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掛籃懸臂澆注施工法是大跨徑橋梁施工的一種重要方法。為了保證在橋梁施工過程中的安全，驗(yàn)證關(guān)鍵構(gòu)件特別是主縱梁的變形和受力情況是否與設(shè)計(jì)理論計(jì)算值一致，同時能夠消除非彈性變形，為施工監(jiān)控確定合理預(yù)拱度數(shù)值，因此，在掛籃設(shè)備投入使用前必須進(jìn)行有限元分析和實(shí)際荷載試驗(yàn)。
本研究以蒙山大道訪河大橋施工為例，對大橋施工過程中采用的貝雷式掛籃進(jìn)行有限元分析和荷載試驗(yàn)。大橋采用五跨異形拱連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置采用雙向六車道，設(shè)置有非機(jī)動車道和人行道。主橋頂板寬34 m，底板寬24 m，上部結(jié)構(gòu)主要由鋼拱肋、預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁及柔性吊桿組成，預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁采用單箱四室斷面，跨中梁高3m，腹板厚45 cm，頂板厚26 cm，底板厚25cm，V形墩墩頂處梁高6 m，腹板厚80，頂板厚26 cm，底板厚80，邊墩墩頂處梁高5.5 m，腹板厚60 cm，頂板厚26 cm，底板厚60 cm。主梁梁底緣曲線均為二次拋物線變化。
通過對國內(nèi)外現(xiàn)有掛籃的施工特點(diǎn)，操作工藝和經(jīng)濟(jì)性等進(jìn)行分析和比較，結(jié)合本橋的具體情況進(jìn)行比選，決定采用國內(nèi)儲量較大的貝雷片作為掛籃的主要受力構(gòu)件。
掛籃以貝雷梁為主體結(jié)構(gòu)，配以橫向連接系桿件組拼而成。掛籃自重約132 t，掛籃走行及懸臂灌筑抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)k>2，內(nèi)模采用高強(qiáng)度覆膜木板，側(cè)模采用組合型的鋼模，設(shè)計(jì)最大澆注段440 t，設(shè)計(jì)最大澆注長度3.625 m。
為使有限元模型計(jì)算結(jié)果能夠反映結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，在建模時，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行如下簡化：貝雷片組裝而成的主析是主要受力構(gòu)件，計(jì)算模型中主要對它進(jìn)行了簡化和分析，由于在澆注混凝土前，主析的后錨固點(diǎn)均使用千斤頂進(jìn)行了預(yù)緊，因此把后錨固位置簡化為鉸接，上、下弦桿與加強(qiáng)弦桿之間采用了螺栓連接，螺栓被施以較大的預(yù)緊力，故將螺栓連接簡化為半剛性連接，貝雷析架之間通過上下弦桿兩端部陰陽頭用錐銷連接起來，建模時將連接處看作鉸接，處理方法是將同一位置的兩個節(jié)點(diǎn)的三個位置自由度耦合起來，桿件間的連接處理為剛性連接，不考慮焊縫處材料特性發(fā)生的變化。
在建立有限元模型時，使用了梁單元，僅僅考慮了主梁的受力，沒有考慮吊桿等，把加載的力等效成集中力，加到前上橫梁的吊桿作用的位置上。檢驗(yàn)掛籃系統(tǒng)各構(gòu)件，尤其是主受力結(jié)構(gòu)的制作安裝質(zhì)量，重點(diǎn)是檢查焊縫的質(zhì)量情況。檢驗(yàn)設(shè)計(jì)理論，通過壓載試驗(yàn)，驗(yàn)證實(shí)際受力模式是否與設(shè)計(jì)理論計(jì)算模式吻合。驗(yàn)證關(guān)鍵點(diǎn)的受力情況，如前后吊點(diǎn)，前后橫梁，主縱梁的實(shí)際受力值是否與設(shè)計(jì)理論計(jì)算的數(shù)值一致，是否在設(shè)計(jì)規(guī)定的偏差范圍內(nèi)。消除非彈性變形。通過適量的超載預(yù)壓，達(dá)到消除非彈性變形的目的。正確確定預(yù)拱度。通過分級壓載試驗(yàn)，分析得出各系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的彈性變形數(shù)據(jù)、非彈性變形數(shù)據(jù)，為模板系統(tǒng)、前橫梁設(shè)置正確的預(yù)拋值，確保大橋成橋后主梁線形流暢美觀。通過試驗(yàn)可以取得各種數(shù)據(jù)，為以后改進(jìn)、優(yōu)化掛籃設(shè)計(jì)提供依據(jù)，檢驗(yàn)后錨鋼筋是否滿足強(qiáng)度要求。
以掛籃在施工過程中所承受的最大荷載(1號塊節(jié)段)作為控制荷載，新橋1號塊重約380 t，利用沙袋加載時的最大荷載為420 t，約為1號塊的1.1倍。同時考慮了模板、混凝土、工作平臺、施工機(jī)具等其他荷載。利用0號塊上的錨固鋼筋錨固掛籃，支模板，在底模板內(nèi)填充沙袋進(jìn)行分級加載試驗(yàn)。根據(jù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)的規(guī)程，結(jié)合施工過程中節(jié)段混凝土的澆筑工序，按以下程序進(jìn)行加載：100 t-220 t- 320 t-420 t。
試驗(yàn)布置10個撓度觀測點(diǎn)，點(diǎn)1~點(diǎn)5位于前上橫梁與主梁的吊帶錨固點(diǎn)的附近，點(diǎn)6一點(diǎn)10位于底模板的前下橫梁附近。測點(diǎn)撓度采用DS 3200型精密水準(zhǔn)儀觀測，掛籃的撓度值主要考慮點(diǎn)6~點(diǎn)10，因?yàn)辄c(diǎn)6~點(diǎn)10為掛籃吊桿下緣點(diǎn)，一般變形最大。施工過程中澆筑各節(jié)段掛籃的撓度，可以采用掛籃靜載試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行線性插值得到，同時通過各節(jié)段混凝土澆筑后的撓度觀測進(jìn)行比較。
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