矮塔斜拉橋懸澆掛籃荷載試驗(yàn)與分析

王二強(qiáng) 王立峰 王文章

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

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矮塔斜拉橋懸澆掛籃荷載試驗(yàn)與分析

王二強(qiáng) 王立峰 王文章

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱 150040)

以常山大橋?yàn)楣こ瘫尘埃U述了掛籃的預(yù)壓方案，對(duì)掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行了分析，并與有限元分析結(jié)果作了對(duì)比，得出掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的一般性結(jié)論，對(duì)保證施工的安全及質(zhì)量有一定的意義。

矮塔斜拉橋，菱形掛籃，掛籃預(yù)壓試驗(yàn)，有限元分析

0 引言

懸臂澆筑法具有使用機(jī)械設(shè)備少，無(wú)需大量的支架，降低施工成本，受施工環(huán)境限制少等優(yōu)點(diǎn)，所以是目前大跨徑橋梁施工首選的施工方法。懸臂施工通常采用移動(dòng)式掛籃為主要施工設(shè)備，保證施工質(zhì)量和施工安全，掛籃本身的安全性至關(guān)重要，這就需要進(jìn)行掛籃預(yù)壓荷載試驗(yàn)，在預(yù)壓過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行觀測(cè)并對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。現(xiàn)以常山大橋?yàn)槔瑢?duì)掛籃預(yù)壓試驗(yàn)進(jìn)行說(shuō)明[1-4]。

1 工程概況

常山大橋主橋上部結(jié)構(gòu)采用(65+108+65)m雙塔單索面三跨預(yù)應(yīng)力混凝土矮塔斜拉橋，橋?qū)?8.6 m，下部結(jié)構(gòu)采用實(shí)體墩、整體式承臺(tái)、群樁基礎(chǔ)。

本橋采用菱形掛籃進(jìn)行懸臂施工。菱形掛籃可以看成是平行桁架式掛籃的簡(jiǎn)化版，它的主桁架部分為菱形結(jié)構(gòu)，前部有兩伸臂作為底模平臺(tái)和側(cè)模移動(dòng)的軌道，其后部通過(guò)錨固裝置固定于已澆筑的梁上，這種掛籃具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受力明確，無(wú)需平衡重，一次移動(dòng)就位等優(yōu)點(diǎn)，主要由主桁架系統(tǒng)、吊桿及錨固系統(tǒng)、走形系統(tǒng)、模板系統(tǒng)和張拉操作平臺(tái)幾部分組成，掛籃結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

2 預(yù)壓方案

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

1)檢查各部件，尤其是主要的受力部件，其質(zhì)量和焊接質(zhì)量是否滿足使用要求。2)檢查掛籃各錨固點(diǎn)是否牢固，保證其在掛籃受力時(shí)不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。3)測(cè)定掛籃變形，保證其變形值在允許范圍內(nèi)，從而不影響施工質(zhì)量。4)對(duì)掛籃的重點(diǎn)受力部位，如前、后橫梁等，進(jìn)行重點(diǎn)測(cè)試，保證其受力和變形在允許范圍內(nèi)。5)通過(guò)超載預(yù)壓，消除掛籃的彈性變形，并根據(jù)各級(jí)加載的數(shù)據(jù)，合理設(shè)置施工時(shí)掛籃的預(yù)拱度，以確保成橋線形達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 預(yù)壓方法

掛籃預(yù)壓采用袋裝砂礫石分級(jí)加載方法，加載每袋砂礫重量為1.036 t。加載總重量按箱梁施工節(jié)段最重梁段混凝土重量確定，最重梁段重量為321.4 t，加載至最重梁段的120%，共分為4級(jí)加載進(jìn)行,在主墩的0號(hào)塊兩側(cè)掛籃同時(shí)進(jìn)行分級(jí)加載。

2.3 分級(jí)加載

1)第一級(jí)加載，加載重量96.42 t，加載比例為30%，需加93袋砂礫，按5 min吊裝2.5 t計(jì)，需加載3.2 h，觀測(cè)2 h。2)第二級(jí)加載，加載重量128.56 t，加載比例為70%，需加載124袋砂礫，加載4.3 h，觀測(cè)2 h。3)第三級(jí)加載，加載重量99.12 t，加載比例為100%，需加載砂礫96袋，加載3.3 h，觀測(cè)2 h。4)第四級(jí)加載，加載重量63.6 t，加載比例為120%，需加載砂礫61袋，加載2.1 h，觀測(cè)24 h。

2.4 觀測(cè)點(diǎn)布置

依據(jù)掛籃結(jié)構(gòu)受力情況布置，兩個(gè)掛籃底模板共布置觀測(cè)點(diǎn)20個(gè)。每個(gè)掛籃布置兩排測(cè)點(diǎn)，第一排布置在距離模板外邊緣20 cm處，第二排布置在中心處，每排的5個(gè)測(cè)點(diǎn)分別布置在側(cè)模板距模板側(cè)邊緣20 cm處，底模中心處及距與腹板交接處20 cm處，具體布置見(jiàn)圖2。

2.5 觀測(cè)方法

通過(guò)水準(zhǔn)基點(diǎn)確定塔吊連接螺栓帽的標(biāo)高，以其作為觀測(cè)的水準(zhǔn)基準(zhǔn)點(diǎn)，然后利用水準(zhǔn)儀對(duì)各布置點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。首先掛籃安裝完成后，要對(duì)各布置點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，確定各點(diǎn)的標(biāo)高，作為加載前起算的標(biāo)準(zhǔn)值H1，在每級(jí)加載完成后，用塔尺和水準(zhǔn)儀進(jìn)行標(biāo)高測(cè)量，記錄各點(diǎn)數(shù)據(jù)，第一級(jí)加載30%的觀測(cè)值為H2，第二級(jí)加載70%的觀測(cè)值為H3，第三級(jí)加載100%的觀測(cè)值為H4，第四級(jí)加載120%的觀測(cè)值為H5，最終荷載加載時(shí)要待掛籃變形穩(wěn)定值穩(wěn)定后才可進(jìn)行測(cè)量，然后方可卸載。

2.6 卸載

在加載完成24 h(或變形穩(wěn)定)后開(kāi)始卸載，卸載按20%，50%，90%，120%分四級(jí)卸載，每級(jí)卸載待掛籃變形穩(wěn)定后，應(yīng)用水準(zhǔn)測(cè)定測(cè)點(diǎn)高程，記錄各測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

3 有限元分析

常山大橋掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的有限元模型采用通用有限元軟件Midas/civil進(jìn)行模擬，模型結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

主桁架及底模均模擬為梁?jiǎn)卧鯒U模擬為桿單元，主桁架的后錨固點(diǎn)采用三向固定鉸支座模擬，前支點(diǎn)以及底模縱梁后錨固點(diǎn)采用限制橫向和豎向位移的滑動(dòng)鉸支座模擬，將內(nèi)模和側(cè)模簡(jiǎn)化為集中荷載。預(yù)壓荷載模擬為均布梁?jiǎn)卧奢d，施加在底模縱梁上。

模型中，根據(jù)實(shí)際加載等級(jí)，分別對(duì)掛籃進(jìn)行加載，提取其變形值，具體加載過(guò)程與變形見(jiàn)表1。

表1 掛籃模擬加載變形值

在加載120%后，掛籃平均變形為21.1 mm，前下橫梁的理論最大變形為22.7 mm。隨著荷載的逐步增加，掛籃的變形也隨之變大。其變形值與荷載之間基本成線性。由于對(duì)模型的簡(jiǎn)化以及對(duì)材料的模擬與實(shí)際有一定差別，所以其結(jié)果可能存在一定誤差。

4 預(yù)壓試驗(yàn)結(jié)果及分析

以中跨側(cè)方向的掛籃預(yù)壓試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，在表2中給出了部分試驗(yàn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

表2 掛籃加載試驗(yàn)變形值

在整個(gè)過(guò)程觀測(cè)結(jié)束后，根據(jù)各觀測(cè)點(diǎn)結(jié)果數(shù)據(jù)，得出各級(jí)加載的沉降數(shù)據(jù)并繪制出曲線，計(jì)算出各施工節(jié)段的掛籃彈性變形和非彈性變形值。

彈性變形數(shù)據(jù)=卸載后測(cè)量數(shù)據(jù)-加載穩(wěn)定后測(cè)量數(shù)據(jù)；非彈性變形數(shù)據(jù)=加載前測(cè)量數(shù)據(jù)-卸載后測(cè)量數(shù)據(jù)。

從表2看出，掛籃的非彈性變形為15.2 mm，該預(yù)壓試驗(yàn)加載120%后，掛籃平均變形為38.1 mm，其彈性變形為22.9 mm，前下橫梁的最大彈性變形為23.8 mm。由于非彈性變形的影響，其變形不再符合線性規(guī)律，對(duì)于實(shí)測(cè)值，其中有非彈性變形的部分，應(yīng)視情況將其剔除，消除部分非彈性變形影響后的實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算值的對(duì)比分析，如圖4所示。

通過(guò)圖4可以看出，計(jì)算值與理論值基本符合，其最大相差1.8 mm，發(fā)生在加載120%時(shí)，原因可能是隨著荷載的增加，掛籃的非彈性變形也隨之增大，在此時(shí)達(dá)到最大值，總體來(lái)看實(shí)測(cè)值偏大于理論計(jì)算值，可能是由于掛籃實(shí)際剛度與模擬有一定的差異以及施工操作等誤差引起的。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)理論分析與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，分析得到如下結(jié)論:

1)該掛籃的變形值偏大，其最大平均變形為38.1 mm，彈性變形為22.9 mm，建議對(duì)掛籃進(jìn)行加固處理，重新做預(yù)壓試驗(yàn)，并提出以下掛籃加固措施：a.前支點(diǎn)縱梁下支撐全部換為大面積鋼板；b.前下橫梁增加吊桿，以減少前下橫梁的變形；c.全面檢算掛籃，盡量減少非彈性變形值等。2)對(duì)于變形較大的掛籃，在施工中要精確控制，以減小其對(duì)橋梁線形的影響。3)通過(guò)試驗(yàn)可以看出掛籃存在很大一部分非彈性變形，若不將其消除將會(huì)對(duì)施工產(chǎn)生不利影響，所以掛籃在使用前必須進(jìn)行預(yù)壓試驗(yàn)。

[1]周廣利,王 娟.多桁架貝雷式掛籃的有限元分析和荷載試驗(yàn)研究.公路,2010(12):41-43.

[2]周新平,宗雪梅.菱形寬體掛籃空間有限元結(jié)構(gòu)分析.特種結(jié)構(gòu),2008,25(5):72-75.

[3]魏賢華.菱形掛籃設(shè)計(jì)與施工.橋梁建設(shè),2005(1):42-45.

[4]田啟軍,劉玉蘭.岳陽(yáng)洞庭湖大橋主梁掛籃設(shè)計(jì)與試壓.中外公路,2002(10):77-79.

The load test and analysis of suspended basket of extradosed cable-stayed bridge

Wang Erqiang Wang Lifeng Wang Wenzhang

(CivilEngineeringCollege,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

Taking Changshan bridge as the engineering background, the paper introduces hanging basket preload scheme, analyzes hanging basket preload test results, and compares it with finite analysis results, and finds out general conclusions of hanging basket preload test, which has certain meaning for guaranteeing construction safety and quality.

extradosed cable-stayed bridge, rhombic hanging basket, hanging basket preload test, finite element analysis

1009-6825(2015)21-0136-03

2015-05-14

王二強(qiáng)(1991- )，男，在讀碩士； 王立峰(1971- )，男，博士，碩士生導(dǎo)師，副教授； 王文章(1995- )，男，在讀本科生

U448.27

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