山区高速公路特大桥O#块施工托架等效预压反力架的设计与应用

2015-04-24陈寿明

福建交通科技 2015年2期

■陈寿明

(宁德福寿高速公路有限责任公司，宁德 352000)

1 工程概况

宁德福寿高速公路A3 合同段下马岭特大桥跨越省道301 线和晓汾溪，桥梁起点桩号为K20+939.5，终点桩号K21+691.5，桥长752.0m。桥型布置为2×30m 预应力砼连续T 梁+(85+155+85)m 预应力砼变高刚构箱梁+3×30m 预应力砼刚构T 梁+4×30m 预应力砼刚构T梁+5×30m 预应力砼连续T 梁。四个主墩墩高在72～79m 之间，刚构箱梁共设置有纵、横、竖三向预应力，刚构箱梁O#块高度达到9.5m，O#块墩身纵向各悬臂3m。

刚构箱梁O#块施工托架采用钢结构三角托架，分为主托架与翼缘板侧托架两部分组成，其中主托架高度为5m，长6m，由I40b、I36b 和I32b 工字钢焊接而成，侧托架长与高均为3m，由I36b 与I32b 工字钢焊接而成。

由于墩身最高达79m，而且受山区条件地形限制，若采用传统沙袋堆载等预压方式，不仅施工工期长，而且存在高空堆载作业安全隐患，因此本工程选择采用反力架千斤顶进行预压施工。反力架利用现有侧托架加工而成，墩身相应位置需要提前设置预埋件。

2 预压反力架设计与计算

2.1 反力架结构设计

预压反力架采用现有侧托架进行组合而成，纵桥向反力架对应三角主托架共设置三组，一组有两片，通过同等规格的型钢进行满焊连接。反力架根部相应的位置设置有竖向抗拔精轧螺纹钢筋，预埋深度通过千斤顶的顶升力来确定。反力架结构见图1。

2.2 顶升力确定

由于混凝土自重荷载为均布荷载，而采用千斤顶则受力情况变为集中力荷载，因此为了达到混凝土的自重均布荷载产生的变形效果，千斤顶的集中力荷载数值需要根据计算进行相应的调整。

图1 反力架示意图

预压工序主要是为了消除支架结构的非弹性变形以及计算出弹性变形值，因此，按照O#块混凝土自重乘以相应系数后计算出均布荷载施加于三角托架上的弹性变形值，利用Midas Civil 空间有限元计算软件对均布力产生的挠度进行计算，结果见图2。

图2 三角托架均布力挠度图

如图2 可知，三角托架最大挠度为6.2mm。由于千斤顶施加的为集中力，因此为了达到预压的效果，经过反算，当千斤顶施加772kN 集中力时，产生的挠度与混凝土均布力产生的挠度相当，受力分析图见图3。

图3 三角托架集中力挠度图

如图3 可知，当千斤顶集中力为772kN 时，三角托架的变形情况与混凝土浇筑的变形情况基本上能够吻合，能够比较好地模拟施工中的实际情况。

2.3 应力与变形计算

利用Midas Civil 空间有限元软件对反力架进行模拟加载，计算结果见图4 和图5。

图4 反力架综合应力图

图5 反力架受力挠度图

如图4 可知，反力架加载后综合应力最大值为176MPa，满足规范要求；如图5 可知，反力架的最大挠度值为7.9mm。

3 等效预压反力架实际应用

3.1 反力架安装及预压步骤

首先按照设计图纸加工并安装好托架及反力架，确保托架牛腿和预埋精轧螺纹钢等预埋件位置准确，支架施工完成后对标高等指标进行验收，然后安装预压千斤顶。预压采用能同步预压的智能千斤顶，每组托架的纵桥向单侧放置一个，一共三组托架横桥向分别进行预压。千斤顶预压共分为五级，施加的顶升力已经包括了安全系数，分级加载分别为最大顶升力的20%、40%、60%、80%、100%。当各观测点的24h 平均沉降量小于1mm 或者72h 的平均沉降量小于5mm，则认为预压完成。卸载采用一次卸载的方法，要均衡、对称、同步地进行。

3.2 观测点布置

每一片三角托架与反力架设置一个沉降值观测点，总共设置有12 个沉降值观测点，具体观测点位置见图6。沉降值观测点能够满足数据收集的需要，而且要便于实时观测，同时注意施工安全性。

图6 预压观测点布置图

3.3 等效预压实施过程

反力架按照最大顶升力20%、40%、60%、80%、100%进行五级预压，每级加载完成后对变形值进行量测，沉降量平均值小于2mm 时进行下一级的加载。经过实时的观测，五级预压的换算后平均沉降值分别为：中跨侧1.5mm、2.4mm、4.0mm、5.3mm、5.8mm；边跨侧1.1mm、2.1mm、3.3mm、4.9mm、5.6mm；非弹性变形分别为1.2mm 与1.8mm。

通过Midas Civil 计算所得的最大沉降值为6.2mm，实际加载后产生的相应位置的挠度分别为5.6mm 与5.8mm，实测与计算结果相当接近。

通过等效预压，消除了0#托架结构的非弹性变形，并且当O#块施工时可以根据计算得出的弹性变形进行相应的预抛高调整。