箱梁悬臂施工挂篮预压试验设计
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摘要：本文主要介绍雅瑶立交主桥连续箱梁悬臂施工挂篮预压试验设计思路、荷载计算、变形观测、试验结果，供类似工程参考。
关键词：挂篮； 预压； 试验； 设计
中图分类号：S611文献标识码： A
1、工程概况
雅瑶立交主桥设计为55.5+95+55.5m预应力混凝土变截面三跨连续箱梁，主桥全长206米，采用单室单箱截面，顶板宽12.5m，底板宽6.9m，箱梁跨中及现浇段梁高2.3m，箱梁根部和0＃段梁高5.0m。主桥悬臂共11个梁段，2＃～11＃梁段采用挂篮悬臂施工，挂篮采用菱形轻型桁架式挂篮，挂篮自重与悬浇梁段最大重量（7＃梁段）比值为47729/1266＝0.377。其结构如图：
2、挂篮预压试验设计思路
挂篮预压试验的目的主要是通过对挂篮施加最不利梁段荷载组合的等效荷载，检验挂篮强度、刚度、稳定性和整体安全性，并测定挂篮在荷载作用下的变形数据及规律，以便准确设置预抛高值，保证梁体线形。挂篮预压试验的总体设计思路就是在1＃块腹板端面设置三角反力架，利用4台液压千斤顶在挂篮底板通过三角反力架对挂篮模拟梁段荷载进行加载，使模拟加载对挂篮底篮系统及吊带、主桁产生的力效应与梁段荷载对挂篮底篮系统、吊带、主桁产生的力效应基本相同。
3、预压荷载计算
挂篮预压试验是在挂篮安装完成后进行的，其自重荷载已施加，所以挂篮预压荷载主要模拟雅瑶立交主桥最重梁段7＃段的底板、腹板、顶板的自重荷载。荷载分布如下：
计算时混凝土容重取26KN/m3，混凝土超灌系数取1.05，冲击系数取1.2，施工荷载取2KN/m2。
计算时顺桥向取1m作为计算单元，则：
q1＝3.304*26*1.05*1.2+2*1＝110.2KN/m
q2＝(0.449+0.78+0.5)*26*1.05*1.2+2*1＝58.6KN/m
q3＝(0.449+0.61)*26*1.05*1.2+2*1＝36.7KN/m
q4＝(0.449+0.28)*26*1.05*1.2+2*1＝25.9KN/m
计算得：R千斤顶1＝R千斤顶4＝42.2KN
R千斤顶2＝R千斤顶3＝114.0KN
计算时是顺桥向取1m作为计算单元，所以R千斤顶1 、R千斤顶2 、
R千斤顶3 、R千斤顶4其实就是顺桥向的均布荷载，即：
R千斤顶1＝R千斤顶4＝42.2KN/m
R千斤顶2＝R千斤顶3＝114.0KN/m
7#梁段长4.5m，则千斤顶的集中荷载反力为：
1＃、4＃千斤顶：42.2*4.5＝189.9KN
2＃、3＃千斤顶：114.0*4.5＝513.0KN
4、预压加载设计
0＃、1＃块施工时，在1＃块两腹板端面位置各预埋一个型钢三角架作为预压的反力点。待挂篮安装检查验收完毕后在底板横桥向满铺枕木，枕木上方顺桥向铺设四组型钢（4根25b工钢一组）作为千斤顶加载传力分配梁，分配梁铺设位置就是千斤顶加载点，其布置参照模拟荷载的分布情况。每组分配梁上设置一台100t液压千斤顶，千斤顶和三角反力架间通过承重横梁传递荷载。安装时分配梁与千斤顶，千斤顶与横梁间设置钢垫板。为了防止反力三角架预埋件处混凝土在加载过程中开裂，在预埋件腹板全断面范围内设置加强钢筋网片。挂篮加载试验示意图如下：
4.1承重横梁设计
承重横梁采用36b型工字钢，其截面特性为：
自重q＝0.66KN/m ，Wx=9.21×105mm3 ,
Ix=1.66×108mm4，[σ]＝182Mpa
加载时承重横梁的受力状况如下：
其中：R1＝R4＝42.2KN/m， R2＝R3＝114.0KN/m
经计算得：Mmax=513KN.m
W= Mmax/[σ]=5.13*108/182=2.8*106mm
单根36b型工字钢Wx=9.21×105mm3
则承重横梁需用36b型工字钢根数为：
W/WX=2.8*106mm/9.21×105mm3=3.04
试验时承重横梁采用4根36b型工字钢并排组成，在千斤顶加载处设置缀板连接。
4.2三角反力架设计
三角反力架由水平杆、斜杆组成，水平杆一端预埋于1＃梁段腹板，挂篮安装完毕后，斜杆同预埋钢板、水平杆焊接，其结构如下：
单个腹板处的三角反力架承受千斤顶施加的荷载
R＝（R千斤顶1 +R千斤顶2 +R千斤顶3 +R千斤顶4）/2
＝（189.9+513+189.9+513）/2＝702.9KN
三角架水平杆的水平拉力P＝（702.9*215）/238＝634.9KN
三角架斜杆的压力F＝KN
（1）、水平杆的设计
水平杆由2根36b型工字钢组成，其截面特性为：
S＝2*8364＝16728mm2
其拉应力τ＝P/S=634900/16728=37.9Mpa
抗拉强度满足要求
（2）、水平杆的预埋深度计算
水平杆的预埋深度按粘结力计算：
水平杆采用2根36b型工字钢，其截面与混凝土的接触长度L＝2*（36+13.8*2）＝127.2cm
混凝土的允许粘结强度 [τb] 取2Mpa
粘结深度h＝P/（L*[τb]）＝634900/（1272*2）＝249mm
施工预埋时取h取500mm。
（3）、斜杆设计
斜杆采用2根36b型工字钢，其截面特性：
S＝2*8364＝16728mm2 i＝14.08*2＝28.16cm
斜杆承受压力F＝947.2KN，则：
抗压强度τ＝P/S=947200/16728=56.6Mpa
刚度计算：
长细比： 查表得φ＝0.9
σ＝56.6
（4）、预埋钢板设计
预埋钢板采用400*500*20mm钢板，预埋钢筋采用20根￠25螺纹钢，钢板和钢筋采用穿孔双面焊接。锚固钢筋的锚固长度大于或等于10倍锚筋直径，即可充分发挥其作用，施工预埋时锚筋直径采用25mm，预埋深度40cm。
预埋钢板承受轴心拉剪荷载，其受力状况如下：
预埋钢板能够承受的最大荷载：
Fj＝（A*fst）/[sinα+cosα/(μ1μ2)]
A－锚固钢筋总面积，A＝20*3.14*（25/2）2＝9817mm2
fst－锚固钢筋的抗拉设计强度，fst＝340Mpa
α=42.1°
μ1－系数，与α大小有关，此处取0.83
μ2－摩擦系数，取1
则：Fj＝（9817*340）/[sin42.1+cos42.1/(1*0.83)]
=2133610N=2133.6KN
安全系数K＝Fj/F=2133.6/947.2=2.25
（5）、预埋钢板与斜杆连接焊缝计算
斜杆采用2根b型工字钢，斜杆与钢板斜交，斜交角42.1度，36b型工字钢高360mm,翼缘宽度138mm，斜杆与预埋钢板接触面采用满焊，焊缝长度L＝（360/cos42.1）*2+138*4=1522mm，焊缝高度不低于10mm。焊缝承受竖向剪力，剪力R＝702.9KN。
则： τ＝N/（0.7*h*L）＝702900/(0.7*10*1522)
=65.9Mpa
为增加焊缝的安全度，施工时在工字钢的腹板处左右两侧各加焊2道10*10*2cm的三角钢板（三角钢板与工字钢腹板、预埋钢板均接触面均采用满焊，焊缝高度不低于10mm）。
（6）、斜杆与水平杆连接焊缝计算
斜杆与水平杆通过一块60*25*2cm钢板焊接，接触面均采用满焊，焊缝高度不低于10mm。
斜杆同钢板斜交，交角47.9度，焊缝长度：
L＝（360/cos47.9）*2+138*4＝1626mm
焊缝承受水平方向的剪力P＝634.9KN，则：
τ＝N/（0.7*h*L）＝634900/(0.7*10*1626)
=55.8Mpa
水平杆采用2根36b型工字钢，翼缘宽度138mm，连接钢板长60cm，宽25cm ,焊缝长度L＝（600+250）*2＝1700mm
焊缝承受水平方向的剪力P＝634.9KN，则：
τ＝N/（0.7*h*L）＝634900/(0.7*10*1700)
=53.4Mpa
5、变形观测
5.1仪器选用
用精度不小于S3的水准仪进行观测。
5.2测点布置及编号
挂篮预压试验共设5个观测点，主桁设置2个，底篮前托梁上设置3个，如图：
5.3观测方法
观测前在顶板和底板分别设置一个固定的后视点，加载过程中对测点进行观测，分级加载，分步观测。同一测点在某级荷载作用下的相对标高与上级荷载作用下的相对标高之差即为该测点在该级荷载作用下的竖向位移。
6、试验结果
挂篮预压试验分级加载变形统计表
试验中测的挂篮的最大变形值为23mm，其中非弹性变形5mm，弹性变形18mm，试验结果和理论计算值（弹性变形为19.5mm）非常吻合，说明荷载计算和加载方案设计合理。
7、结束语
采用“三角反力架”法进行箱梁悬臂施工中挂篮的预压试验，可以将千斤顶施加的集中荷载通过纵梁和满铺的枕木分散至整个挂篮底篮，使底篮上荷载的分布非常接近梁段混凝土浇注时的荷载分布，挂篮加载试验更加准确逼真。试验时对挂篮施加的作用力属内力，因此预压加载试验可在箱梁悬臂两端同时进行，也可单端进行，使挂篮预压加载试验更加方便快捷。