xiàn)場將反力架和預(yù)埋型鋼焊接。焊縫要達到設(shè)計要求。2.2試驗荷載的施加試驗前對掛籃和反力架進行結(jié)構(gòu)驗算,確保掛籃和反力架滿足設(shè)計要求;得到各工況下的變形值。試驗取最重塊段10號塊計算,考慮安全系數(shù)1.2,掛籃試驗的總荷載值為2974.6kN,采用4臺1500kN千斤頂同步加載。試驗荷載逐級施加,分別為試驗荷載P的0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.1,1.2,0.5,0.0。每臺千斤頂都按各自的試驗最大荷載值乘以比例系數(shù)實施加載,每級加載時間約3~5min,持荷時間30min,以測點變形數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定為原則,整個試驗過程約6h。2.3測試內(nèi)容和結(jié)果2.3.1前下梁內(nèi)變形測點布置掛籃前上橫梁布置3個變形測點(上橫梁中心處,兩側(cè)吊點處),前下橫梁布置3個變形測點(上橫梁中心處,兩側(cè)吊點處),2個后錨點變形測點。2.3.2預(yù)掛設(shè)變形量測預(yù)壓試驗實測數(shù)據(jù)見圖2。所測出的掛籃的變形值已扣除了后錨上翹值,為掛籃彈性及非彈性變形值的總和。從實測數(shù)據(jù)看,實測值為-23mm,設(shè)計荷載下計算的掛籃變形值最大為-25mm,實測值小于計算值,說明該掛籃整體剛度滿足設(shè)計要求,且具有一定的變形儲備。掛籃下橫梁變形值大于上橫梁,說明前吊帶變形值較大,施工放樣應(yīng)該以掛籃底模進行合理控制。前上下橫梁懸臂段最大撓度值在試驗過程中基本呈線性變化,卸載后掛籃變形不能完全恢復(fù),因此,掛籃都必須進行預(yù)壓,減少掛籃的非彈性變形,保證線性控制質(zhì)量。3懸臂預(yù)壓試驗本文對掛籃預(yù)壓試驗不同加載方法進行了介紹,研究和對比得出了一定的結(jié)論。在施工現(xiàn)場可以根據(jù)實際條件依照此結(jié)論更為方便地選擇最優(yōu)加載方法進行預(yù)壓試驗。同時結(jié)合某大橋工程實例,具體介紹