目前山区大、中跨桥梁多采用预应力混凝土连续刚构结构体系,其横截面常为单箱单室或单箱多室,而悬臂浇筑法巧妙地解决了高孔主梁修筑的难题。在施工过程中,挂篮作为关键构件,需承受施工设备和新浇混凝土节段的全部重量,其刚度和弹性变形量将直接决定施工的安全性和结构线形的合理控制。因此,对挂篮的强度、刚度和稳定性进行评价以验证其安全性,必须进行挂篮预压试验以获取其在荷载作用下变形和规律。
传统挂篮试验加载方法主要以堆载为主,如: 沙袋、水箱、钢筋等。高墩桥梁采用堆载预压,堆载量太大,必须提前准备大量的堆载物,进行相应的制作和加工准备工作,工人操作空间狭小,必要时还得采用立模并设拉杆的方式,安全隐患较多。而且都为高空作业,起吊有较大的安全隐患。一套挂篮预压一般最少都需要7 ~ 15d,工期较紧,资金压力大,项目预压方案选择不合适,将延误工期并占用或花费较多的资金。因此施工简捷经济的千斤顶自反力架法已越来越多地应用于高墩大跨挂篮试验中。目前国内对高墩大跨反力架预压可靠性未得到系统的研究,预压结果可信度有待工程验证。
2· 工程实例
某大桥位于莆永高速永春至永定泉州段,跨越河沟,主桥上部结构为( 70 + 130 + 70) m 预应力混凝土连续刚构箱梁,箱梁采用单箱单室截面,箱梁顶宽12m,底宽6. 5m,顶板悬臂长度2. 75m。顶板悬臂端部厚20cm,根部厚70cm。箱梁根部梁高7. 8m,跨中梁高2. 7m,顶板厚28cm,底板厚从跨中至根部由30cm 变化为90cm,腹板从跨中至根部分三段采用40cm、60cm、70cm 三种厚度,箱梁高度以及箱梁底板厚度按2 次抛物线变化。下部结构采用双薄壁实心墩,壁厚1. 9m,薄壁净距3. 5m,横向与箱底同宽,4号主墩墩身71m,5 号主墩墩身高82m,目前为福建第二高墩。大桥墩高82m,传统的预压方法不适合工地的实际建设条件且安全性较低,各参建方协调后建议采用千斤顶反压的预压方案。
2. 1 挂蓝基本模型建立
采用Midas Civil 有限元软件建立挂篮整体模型,如图1所示。

刚度验算采用荷载为1. 05 × 混凝土重量+ 1. 0× 挂篮自重+ 1. 0 × 人群和机具荷载+ 1. 0 × 挂篮系统模板荷载,其中混凝土重量、模板荷载为各验算梁段相关实际重量,按照工地实际的反力架预压点加载在挂篮的相应部位上,人群机具荷载作用在挂篮的底篮系统上。经计算挂蓝前横梁的竖向位移量为2. 4cm。
2. 2 反力架的布置
该桥挂篮预压考虑到桥墩较高,传统的加载方法经济性和安全性不高,最终采用预应力张拉用的液压千斤顶加载,施工现场加工反力架,塔吊吊装施工,反力梁设置在1#块端面上。
具体实施过程是: 0#、1#号块浇筑前在1#块与2#块节点混凝土腹板处分别预埋两块10mm 钢板及4 根32 精轧螺纹钢,( 具体位置见图2) ,用来固定钢构反力架( 有足够大的刚度) ,底篮在1#块根部底板锚固( 按照挂篮行走时的锚固情况进行锚固) ,底篮根部锚死,底篮内侧前悬吊处使用40 型工字钢将底模板与底板混凝土夹死,且中间用3 根工钢或方木分别垫死,使之成为模拟模型。分别在挂篮内侧前悬吊的分配横梁上各放置1 台80t 千斤顶进行顶推加载。千斤顶下放置两块分配垫梁,有利于力度的分配。调整千斤顶油压大小,模拟出压重的荷载。根据现场实际情况,作用于下横梁上、腹板位置,操作方便,安全可靠,模拟加载效果较好的将混凝土不同部位的均布荷载转化为多个集中力作用在支架上,同时按多个集中力产生的跨中及支点处的弯矩及剪力与实际混凝土相符。

2. 3 预压加载及数据分析
挂篮加载试验主要是通过测量挂篮在各级静力试验荷载作用下的变形,了解挂篮结构在工作状态时与设计期望值是否相符,并消除挂篮主桁吊带下底篮的非弹性变形。为了准确测得挂篮变形值,加载试验时间应选择在风速、温差较小的时间段进行。
8#块节段长4m,设计混凝土量52m3。浇注混凝土期间的人、施工荷载按4kN/m 计,挂篮预压荷载计算采用简化法,把块段混凝土平均分配到箱梁底板上,受力按简支梁模拟,经力学计算千斤顶各支点的压力为50t。加载按照20%、50%、80%、100%、120%预压荷载进行分级均匀对称加载,加载过程中密切观测、记录挠度数据。每级工况维持10min,最大荷载持载要求1h,然后12h 观测一次, 24h 内累计变形量趋于稳定方可卸载。卸载按50%、0%进行。
加载过程除采用仪器对挂篮进行监测外,还要对其外观进行检查,观察挂篮受力后有无刚度不够产生变形、焊缝有无脱焊、连接销有无松动等异常情况发生。挂篮加载变形数据如表1。

高侧挂篮加载变形实测得出: 总弹性变形量T总= 37mm; 非弹性变形量T非= 22mm; 弹性变形量T弹= T总- T非= 15mm。
低侧挂篮加载变形实测得出: 总弹性变形量T总= 35mm; 非弹性变形量T非= 19mm; 弹性变形量T弹= T总- T非= 16mm。
该菱形挂篮弹性变形最大为16mm,小于规范要求的20mm 弹性变形量,刚度较大,满足施工的安全性和结构线形的控制要求,预压方法合理。对预压中非弹性变形相对较大问题,建议施工中采取适当措施降低挂篮非弹性变形,满足工程施工需要。
3 ·挂篮预压挠度过大原因分析及改进措施
预压实测数据知挂篮的弹性变形满足规范要求。但挂篮总体下挠量大于理论分析值且非弹性变形过大,增加了桥梁整体线型的控制难度,严重时引起挂篮倾覆、坍塌等工程事故。从施工质量及施工过程中的安全方面考虑,分析找出该挂篮下挠过大的原因,提出相应减小下挠量的措施,为后续挂篮预压提供有益借鉴。
( 1) 挂篮预压中反力架自身的变形较大,建议制作时杆件几何对中并增加三角架内部的支撑,优化布置。
( 2) 主桁架后锚变形较大,建议锚固在已张拉的竖向预应力钢筋上,消除部分非弹性变形。
( 3) 预压中已浇注混凝土里预埋件与反力架的焊接部分开焊,建议焊接前进行力学计算,预压中专人观察挂篮预压变形情况,如有异常变形应及时通知现场施工管理人员并立即停止加载,采取足够的加固措施后方可继续加载,保证预压的安全。
( 4) 加载时工人千斤顶操作不一致,建议每次加压时,由专人统一指挥,预压中必须保证高低侧挂篮四个千斤顶同步施加压力,保证测试数据的有效性。