呂 林，汪家雷，查小林，李青杠，周 滿

(1.中鐵四局集團第五工程有限公司，江西 九江 332000； 2.中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁橋節(jié)段預(yù)制拼裝施工技術(shù)是現(xiàn)代化的綠色施工技術(shù)，已應(yīng)用于國內(nèi)外諸多橋梁中[1-5]。該技術(shù)可進(jìn)一步細(xì)分，包括懸掛拼裝施工技術(shù)等[6-7]。懸掛拼裝施工基本模式是整跨箱梁均通過吊桿懸掛在架橋機主桁架上，膠拼后張拉預(yù)應(yīng)力簡支束，完成第1次體系轉(zhuǎn)換，此時該跨為臨時支座支撐的簡支梁。待1聯(lián)各跨均架設(shè)完畢，濕接縫混凝土達(dá)設(shè)計強度并張拉預(yù)應(yīng)力連續(xù)束后，拆除臨時支座，完成第2次體系轉(zhuǎn)換，形成連續(xù)梁。

懸掛拼裝施工過程中需注意進(jìn)行第1次體系轉(zhuǎn)換前，臨時吊桿中的應(yīng)力變化問題。應(yīng)力變化影響橋跨箱梁整體受力性能，進(jìn)而影響體系轉(zhuǎn)換。諸多橋型在施工過程中均存在體系轉(zhuǎn)換問題[8-10]。洪都大道快速路改造工程施工過程中某些吊桿內(nèi)力變化會增加其超出容許應(yīng)力的風(fēng)險。因此，有必要對節(jié)段預(yù)制箱梁逐跨拼裝施工過程中臨時吊桿內(nèi)力變化規(guī)律展開研究。

1 工程概況

洪都大道位于江西省南昌市主城區(qū)，是南昌市南北向重要的交通要道。洪都大道快速路改造工程主要是在現(xiàn)有洪都大道的基礎(chǔ)上，按城市快速路標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造。項目北起洪都大橋，南至井岡山大道，全長約7.6km。全線主線采用高架形式，高架橋橋?qū)?5m，雙向6車道。

主線高架橋分為預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁和鋼箱梁。預(yù)制節(jié)段拼裝箱梁包括標(biāo)準(zhǔn)等寬段節(jié)段梁(見圖1)、變寬段節(jié)段梁及路口大跨段節(jié)段梁；鋼箱梁包括加寬的路口大跨段和首尾連接段。其中，標(biāo)準(zhǔn)等寬段和變寬段節(jié)段梁采用逐跨拼裝施工技術(shù)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)等寬段箱梁示意(單位：cm)

混凝土節(jié)段箱梁橋為雙向預(yù)應(yīng)力體系，即設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力和橫向預(yù)應(yīng)力。縱向按全預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計，橫向按A類預(yù)應(yīng)力構(gòu)件設(shè)計。節(jié)段預(yù)制箱梁混凝土強度等級為C55。全橋預(yù)應(yīng)力鋼束分為體外預(yù)應(yīng)力束和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力束。

2 節(jié)段箱梁施工技術(shù)

洪都大道快速路改造工程節(jié)段箱梁采用現(xiàn)場臨時存梁方案，以緩解交通壓力，并保證節(jié)段拼裝工期。臨時存梁場為移動區(qū)域，跟隨架梁進(jìn)度移動。標(biāo)準(zhǔn)段、變寬段和大跨度懸拼存梁場設(shè)置于待拼裝聯(lián)前方，有條件時緊鄰橋跨設(shè)置，無條件時可間隔一定距離設(shè)置。節(jié)段梁采用單層存放，臨時存梁臺座采用15m×0.5m×0.5m(長×寬×高)C30混凝土條形基礎(chǔ)，梁底腹板底分別設(shè)置1塊GJZ型150mm×150mm×28mm(長×寬×厚)板式橡膠支座。拼裝場內(nèi)設(shè)運梁小車，用于場內(nèi)節(jié)段箱梁轉(zhuǎn)運。借助LG75型專用架橋機上安裝的吊梁行車，將節(jié)段梁吊起，并懸掛于架橋機主桁架上。吊梁行車具備起吊、旋轉(zhuǎn)、橫向和縱向調(diào)平節(jié)段梁的功能，可對節(jié)段梁姿態(tài)進(jìn)行實時調(diào)整。

吊梁行車將每個節(jié)段箱梁吊裝就位后，借助4根φ30mm精制螺紋鋼吊桿，將箱梁懸掛于架橋機主桁架上，如圖2所示。為保證左、右幅箱梁受力平衡，箱梁拼裝采用雙幅架橋機同步架設(shè)施工，逐跨拼裝施工過程中，左、右幅架橋機吊裝箱梁節(jié)段數(shù)量差異不超過1個節(jié)段。每跨節(jié)段箱梁均吊裝完畢后，結(jié)合天氣、大氣溫濕度等實際情況進(jìn)行梁段拼接，拼接前在箱梁橫斷面涂抹橋梁專用環(huán)氧膠。涂膠原則是快速、均勻，并保證涂膠厚度。預(yù)應(yīng)力孔道保持暢通是節(jié)段箱梁膠拼的重要控制目標(biāo)。梁段膠拼后，借助預(yù)先埋設(shè)于箱梁頂?shù)装宓难b置，張拉臨時預(yù)應(yīng)力筋。利用勁性骨架將端(中)橫梁段和已拼接完成的節(jié)段梁進(jìn)行臨時固結(jié)。穿入設(shè)計所需預(yù)應(yīng)力筋，安裝濕接縫預(yù)應(yīng)力連接管和模板，澆筑濕接縫混凝土。待濕接縫混凝土達(dá)到設(shè)計要求后，張拉相應(yīng)預(yù)應(yīng)力筋，完成該跨左、右幅箱梁拼裝施工。隨后架橋機過孔，拼裝下一跨節(jié)段箱梁。施工流程如圖3所示。

圖2 箱梁吊裝過程示意

圖3 逐跨懸拼流程

3 試驗方案

為了解永久預(yù)應(yīng)力施工過程中螺紋鋼臨時吊桿應(yīng)力、應(yīng)變變化情況，開展試驗研究。試驗環(huán)節(jié)為張拉永久預(yù)應(yīng)力筋、解除吊桿階段(見圖3)?？紤]到結(jié)構(gòu)對稱性，測試對象為某跨5根螺紋鋼吊桿(編號為S1～S5)，對應(yīng)的節(jié)段預(yù)制箱梁按設(shè)計圖紙編號為GD2，GD1，GC1，GB1，GA1，如圖4所示。

圖4 試驗對象

試驗數(shù)據(jù)采集儀器主要包括振弦式應(yīng)變計、數(shù)據(jù)采集儀及PC終端，如圖5所示。試驗儀器安裝步驟如下：①固定應(yīng)變計底座 借助儀器廠家提供的專用膠粘劑，將應(yīng)變計底座固定于待測螺紋鋼吊桿下方。②安裝應(yīng)變計 待底座黏結(jié)牢固后，利用專用扳手安裝振弦式應(yīng)變計。由于應(yīng)變計安裝位置距地面數(shù)據(jù)采集儀和PC終端較遠(yuǎn)，導(dǎo)致與應(yīng)變計連接的數(shù)據(jù)線長達(dá)30～50m。為避免數(shù)據(jù)線雜亂，其兩端按照一定規(guī)則標(biāo)注編號。③連接數(shù)據(jù)采集儀 數(shù)據(jù)線一端與應(yīng)變計連接，并固定于吊桿上，另一端接在數(shù)據(jù)采集儀接線柱上。每根數(shù)據(jù)線內(nèi)含4色導(dǎo)線(紅、黃、藍(lán)、綠)，分別對應(yīng)A，B，C，D接線柱。④連接PC終端 在PC終端安裝儀器廠家提供的配套軟件，利用數(shù)據(jù)線連接數(shù)據(jù)采集儀與PC終端。⑤調(diào)試儀器 根據(jù)說明書要求調(diào)試試驗儀器，調(diào)試完成后開始采集試驗數(shù)據(jù)。

圖5 試驗數(shù)據(jù)采集儀器

4 吊桿受力分析

在永久預(yù)應(yīng)力張拉前，調(diào)試完成試驗儀器。張拉正式開始后，每隔3～10min手動采集1次數(shù)據(jù)。預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨下張拉控制應(yīng)力為1 265MPa，張拉采用雙控，以張拉力為主，引伸量作為參考。預(yù)應(yīng)力張拉程序分為以下階段：第1階段為由0張拉至0.25σcon(σcon為預(yù)應(yīng)力鋼絞線錨下張拉控制應(yīng)力)；第2階段為由0.25σcon張拉至1.0σcon，持荷5min后錨固。

需說明的是，試驗過程中，螺紋鋼吊桿S4對應(yīng)的應(yīng)變計數(shù)據(jù)線被剪斷，造成數(shù)據(jù)不完整。因此本文僅統(tǒng)計吊桿S1，S2，S3，S5對應(yīng)的應(yīng)變計數(shù)據(jù)。從預(yù)應(yīng)力張拉開始至最后撤索(解除吊桿)，4根吊桿應(yīng)變變化情況分別如圖6～9所示。

圖6 吊桿S1拉應(yīng)變

圖7 吊桿S2拉應(yīng)變

圖8 吊桿S3拉應(yīng)變

圖9 吊桿S5拉應(yīng)變

由圖6可知，預(yù)應(yīng)力張拉第1階段，吊桿S1中的拉應(yīng)變基本保持不變；預(yù)應(yīng)力張拉第2階段，隨著預(yù)應(yīng)力荷載的增加，吊桿S1中的拉應(yīng)變呈下降趨勢，由1 093με降至858με，下降了21.5%；解除吊桿過程中，吊桿拉應(yīng)變陡然下降，隨后迅速降至0。

由圖7可知，預(yù)應(yīng)力張拉第1階段，吊桿S2中的拉應(yīng)變基本保持不變；預(yù)應(yīng)力張拉第2階段，隨著預(yù)應(yīng)力荷載的增加，吊桿S2中的拉應(yīng)變呈下降趨勢，由1 035με降至868με，下降了16.1%；解除吊桿過程中，吊桿拉應(yīng)變迅速降至0。

由圖 8可知，預(yù)應(yīng)力張拉第1階段，吊桿S3中的拉應(yīng)變基本保持不變；預(yù)應(yīng)力張拉第2階段，隨著預(yù)應(yīng)力荷載的增加，吊桿S3中的拉應(yīng)變呈下降趨勢，但變化較小，由1 465με降至1 417με，下降了3.3%；解除吊桿過程中，吊桿拉應(yīng)變陡然下降，迅速降至0。

由圖6～8可得以下結(jié)論：吊桿拉應(yīng)變受第1階段預(yù)應(yīng)力張拉的影響較小，基本保持不變；吊桿拉應(yīng)變變化主要體現(xiàn)在預(yù)應(yīng)力張拉第2階段，呈下降趨勢。這表明與吊桿對應(yīng)位置處(跨中及其附近處)的箱梁呈上拱趨勢；越靠近跨中位置，吊桿拉應(yīng)變變化越大，說明上拱越明顯。

與吊桿S1，S2，S3拉應(yīng)變變化規(guī)律不同，吊桿S5雖在預(yù)應(yīng)力張拉第1階段拉應(yīng)變基本保持不變，但在預(yù)應(yīng)力張拉第2階段，隨著預(yù)應(yīng)力荷載的增加，吊桿S5中的拉應(yīng)變不降反升，由1 320με升至1 335με，上升了1.1%。這表明靠近橋墩支座處的箱梁，在預(yù)應(yīng)力張拉過程中有下?lián)馅厔?，使吊桿中的拉應(yīng)力進(jìn)一步增大。如果施工措施控制不當(dāng)，存在超出吊桿容許應(yīng)力的風(fēng)險。

5 結(jié)語

1)節(jié)段預(yù)制箱梁在逐步拼裝施工過程中，隨著縱向預(yù)應(yīng)力荷載的增加，跨中及附近吊桿拉應(yīng)變逐漸減小，說明相應(yīng)箱梁呈上拱趨勢。而靠近橋墩支座處的吊桿拉應(yīng)變逐漸增加，表明此處箱梁呈下?lián)馅厔荨?/p>

2)根據(jù)吊桿受力變化規(guī)律，進(jìn)行吊桿拆除時，應(yīng)從跨中向橋墩支座處進(jìn)行?？缰械鯒U拆除后，相應(yīng)位置原本呈上拱趨勢的箱梁變?yōu)榛芈溱厔荨闈M足受力平衡，支座附近呈下?lián)馅厔莸南淞撼驶貜椱厔荩瑥亩瓜鄳?yīng)吊桿中的拉應(yīng)變減小。

3)從實用性角度考慮，拆除吊桿進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換時，吊桿可采用逐步放松的原則，可由吊具上的螺母擰出量進(jìn)行控制。