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摘要：本文结合洋汤河大桥主桥连续刚构（主墩最高118m）悬浇挂篮预压施工特点，通过对传统挂篮预压方法的介绍，结合该工程项目特点，设计出悬浇挂篮反力架预压方法，实现对挂篮的整体预压。挂篮反力架预压设计时运用Madis Civil建立挂篮整体预压模型及反力架模型，对其受力情况进行分析，验证反力架预压施工的合理性和安全性。该技术预压周期短、投入少、安全性高，可为以后类似工程提供借鉴经验。
关键词：连续刚构桥；高墩；挂篮预压；反力架；有限元分析
1 引言
随着我国基础设施建设步伐的不断加快，连续刚构桥在桥梁建设中应用越来越广泛，而挂篮悬浇已然发展为连续刚构桥上部梁体施工的常规工艺。新出厂的挂篮在开始使用前必须进行预压，监测挂篮在各级静力试验荷载作用下的应力状态和变形情况，确保系统在施工过程中绝对安全和正常运行。
常用的挂篮预压方法有重物（砂袋、钢筋、预制块等）堆载法、钢绞线反拉模拟荷载预压法、水箱加载法三种方法，此外还有挂篮主桁对顶预压法、反力架预压法。反力架预压法的应用相对于其他预压方法更为经济、合理，同时施工效率也较高。
2 工程概况
主桥上部结构为86+2×160+86m变截面预应力混凝土连续刚构，采用箱型截面。箱梁单幅宽12.75m，采用单箱单室直腹板结构，箱梁底宽6.75m，两侧翼缘悬臂长3.0m。箱梁根部梁高10.0m，跨中梁高3.5m，梁高采用2.0次抛物线变化；箱梁顶板厚28cm，0#和1#块顶板进行了适当加厚；箱梁底板厚从跨中至根部由32cm变化为100cm，底板厚度采用2.0次抛物线变化；箱梁腹板从跨中至根部分别采用45cm、65cm和85cm三种厚度，0#～6#节段为85cm厚，7#、8#节段为变厚段，9#～12#节段为65cm厚，13#、14#节段为变厚段，15#～19#节段为45cm厚。
主桥箱梁1#～18#节段为挂篮悬臂浇筑，单侧悬臂浇筑段共长71m，分段情况为8×3.5m+4×4.0m+6×4.5m，箱梁中支点设一道厚40cm的横隔板。1#（1´#）悬浇段梁长3.5m，混凝土自重约235.3t，为自重荷载最大悬浇段，故确定1#（1´#）梁段为挂篮预压荷载控制梁段。
3 挂篮预压常规方法
3.1 水箱加载法
水箱加载法需要制作水箱，对水箱的密闭性及水箱的侧壁刚度要求较高，由于水的密度小于混凝土，制作的水箱高度将大于梁高，在高墩施工情况下，抽水不便、施工费时、安全性不能保证。
3.2 重物堆载法
重物堆载法可以比较真实的反映梁体实际荷载分布情况，但高墩挂篮预压时，施工作业面小、塔吊单次吊装时间长、前期准备作业量大、预压结束后拆除劳动强度大、施工速度慢、成本高、受天气影响大。
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图3.2 挂篮预压重物堆载法示意图
3.3 挂篮主桁单件对顶预压法
挂篮主桁均为型钢焊接结构，在通过挂篮计算充分了解各杆件、节点受力情况后采取在地面进行单件试验，其荷载施加方便，受力明确，能很好的检验挂篮的安全性。
挂篮主桁在工厂内加工完成并对主桁各构件自身缺陷及焊缝质量进行无损探伤检查合格后，试拼好主桁架，然后在地面放置工字钢枕梁，将主桁架对拼：后锚采用6根Φ32mm精轧螺纹钢锚固，其中一片主桁前上横梁处设置300t千斤顶，通过扁担梁，用2根Φ32mm精轧螺纹钢与另一片桁架横梁处对拉。
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图3.3 挂篮主桁单件对顶预压示意图
然而此方法仅检验了挂篮主桁受力，未检验挂篮底篮、前后横联及吊带（杆）受力情况，且未对挂篮拼装质量、各部位连接情况进行检验，存在局部漏检情况，不能完全模拟挂篮成型后的受力状态。
3.4 钢绞线反拉模拟荷载预压法
钢绞线反拉模拟荷载预压法操作方便，模拟荷载大小宜控制，加载时间短。缺点是：在承台施工时需要预埋承受拉力的锚固件；百米高墩挂篮预压时，钢绞线消耗量大，成本高；一般情况下受千斤顶行程的影响需要多次倒顶施工不便，预应力松弛会造成加载不准确，张拉后放张存在安全隐患；可能受承台尺寸的影响，钢绞线不能竖直布置在承台内，布置存在一定的角度，会造成反拉力施加不准确，同时千斤顶下需垫楔块保证千斤顶轴线与钢绞线重合，施工不便；如果将千斤顶布置在挂篮前上横梁吊带位置模拟吊带受力情况进行荷载加载，此法只能检验挂篮主桁受力，不能检验挂篮底篮、吊带受力情况，且未对挂篮拼装质量、各部位连接情况进行检验，存在局部漏检情况，不能完全模拟挂篮成型后的受力状态，类似于挂篮主桁对顶预压法。
图3.4 钢绞线反拉模拟荷载预压示意图
洋汤河大桥桥面距离地面最高为128m左右，上述几种常规预压方法，在高墩挂篮预压时都存在明显的劣势，需要占用大量的场地和机械，作业量大、预压周期长、安全风险大、施工质量难以保证。本工程拟采用反力架法进行挂篮预压，可有效弥补上述方法的不足。
4 挂篮反力架预压设计
4.1 加载原理
在0#块腹板端面设置三角形反力架，采用4台穿心式千斤顶（YDC1500型）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、吊带及主桁产生的荷载效应与梁段荷载对挂篮底篮系统、吊带及主桁架产生的荷载效应基本相同。具体过程如下：
通过高压油泵加压，4台液压千斤顶（YDC1500型）对反力架产生顶推力，同时反力架对千斤顶产生垂直向下的反作用力，此反作用力通过千斤顶底座传递给挂篮底篮。由于反力架设计的刚度较大，只要千斤顶位置和加载量设置合理，就能基本等效模拟挂篮施工的荷载工况。
4.2 预压体系构造
在0#块混凝土浇筑时，在两腹板位置各预埋一个型钢三角架作为预压的反力点，待挂篮底篮系统安装完毕后，在底模上纵横向铺设两层工字钢作为千斤顶加载传力分配梁，底层分配梁采用I20b工作钢，横桥向布置，布置间距为50cm，其上设双拼I40b工字钢纵向分配梁，横桥向布置间距同千斤顶间距，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。每组纵向分配梁上设置1台YDC1500型液压千斤顶，千斤顶和三角反力架间通过横梁（3根I56b工字钢）传递荷载。安装时千斤顶与横梁间设置500×500×20mm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内设置加强钢筋网片，钢筋网片设三层，钢筋直径为Φ16mm，网孔尺寸10cm×10cm。
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图4.2-1 挂篮预压三角架侧面布置图
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图4.2-2 挂篮预压三角架横桥向布置图
4.3 预压等效荷载计算
挂篮在浇筑混凝土期间，荷载在底板位置由底篮模板传递至底篮前后下横梁，再由吊带、前上横梁传递至挂篮主桁及后锚，最终作用于已浇筑的0#块混凝土上。挂篮预压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洋汤河大桥悬臂梁段最重梁段的底板、腹板、顶板的混凝土自重恒荷载及施工活荷载。
荷载计算时混凝土容重取26kN/m3，施工人员及设备荷载取1.0kPa，振捣混凝土产生的竖向荷载取2.0kPa。计算时顺桥向取1#（1´#）块长度3.5m作为计算单元，预压荷载总值取混凝土自重荷载、施工人员及设备荷载、振捣混凝土产生的竖向荷载总和的1.2倍。
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图4.3 1#悬浇段混凝土自重荷载划分示意图
模拟加载总预压力P=[90.36×26+（1.0+2.0）×3.5×6.75] ×1.2=2904.282kN。
1#、4#千斤顶主要模拟腹板、翼板混凝土自重荷载及施工荷载，2#、3#千斤顶主要模拟底板、顶板混凝土自重荷载及施工荷载。
外侧腹板、翼板荷载模拟预压力（1#顶）P1=[32.363×26+（1.0+2.0）×3.5×0.85] ×1.2=1020.436kN。
顶板、底板荷载模拟预压力（2#顶、3#顶）P2=[（7.773+17.327）×26+（1.0+2.0）×3.5×5.05] ×1.2=846.750kN。
内侧腹板、翼板荷载模拟预压力（4#顶）P3=[32.897×26+（1.0+2.0）×3.5×0.85] ×1.2=1037.096kN。
4.4 反力架受力验算
挂篮反力架预压的受力计算采用有限元计算软件Madis Civil按空间结构1：1建模进行计算，反力架模型如下图所示：
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图4.4 挂篮三角架预压Madia Civil建模计算模型
建模计算结果如下表所示：
表4.4 挂篮预压三角架建模计算结果汇总表
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经计算，三角架、分配梁及钢牛腿应力、变形均满足规范要求。
5 挂篮反力架预压施工
5.1 预压荷载分级加载
挂篮预压按照模拟悬浇段混凝土浇筑顺序（底板→腹板→顶板）的方法分级加载，每级加载完毕1h后，测量挂篮各测点标高。加载至120%后，每隔1h测量一次各测点标高，当测点连续2次沉降差平均值小于2mm时，即可卸载。卸载按照120%→100%→0分级卸载。分级加载表如下所示：
表5.1 挂篮预压荷载分级加载表
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5.2 测点布置及变形观测
1.仪器选用
用精度不小于S3的水准仪进行观测。
2.测点布置
测点布置在后锚梁、前上横梁、前下横梁、后下横梁、前支点等部位的相应位置。挂篮前上横梁、前下横梁、后下横梁个布置2个测点，布置与吊带旁，后锚及前支点各布置2个测点。测点布置完成后测量各观测点标高作为预压观测初始值。
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图5.2 挂篮预压测点布置侧立面图
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机荷载作用下的竖向位移。
4.观测数据处理
卸载完成后，根据加、卸载实测数据，绘制各测量点位的荷载与变形曲线，通过分析计算确定挂篮弹性变形值，调整挂篮底模标高，指导挂篮施工。
5.3 预压注意事项
1.挂篮预压必须在挂篮安装完成并验收合格后才能进行。
2.挂篮预压所使用的千斤顶、油泵、油压表必须在标定的有效期内。千斤顶在使用前必须调试合格。
3.严格按照分级加载、卸载的方法试验，每组挂篮加载过程中均需对称、缓慢、平稳、准确的进行，确保预压结构的安全性和试验成果的准确性。
4.每级加载至计算荷载时，先稳压10min，待结构变形稳定后及时锁定传力吊杆，然后对和受力位置进行变形观测，并记录观测结果。
5.加载时统一指挥，并安排专人负责加载过程中挂篮主桁各杆件焊口、连接器、吊带、后锚点的检查。首先观察受力杆件焊缝有无裂缝、变形；其次观察结构支承及连接部位的稳定性等，若发现异常，立即停止，待查明原因，确认无安全隐患后方可继续进行加载预压。
6 结论
洋汤河大桥为高墩大跨结构，在挂篮预压施工 时，采用三角反力架预压方法施工，通过模拟加载验证此预压方法的合理性和安全性。
通过现场的实际操作，验证了模型计算的正确性，顺利完成了挂篮预压。实践证明，采用三角反力架对挂篮进行预压，不受墩高及地形限制，且在挂篮全部拼装完成后进行，能保证挂篮整体受力监测，达到最佳预压效果，所需材料较少，反力架结构受力明确，模拟荷载大小宜控制、预压周期短，经济合理，安全性高。
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