山區高墩掛籃O#塊托架等效預壓反力架的設計與應用

摘要：本文介紹了山區掛籃O#塊托架的預壓反力架的設計依據以及應用的效果，相對傳統預壓工藝有一定的優勢。

關鍵詞：掛籃；預壓；反力架

1.前言

連續剛構橋梁的O#塊部位通常會采用托架現澆的施工工藝，鑒于其結構特點與重要性，連續剛構的O#塊通常是一座大橋的施工重點與難點項目之一，隨著我國施工標準化的逐步完善，O#塊托架的預壓也成為一項不可缺少的工作內容。而我國幅員遼闊，山區高速公路工程由于經常需要跨越溝壑、河流等障礙，施工中經常會遇到高度較高的O#塊施工，這時候傳統的沙袋等預壓工藝就明顯不具備優勢，不僅施工工期長、而且高空預壓也不夠安全。采用反力架施工工藝進行等效預壓不僅能夠滿足施工預壓要求，而且更能夠模擬實際情況，預壓效果良好。

2.工程概況

下馬嶺特大橋位于福建省寧德市山區，墩高有79m之高，主橋為主跨155m的預應力混凝土連續剛構橋，共設置有縱、橫、豎三向預應力，T構O#塊高度達到9.5m，墩身縱橋向各懸臂3m。

T構O#塊施工托架采用鋼結構三角托架，分為主托架與翼緣板側托架兩部分組成，其中主托架高度為5m，長6m，由I40b、I36b和I32b工字鋼焊接而成，側托架長與高均為3m，由I36b與I32b工字鋼焊接而成。

由于墩身高達79m，而且山區條件地形受限，因此本工程選擇采用反力架千斤頂進行預壓施工，反力架利用現有側托架加工而成，墩身相應位置需要提前設置預埋件。

3.預壓反力架設計與計算

3.1反力架結構設計

預壓反力架采用現有側托架進行組合而成，縱橋向反力架對應三角主托架共設置三組，一組有兩片，通過同等規格的型鋼進行滿焊連接。反力架根部相應的位置設置有豎向抗拔精軋螺紋鋼筋，預埋深度通過千斤頂的頂升力來確定。反力架結構圖如下：

圖1 反力架示意圖

3.2頂升力確定

由于混凝土自重荷載為均布荷載，而采用千斤頂則受力情況變為集中力荷載，因此為了達到混凝土的自重均布荷載產生的變形效果，即均布力與集中力，千斤頂的集中力數值需要根據計算進行相應的調整。

預壓工序主要是為了消除支架結構的非彈性變形以及計算出彈性變形值，因此，按照O#塊混凝土自重乘以相應系數后計算出均布荷載施加于三角托架上，利用Midas Civil空間有限元計算軟件對均布力產生的撓度進行計算，結果如下圖：

圖2 三角托架均布力撓度受力圖

如圖2可知三角托架最大撓度為6.2mm，由于千斤頂施加的為集中力，因此為了達到預壓的效果，經過反算得知當千斤頂施加772KN時集中力產生的撓度與混凝土均布力產生的撓度相當，受力分析圖如下：

圖3 三角托架集中力撓度受力圖

如圖3可知當千斤頂集中力為772KN時，三角托架的變形情況與混凝土澆筑的變形情況基本上能夠吻合，能夠比較好的模擬施工中的實際情況。

3.3應力與變形計算

利用Midas Civil軟件對反力架進行模擬加載，計算結果如圖：

圖4 反力架綜合應力圖

圖5 反力架受力撓度圖

如圖4可知反力架加載后綜合應力最大值為176Mpa，滿足規范要求；如圖5可知反力架的最大撓度值為7.9mm。

4.等效預壓施工技術

4.1反力架預壓步驟

首先按照設計圖紙加工并安裝好托架及反力架，確保托架牛腿以及預埋精軋螺紋鋼等預埋件位置準確，支架施工完成后對標高等指標進行驗收，然后安裝預壓千斤頂。智能預壓千斤頂一共兩個，一組托架的縱橋向每側放置一個，一共三組托架橫橋向分別進行預壓。千斤頂預壓共分為五級，由于施加的頂升力已經包括了安全系數，所以分級加載分別為20%、40%、60%、80%、100%。當各監測點的24h平均沉降量小于1mm或者72h的平均沉降量小于5mm，則認為預壓完成。卸載采用一次卸載的方法，要均衡、對稱、同步的進行。

4.2監測點布置

每一片三角托架與反力架設置一個沉降值觀測點，總共設置有12個沉降值觀測點，具體布置位置如圖圓圈所示：

圖6 預壓觀測點布置圖

沉降值觀測點要能夠滿足數據收集的需要，而且要便于實時觀測，同時注意施工安全性。

4.2等效預壓施工

反力架預壓采用智能千斤頂同步等效預壓，每一組托架共分為五級預壓，每級加載完成后對變形值進行量測，沉降量平均值小于2mm時進行下一級的加載。經過實時的觀測，五級預壓的換算后平均沉降值分別為：中跨側：1.5mm，2.4mm，4.0mm，5.3mm，5.8mm，邊跨側：1.1mm，2.1mm，3.3mm，4.9mm，5.6mm，非彈性變形分別為1.2mm與1.8mm。

5.結論

通過Midas Civil計算所得的沉降值為6.2mm，實際加載后產生的相應位置的撓度分別為5.6mm與5.8mm，基本與計算結果相一致，通過反力架預壓消除了支架結構的非彈性變形，并且當O#塊施工時可以根據計算得出的彈性變形進行相應的預拋高調整。

實踐證明，本橋托架采用千斤頂預壓效果顯著，從托架的安裝到預壓結束拆除預壓材料、設備，施工總工期僅為1天，預壓過程沒有發生任何異常現象。本工程施工過程中觀測記錄的測量控制點標高與計算的理論標高基本相吻合，達到了理想狀態。綜上所述，反力架預壓施工能夠很好的達到預壓效果，特別是高度較高的橋梁工程綜合經濟性效果顯著，可以為同類型橋梁進行借鑒。

參考文獻：

[1] 《鋼結構設計規范》GB 50017-2003

[2] 《公路橋涵施工技術規范》JTG/T F50-2011

作者簡介

王殿會 男 1980.03 本科 工程師 中交一公局廈門工程有限公司

郝欣欣 女 1981.10 本科 工程師 中交一公局廈門工程有限公司