MSS32-900型移動模架堆載預壓與預拱度設置

劉三友

(北京鐵城建設監(jiān)理有限責任公司,北京 100855)

近幾年來隨著鐵路客運專線的快速發(fā)展,移動模架制梁技術因其具有可周轉(zhuǎn)次數(shù)多、周轉(zhuǎn)時間短、使用輔助設備少、便于標準化施工、經(jīng)濟效益良好以及施工時不受橋位處地質(zhì)和環(huán)境條件的限制等特點,尤其對大噸位、多跨、高墩的橋梁施工更具有優(yōu)勢,得到了大規(guī)模的應用。但移動模架在現(xiàn)場安裝完成后第一次使用前,必須通過預壓來消除非彈性變形,確定彈性變形值并據(jù)此進行預拱度設置,以控制線形并檢驗模架的安全性能[1～2]。本文以MSS32-900型下行式移動模架為例,對移動模架現(xiàn)場預壓技術與預拱度設置進行研究。

1 移動模架現(xiàn)場預壓

1.1 預壓重力的計算

預壓重力按MSS32-900下行式移動模架在箱梁施工過程中最不利狀況,即現(xiàn)澆32 m箱梁混凝土施工完畢狀態(tài)進行考慮[3]。其箱梁澆筑過程的荷載見表1。

表1 32 m箱梁澆筑過程中荷載重力估算 kN

注:預壓荷載=梁體重力+內(nèi)模重力+2%附加荷載=8 902 kN。

1.2 加載順序

MSS32-900下行式移動模架模擬箱梁施工過程加載與卸荷的順序如下：預壓前準備工作→完成“狀態(tài)一”加載→完成“狀態(tài)二”加載→完成“狀態(tài)三”加載→完成“狀態(tài)四”加載→持荷觀測→卸載成為“狀態(tài)三”受力狀態(tài)→卸載成為“狀態(tài)二”受力狀態(tài)→卸載成為“狀態(tài)一”受力狀態(tài)→卸載成為“加載初始狀態(tài)”→預壓過程的總結、移動模架局部加固、抬高值的確定。

第一步：預壓前準備工作。包括模架的底模、側模初始狀態(tài)的設定(先按箱梁相應斷面的設計高程暫定)；場地平整硬化,預壓材料過磅裝袋,堆放等工作；場地照明設備的安裝；人員組織、機械設備與測量儀器的配備(需要水平儀2部,經(jīng)緯儀1部)；觀測點的設置。

觀測點的設置如圖1所示。加載持荷過程中,在移動模架底橫梁與主梁底部觀測14個斷面共42個觀測點,具體觀測斷面為牛腿托梁的支腿高程變化，牛腿托梁中的撓度值，主梁第1、2、3、4、5、6、7、8、9、10橫梁處的撓度值。

圖1 預壓觀測點設置布置(單位：mm)

初始狀態(tài)的觀測：在完成觀測點的布設后,進行各觀測點初始讀數(shù)的觀測,并做好記錄。

第二步：“狀態(tài)一”加載模式。主要模擬完成底板、腹板鋼筋、預應力筋、內(nèi)模安裝、頂板翼緣鋼筋、預應力筋的安裝等施工過程,其荷載按均布于底板,如圖2所示。

圖2 “狀態(tài)一”加載示意(單位：kN)

加載過程的觀測：由于“狀態(tài)一”荷載相對較小,可以考慮完成“狀態(tài)一”加載后立即進行各觀測點觀測,至少觀測2遍。

第三步：“狀態(tài)二”加載模式。模擬底板混凝土、斜腹板混凝土基本澆筑完成,翼緣板與頂板尚未澆筑狀態(tài)下受力狀態(tài)。如圖3所示。

圖3 “狀態(tài)二”加載示意(單位：kN)

第四步：“狀態(tài)三”加載模式。模擬箱梁混凝土澆筑完成時頂板、翼緣板混凝土的狀況,如圖4所示。

圖4 “狀態(tài)三”加載示意(單位：kN)

加載過程觀測：首先為底板混凝土全部澆筑完成,其次為完成腹板混凝土澆筑,最后為完成頂板翼緣板混凝土施工。

第五步：“狀態(tài)四”加載模式。模擬預壓施工過程中最不利的受力狀態(tài),其加載過程共分為三級,第一級底板混凝土1.02q2,第二級斜腹板混凝土1.02q3,第三級頂板翼緣板混凝土1.02q4。

第六步：持荷觀測。完成“狀態(tài)四”加載后應持荷連續(xù)觀測24 h,每小時觀測1次,并做好記錄,若發(fā)現(xiàn)異常應及時上報,并采取相應措施進行應急處理。應急處理措施：于梁跨中、2根縱梁底各用鋼墊塊搭設1個臨時支墩,墩頂與移動模架鋼梁距離控制在12 cm,若發(fā)現(xiàn)異常,用鋼板與鋼楔塊頂緊,使臨時支墩能發(fā)揮作用。

第七步：卸載觀測。卸載觀測是“加載預壓”的重要一環(huán),通過各級荷載的卸載觀測，可推算出移動模架在各級荷載作用下的彈性變形量與殘余變形量,卸載觀測過程與加載觀測過程相反,其過程如下：

狀態(tài)(四)→狀態(tài)(三)→狀態(tài)(二)→狀態(tài)(一)→初始狀態(tài)。

卸載時每完成一級卸載均待觀察完成,做好記錄再卸下一級荷載。

第八步：預壓過程的總結,“預壓—卸載報告”的編寫。對移動模架在使用過程中的安全性、可靠性進行評估,對各觀測斷面的觀測點在各施工階段的殘余變形、彈性變形量的計算,對支撐點、跨中、縱梁段與橫梁的抬高值的確定,對局部剛度不足的部位提出加固方案。

1.3 移動模架預壓注意事項

對預壓壓重應認真計算,準確稱量,對砂的含水量的變化,稱量時應對天氣情況進行記錄,并應準備防雨布等以避免雨水過大使預壓荷載過重。

壓重所有材料應提前準備至方便起吊運輸?shù)牡胤健?/p>

在加載過程中,要嚴格按加載程序詳細記錄加載時間、噸位、位置,測量要全過程跟蹤觀測。未經(jīng)觀測不能加載下一級荷載。每完成一級加載應暫停一段時間,進行測量,并對MSS模架進行檢查,發(fā)現(xiàn)異常情況停止加載,及時分析,采取相應措施。

觀測過程要貫穿于模架預壓全過程,在此過程要統(tǒng)一組織,統(tǒng)一指揮。

模架變形觀測應精確至 mm,觀測過程中前后置尺地方要保持一致。

2 移動模架預拱度設置與調(diào)整

2.1 梁底模板設置預(反)拱的計算

為保證線路在運營狀態(tài)下平順,要求梁體上下結構表面坡度與設計坡度一致。為方便計算,需要先求出梁底模板跨中設置的拱度值ΔL。ΔL若為負值,則在跨中設預拱,若為正值,則設反拱。計算公式如下[5]

ΔL=L1-L2-L3(mm)

式中L1——模架等載預壓時底模跨中的撓度值(彈性變形值)；

L2——張拉及混凝土收縮徐變引起的上拱值,設計理論值為20.0 mm；

L3——預應力60 d后的殘余徐變拱度值,理論計算值為6.2 mm。

跨中至支座頂則從ΔL值到0 mm按二次拋物線過渡,如圖5所示。

圖5 跨中預設拱度示意

二次拋物線

y=kx2-b

2.2 預拱度的設置

每個移動模架對底模的支撐不盡一致,有的是通過橫梁直接支撐底模,底模高程調(diào)整通過橫梁兩端的螺旋千斤頂來調(diào)節(jié),有的采用橫梁與主梁固定,通過橫梁上的螺旋千斤頂來支撐底模并調(diào)節(jié)底模高程。

根據(jù)計算所求得的預(反)拱度值,以兩支座處為“0”,通過底模(橫梁)支撐螺旋千斤頂調(diào)節(jié),以拋物線形逐步過渡到跨中最大。經(jīng)高程復測無誤后將螺旋千斤頂鎖定,防止載荷期間絲桿回縮。

2.3 預拱度的調(diào)整

以等載預壓的實測撓度值、張拉及混凝土收縮徐變引起的理論上拱值、預應力60 d后的理論殘余徐變拱度值計算而設定的第一片梁的預(反)拱值,可能在實際施工中達不到理想的效果。應根據(jù)第一片梁施工后的實測結果,進行修正后在第二片梁拱度設置上作一些調(diào)整,逐步修正調(diào)整,達到理想狀態(tài)[6]。

調(diào)整過程中應綜合考慮實際施工過程的沉降量與“預壓-卸載”彈性下沉量存在一定的偏差,分析其原因后進行及時調(diào)整,保證誤差最小。主要原因分析如下。

(1)預壓過程是模擬施工過程,預壓材料的尺寸與實際鋼筋混凝土性狀具有較小的差異；腹板的壓重材料對側模幾乎沒有側壓力。

(2)部分荷載通過支座直接傳遞至墩臺身,沒有作用在模架上。

(3)張拉時實際混凝土彈性模量值比估算設定值大。

2.4 “預壓-卸載”觀測及數(shù)據(jù)

按照上述“預壓-卸載”方案和過程控制的方法,并用S2型精密水準儀進行了詳細的沉降觀測。觀測數(shù)據(jù)見表2。

2.5 “預壓-卸載”數(shù)據(jù)成果整理及主要觀測點的分析

從“預壓-卸載”觀測數(shù)據(jù)原始記錄表可以看出,沉降數(shù)據(jù)主要有以下特點。

(1)觀測到的主梁實際變形量比理論撓度值要大。主要原因一是移動模架拼裝時,受加工精度的影響,各構件未能很緊密的連接造成非彈性變形過大；二是荷載在進行分布時,未能完全模擬混凝土施工過程來進行加載。

(2)變形量最大斷面在接近跨中的E和F斷面,縱梁兩端的A、J斷面變形值較小,整個縱梁變形是跨中大,向兩端逐漸變小,符合理論計算。梁中心E1、F1最大變形量均為58 mm,非彈性變形分別為4.0 mm和5.0 mm,彈性變形分別為54.0 mm和53.0 mm。線路右側主梁的E1斷面最大變形量58.0 mm,非彈性變形4.0 mm,彈性變形54.0 mm。線路右側主梁的F1斷面最大變形量58.0 mm,非彈性變形5.0 mm,彈性變形53.0 mm。

2.6 MSS32-900下行式移動模架預拱度調(diào)整

正式施工開始澆筑混凝土前,應再次按調(diào)整后的參數(shù)重新設置預拱度。由于移動模架經(jīng)過了預壓試驗,基本消除了非彈性變形。暫定不考慮殘余(非彈性)變形量后的中間縱梁端部B2(E2)下沉值為12 mm,跨中為51 mm。按設計文件要求,考慮加預應力時反拱為20.0 mm,殘余徐變拱度值6.2 mm。跨中需要設置拱度為51-20-6.2=24.8 mm,其他截面按二次拋物線進行分配。橫梁兩側調(diào)整值參考中間縱梁確定。計算如下。

以跨中為水平坐標原點,豎直坐標向下為正,則根據(jù)二次拋物線公式由(±2.08,0.024 8),(±16,0)已知點,可得：y=0.000 1x2-0.025 6；跨中最大撓度為25.6 mm。

根據(jù)本公式,各控制點坐標如下：

B2、I2處拱度為0.000 1×14.5622-0.025 6=-0.004 4 m=-4.4 mm；

C2、H2處拱度為-14.8 mm；

D2、G2處拱度為-21.7 mm；

E2、F2處拱度為-25.2 mm；

A2、J2處拱度采用預壓成果7.4 mm；

橫梁端頭拱度值參考中間值和預壓成果,A1、A3、J1、J3處為7.4 mm；B1、B3、I1、I3處為-4.4 mm；C1、C3、H1、H3處為-14.8 mm；D1、D3、G1、G3處為-21.7 mm；E1、E3、F1、F3處為-25.2 mm。移動模架預拱度調(diào)整值見表3。

表3 32 m移動模架施工預拱度調(diào)整值 mm

同時,在梁體混凝土實際施工時,還需要繼續(xù)對模架進行變形觀測,觀測持續(xù)到二期恒載上橋梁的變形基本穩(wěn)定,得出更精確的變形值,在后續(xù)施工中進行調(diào)整并指導施工[6]。

3 結語

經(jīng)過按模擬梁施工過程,對MSS32-900下行式移動模架的預壓過程及預拱度設置進行分析比較,所有觀測點的變形均符合鋼梁變形規(guī)律,預拱度計算公式與實際情況基本吻合；由于加載預壓沒有出現(xiàn)塑性變形,均在彈性變形范圍內(nèi),認為該套移動模架在使用過程中的安全性、可靠性滿足施工要求。由于鐵路橋梁標準跨度以32 m為主,且鐵路客運專線建設中使用的下行式移動模架在結構形式和材質(zhì)等方面大同小異,因而本試驗成果具有一定的代表性和普適性,對今后其他類似工程也具有一定的指導意義。

[1]鐵建設[2005]160號,鐵路客運專線橋涵工程質(zhì)量驗收標準[S].

[2]鐵建設[2005]160號,鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準[S].

[3]TB10002.1—2005,鐵路橋涵設計基本規(guī)范[S].

[4]裘伯永,盛興旺,喬建東,等.橋梁工程[M].北京：中國鐵道出版社,2004.

[5]盧 鵬,劉新社,趙高啟,等.鐵路工程鋪架技術與管理[M].北京：中國鐵道出版社,2007.

[6]史聰慧.下行式移動模架制40 m鐵路箱梁施工關鍵技術[J].鐵道建筑技術,2006(5)：8-10.