高墩大跨连续刚构桥挂篮预压施工技术-2019年精选文档

高墩大跨连续刚构桥挂篮预压施工技术： This paper combines the hanging-basket and counter force frame preloading project of main girders ofextra-large bridge across the Yellow River in the Yanyan highway， and using Midas civil to establish the overall hanging-basket preloading model and counter force frame model， analyzes the stress situation and verifies the safety and rationality of counter force frame preloading construction. The use of counter force frame preloading method has solved the problem of preloading inconvenience in the high pier construction， speeding up the construction progress， and achieving good results.0 引言近年来，高等级公路的建设逐步向交通困难地区延伸。

山区地势险峻，地形多为深沟、陡坡，这种地形多采用高墩大跨连续刚构桥。

刚构桥主梁施工多采用悬臂浇筑法施工，施工过程中由于墩高、跨度大一般采用挂篮施工工艺，在整个挂篮施工过程中，需要较长的施工周期。

由于挂篮需要承受施工荷载、施工设备及新浇筑节段混凝土的全部重量，因此在完成挂篮拼装工作后，应对挂篮进行预压，如此能够检验挂篮在等效荷载作用下的整体稳定性和主要承重结构的受力特性，测量挂篮的弹性变形及消除挂篮的非弹性变形，为施工高程提供依据。

本文结合延延高速黄河特大桥主梁挂篮反力架预压工程实例，采用反力架预压方式解决了高墩情况下预压不便的施工的难题。

1 工程概况黄河特大桥位于晋陕交界处的延水关，从陕西岸起始、跨越黄河，终点达到山西岸，全长1072m。

最大桥高150多米，桥梁上部结构为（88+4×160+88）m六孔预应力混凝土连续刚构，单箱单室，箱梁根部高度9.5m，跨中高度3.5m，梁底按1.8次抛物线变化。

箱梁顶板宽度12.15m，底板宽度7.0m。

单个T构有19对梁块，分段长度为5×3.0m+6×3.5m+8×4.5m，墩顶块长14m（0#块长12m、1#块长1.0m），边跨、次边跨及中跨合拢段长度均为2.0m，边跨现浇直线段长6.87m。

黄河特大桥主桥悬臂浇筑采用菱形挂篮施工，挂篮拼装好后，进行预压，如此能够测量挂篮弹性变形，消除挂篮的非弹性变形，有效保证了工程的正常顺利实施，同时通过预压检验挂篮安全可靠性。

2 预压控制梁段的确定通过对挂篮施工各个梁段进行计算及分析比较，浇筑砼时以2#梁段（梁段长为3.0m）受力最大，故确定2号梁段作为控制梁段，并按1.2的系数进行预压加载试验。

挂篮悬吊部分重量：20.3t；挂篮模板重量：17.5t；砼（包括钢筋）自重：68.03*2.6=176.8t；施工人员及机具荷载：2.0kN/m2，计5t；砼倾倒及振捣荷载：4.0kN/m2，计10t；荷载合计：229.6t，考虑1.2系数为275.52t；预压按280T考虑。

3 挂篮预压方式比选常用的挂篮预压方法主要有三种，分别是张拉钢绞线预压法、水箱加载预压法、砂袋加载预压法、。

张拉钢绞线预压法加载时间短，操作简单方便，受力大小容易控制，但必须预埋反力承力预埋件才能进行承台施工，且在高墩施工情况下，需要消耗大量的百米高墩钢绞线，成本较高，张拉过程中需要进行多次倒顶，存在很大施工难度和风险。

水箱预压法由于需要制作水箱，且对水箱的各项参数存在一定要求，增加了施工暗度，但能够较为真实地反应混凝土分布情况；在高墩施工情况下，抽水不便，施工费时、成本高。

砂袋预压法能够比较客观地反映梁体实际重量分布情况，但是在高墩施工情况下，该方法不仅施工操作复杂、效率低，而且成本高，容易受天气影响。

由此我们发现以上三种方法在高墩情况下都存在不同的明显的不足之处，施工时间和施工成本花费较大，造成了预压施工中的难题。

经过方案比选，在高墩挂篮预压施工中采用反力架预压施工方法。

反力架预压法采用在已浇筑混凝土中锚固受力反力架，采用液压千斤顶连接底篮受力纵梁分配梁上，施加反力通过挂篮传力体系使挂篮完成预压。

加载卸载迅速，加载力受控，成本低。

4 反力架预压4.1 反力架预压设计反力架预压构造（见图1）。

牛腿反力架水平梁和托梁均采用双拼I40工字钢，水平梁预埋入混凝土1.5m，悬臂1.8m。

在预埋工字钢正上方1.2m处埋设3cm厚的钢板，钢板采用4根长度60cm的Φ20的U型螺栓连接。

为了增加摩擦阻力，在钢板上方安放40cm的I20工字钢，外露10cm，挂篮预压之前，用双拼I40工字钢将水平杆件与钢板连接形成三角反力支架。

两腹板三角架下焊接水平的双拼工字钢。

左右侧腹板各设置牛腿一个。

一个墩柱的两个挂篮预压要求对称进行。

每个挂篮安排3个预压点。

4.2 预压施工工艺挂篮加载选取混凝土重量最大的2#块作为加载荷载，根据混凝土荷载换算到千斤顶加载荷载三点处的120%荷载分别为95T、90T、95T。

荷载通过千斤顶传递到底篮纵向分配梁，之后传递到前下横梁、吊带，最后传递到挂篮前后锚点。

预压采用120%、100%、80%、60%、40%、20%荷载分级预压，根据计算荷载，实际加载时考虑1.2的加载系数，挂篮经千斤顶换算后总计压重取280T，采用6台千斤顶两侧同步施加。

每个挂篮对称设置10个变形观测点，前下横梁3个，分别设置在腹板中心及中部处；前支座2个，设置在支座顶面；后锚处2个，设置在主桁尾端；前上横梁3个，分别设置在中部及与主桁交接处。

5 有限元模拟5.1 反力架预压设计反力架锚固入混凝土部分设定为铰接连接，按照集中力加载外荷载，按照最不利情况下得出1.2倍荷载作用下的应力和位移情况。

对反力架及挂篮建立有限元模型，通过模拟加载验证此预压方案的合理性和安全性，并与实际预压数据进行对比分析。

荷载位移变化云图（见图2）显示：加载点处位移最大，最大位移为1.9mm，变化较小，杆件其他位置位移呈放射状递减，总体位移变化较小。

荷载应力变化云图（见图3）显示：锚固点弯曲应力最大，最大应力为145MPa，压杆最大应力为99MPa，均小于承载力极限，不会出现破坏，反力架整体结构安全可靠。

5.2 挂篮整体分析按照挂篮施工图纸建立挂篮整体有限元模型（见图4），并按照挂篮锚固情况分别设置固定和铰接约束，并按照换算预压荷载进行加载。

由于挂篮反力架加载在底篮纵梁上，内外导梁及滑梁均不受荷载作用，采用此加载方式，底篮受力情况要大于实际加载情况，整体验算偏于安全。

挂篮反力架预压位移云图（见图5）显示：荷载加载分配梁处受力较大，下弯明显，位移变化较大，位移等值线显示，前下横梁前吊带及前上横梁有明显变形，其中最大变形为1.8cm。

与观测点实测数据相比略小，分析原因为实际挂篮安装存在初始安装缺陷和非弹性变形因素，综合考虑挂篮预抬量为2cm。

挂篮反力架预压应力云图（见图6）显示：集中荷载加载处应力较集中，达到最大值为205MPa。

需要进行局部加强，随后荷载应力随着纵梁进行传递，整个挂篮结构都存在较大的应力。

实现了挂篮预压的目的，可以消除非弹性变形。

5.3 局部加强措施利用整体有限元验算我们发现，预压结构整体受力是能够满足条件的，在规定范围内。

然而，因为千斤顶进行的是局部加载，在集中力作用下，其局部受力情况复杂，很可能出现局部失衡的现象，因此应对加载处进行局部加强。

严格按照相关规范标准对双拼工字钢分配梁及反力架支点受力处设置支撑加劲肋，设置15cm每道的横向加劲肋，两侧成对配置。

双拼工字钢分配梁进行限位措施，焊接挡块防止加载时扭转和水平方向发生位移，造成加载体系失稳破坏。

6 监控量测6.1 挂篮预压测点布置挂篮预压测点的选择，选择受力变形较大地方作为应变（挠度）观测点，通过对前叙各点的应变观测和分析，从而得出挂篮在各个工况下的变形值，判断挂篮的整体安全性能，为后续施工提供相关数据。

每个挂篮对称设置10个变形观测点，前下横梁3个，分别设置在腹板中心及中部处；前支座2个，设置在支座顶面；后锚处2个，设置在主桁尾端；前上横梁3个，分别设置在中部及与主桁交接处。

6.2 反力架预压数据分析在不同加载级下，记录各观测点的高程变化情况（见表1），汇总后进行数据分析，获得反力架的预压弹性变形及非弹性变形变化量。

采用反力架预压方式有效的消除了挂篮的非弹性变形，根据预压数据选定挂篮弹性变形值为20mm。

7 结语在黄河特大桥挂篮预压施工中，通过对多种预压形式的比选，最终确定选用反力架预压作为高墩大跨施工环境下的挂篮预压方案。

根据换算荷载后的情况，制定了加载施工方案并设计了反力架结构形式；利用有限元软件在加载前验证了其合理性和安全性。

实践证明，计算结果是科学的，并且良好的完成了挂篮预压，不仅将非弹性变形消除了，为立模控制标高提供了有效参考，还缩短了施工周期，降低了项目成本。

通过工程实例证明了反力架预压的可行性，解决了高墩情况下预压不便的施工难题。