专利名称：挂篮整体预压装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种挂篮整体预压装置，特别是一种高墩挂篮用整体预压装置。
背景技术：
挂篮预压是指在采用悬浇施工的桥梁，开始1#块施工前，模拟施工荷载工况，对安装在0#块上的挂篮进行预压，验证挂篮结构的强度、刚度和稳定性，同时消除结构的非线性变形，得出结构的弹性变形，作为立模标高的依据。挂篮预压是悬浇桥梁施工中必不可少的一个过程。然而，随着公路交通行业的发展，墩柱高度不断增加，现在有些桥梁墩柱高度已超过百米。面对如此高的墩柱，挂篮的预 压非常困难；同时预压应尽可能模拟施工实际情况加载，若与实际情况不符，则不能达到预压的目的，反而会增大施工的风险。因此，选择正确的预压方法十分重要。现有的挂篮预压方法有很多种，常用的有堆载预压法、围堰预压法、千斤顶张拉预压法和反力架预压法。堆载预压法利用砂袋或钢筋的材料作为荷载，根据实际荷载分布在底托系统上堆载。该方法适用于墩柱不高，现场交通方便，材料充足的地区。该方法的缺点是装袋、称重，吊装、拆除等工序劳动强度大；施工周期长；如遇雨天，砂袋重量将与实际荷载不符。围堰预压是利用挂篮底托系统及腹板外模作为水箱的底、侧壁，做好模板之间的密封，然后注水加载。该方法的优点是加载、卸载方法简单，而且准确，容易控制。缺点是水箱高度超过了根部梁高，而且水箱侧压力相当大；水箱高度很大，对水箱的密封性和水箱侧壁的刚度要求很高；同时侧壁的钢结构焊接量大，危险性大，施工周期长。千斤顶预压是指在前期已施工完毕的承台上设置锚固点，通过钢绞线将锚固点与底篮纵梁连接，在底托系统上张拉，将力反作用于挂篮结构上，达到加载的目的，该方法可使用已有的张拉设备，简单方便，劳动强度低、周期短。但要想运用该方法比较准确模拟实际受力状况，则需要埋设的锚固点较多，且墩柱较高时，受风荷载影响大。反力架预压法是在已施工完的0#块两侧腹板上设置三脚架，并在三脚架与底篮纵梁之间设置千斤顶，在千斤顶受力伸长时，反力架将荷载反作用于底篮纵梁上，达到对结构预压的目的。该方法施工方便、快捷，不需要投入较多的材料和设备，广泛应用于桥梁施工中。但该方法对反力架的强度和刚度要求较高，否则，不能达到预压的目的。后两种方法虽然实用，但也存在明显不足，预压时都只在底篮纵梁上加载，忽略了内外滑梁上部的荷载。而在实际施工过程中，滑梁承担的荷载约为总荷载的30%左右。预压时，如果将这部分荷载全部施加在底篮上，且以单点集中荷载代替均布荷载，极易导致底篮的破坏，造成安全事故。为了准确模拟挂篮实际受力状况，实现挂篮整体预压，现有的作法有在连接导梁或滑梁的前吊杆上悬挂重物，达到施加荷载的目的。然而，该方法依然具有工序麻烦，施工周期长，吊装难度大，受风荷载影响大等缺点。
发明内容
本发明提供的挂篮整体预压装置是通过在底篮纵梁与滑梁或导梁之间设置连接装置，合理调整连接杆件的刚度，达到在底篮上加载，整体受力的目的，使挂篮结构预压更符合实际受力状况。该装置包括加载系统和连接系统，所述加载系统设置在所述挂篮的下部，当加载系统施加荷载时，连接系统用于将荷载传递给挂篮上部结构，使挂篮整体受力。所述连接系统包括分配梁和连接吊杆，所述分配梁包括上分配梁和下分配梁，所述上分配梁位于所述挂篮的滑梁上，所述下分配梁位于所述挂篮的底篮纵梁上，所述连接吊杆连接所述上分配梁和所述下分配梁。该装置还包括反力架系统，用于支撑所述加载系统。所述上分配梁设置在所述滑 梁的1/4和3/4位置处，所述下分配梁设置在所述底篮纵梁的1/4和3/4位置处。所述反力架系统包括预埋件、水平杆、斜杆和横杆，所述预埋件包括上预埋件和下预埋件，所述横杆沿桥梁横向布置，并与所述下预埋件处于同一水平面；所述水平杆沿桥梁纵向设置，其两端分别与所述下预埋件和所述横杆相连；所述斜杆的一端连接在所述上预埋件，另一端与所述横杆连接。所述加载系统包括施载构件和加载纵梁，所述施载构件设置在所述加载纵梁上并被所述反力架系统支撑，所述加载纵梁位于所述下分配梁的上方。
图I是从桥梁一侧看时，本发明一个具体实施方式
的挂篮整体预压装置的示意图；图2是从桥梁一侧看时，设有反力架系统的挂篮整体预压装置的示意图；图3是正视桥梁施工面时，图2所示挂篮整体预压装置的示意图；图4是图2所示挂篮整体预压装置中连接吊杆与分配梁之间连接节点图；图5是实施例中建立的挂篮三维模型图；图6是实施例中建立的整体预压装置模型图；图7A和图7B示出跨中的最大弯矩，图7A为实际浇筑混凝土状态下跨中的最大弯矩，图7B是本发明具体实施方式
的挂篮整体预压装置中上分配梁位于滑梁1/4和3/4位置处、下分配梁位于底篮纵梁1/4和3/4位置处时，跨中的最大弯矩。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式
对本发明的挂篮整体预压装置进行详细说明。挂篮的主要结构包括主桁架系统、走行系统、锚固系统、吊挂系统和底托系统。如图I所示，滑梁2沿桥梁纵向设置，位于主桁架系统中的主桁架I下方，通过吊挂系统中的吊杆3与主桁架I连接，底托系统中的底篮纵梁5沿桥梁纵向设置，位于挂篮下部，通过吊挂系统中的吊带4与主桁架I相连接。在实际施工过程中，滑梁2承担了很大的荷载。因此，预压过程应使滑梁2也承受荷载。为了实现这一目的，本发明提供的整体预压装置设有连接系统，当在底托系统施加荷载时，该连接系统能将荷载分配到滑梁2，使得滑梁2和挂篮底托系统共同承担荷载，从而达到整体受力的目的。如图I所示，该连接系统包括分配梁和连接吊杆8。分配梁分为上分配梁6和下分配梁7，上分配梁6设置在滑梁2上，下分配梁7设置在底篮纵梁5上，连接吊杆8用于连接上分配梁6和下分配梁7。加载系统包括施载构件10和加载纵梁9。加载纵梁9沿桥梁纵向(即桥梁长度方向)铺设在下分配梁7上。施载构件10可选用千斤顶。千斤顶在桥梁横向(即桥梁横截面方向)间隔布置于加载纵梁9上，千斤顶的个数和间距与加载纵梁9的个数和间距相同。施载构件10还可以是其它具有足够重量能作为荷载的材料，例如砂袋或钢筋。在本发明的挂篮整体预压装置中还可以设置反力架系统，其主要作用是为加载系统提供支撑位置。如图2和图3所示，反力架系统可以是以预埋件11、水平杆12、斜杆13和横杆14等作为主要构件组成的空间结构。预埋件11可以由槽钢(例如六根10#槽钢)与厚钢板(例如20mm的厚钢板)组成，锚固长度根据工程的实际荷载来确定。水平杆12和斜杆
13可以采用宽翼缘H型钢，横杆14也可以采用宽翼缘H型钢。横杆14沿桥梁横向布置，并与靠下的预埋件11 (下预埋件)基本处于同一水平面。水平杆12沿桥梁纵向设置，其两端分别焊接在靠下的预埋件11 (下预埋件)和横杆14。斜杆13的一端焊接在靠上的预埋件
11(上预埋件)，另一端与横杆14焊接。当选用千斤顶作为施载构件10进行加载时，荷载通过加载纵梁9由下分配梁7分配给底篮纵梁5，同时还经由连接吊杆8和上分配梁6分配到滑梁2，使挂篮结构中的底篮纵梁5和滑梁2共同承担荷载，从而达到整体受力的目的。在实际浇筑混凝土状态下，底篮纵梁5和滑梁2均是在均布荷载作用下的简支梁，它们的跨中最大弯矩为qL2/8 (q为简支梁上均布荷载的组合值，L为简支梁的计算跨径)(见图7A)。为了真实反应挂篮的底篮纵梁5和吊杆3的受力状况，上分配梁6和下分配梁7可以分别设置两道，且上分配梁6布置在滑梁2的1/4和3/4位置处，下分配梁7布置在底篮纵梁5的1/4和3/4位置处，这样其跨中最大弯矩也为qL2/8(见图7B)。上分配梁6和下分配梁7可采用双槽钢(例如32b#双槽钢)间隔钢板焊接而成，连接吊杆8可采用Φ32的精轧螺纹钢。上分配梁6及下分配梁7与连接吊杆8之间可以通过螺母15等方式稳固连接，如图4所示。实施例以下通过具体实施例来对本发明进行更详细的说明。I.项目背景大桥主桥为连续箱梁，桥跨组成为40m+3*70m+40m的单箱单室连续梁。箱梁顶宽13m,翼缘板长3. 45m,支点处梁高4. 2m,跨中梁高2. 2m,梁高及底板厚按二次抛物线变化。腹板厚70cm 50cm (支点处腹板厚70cm)，底板厚度为IlOcm 30cm (支点处底板厚度为IlOcm),顶板厚度28cm。箱梁浇筑分8个阶段，其中0#块梁段长度为10m，合拢段长度为2. 0m，箱梁的悬浇长度是1-5号梁段为4. Om, 6-7号梁段为4. 5m。合拢段长度为2m，箱梁采用C55混凝土浇筑。挂篮悬臂浇筑箱梁最重的块段为1#块，其重量为135t。2.挂篮结构大桥采用菱形挂篮施工，菱形挂篮的主要结构包括主桁架系统、走行系统、锚固系统、吊挂系统和底托系统。
主桁架是由两片外形呈菱形的桁片在其横向设置前横梁18和后横梁19组成的一个空间桁架，并在两面竖杆25 (见图5)中间设置桁架以提高主桁架的空间稳定性和刚度，主桁架杆件采用32b#双槽钢两侧焊钢板，杆件间采用40C r钢销轴销接。挂篮在悬浇完一段箱梁，混凝土强度达到50M P a，预应力筋张拉完毕后，利用4套IOt链条滑车缓慢均匀地牵引两片主桁架向前移动，同时通过吊带4带动底平台(未示出)和内外模(未示出)沿滑梁2向前滑动，为减小摩擦阻力，行走轨道(未示出)表面及滑移支座(未示出)与轨道之间设4_厚不锈钢板。行走轨道通过梁体的竖向预应力钢筋锚固。由于大桥桥梁走向处于曲线上，因此，走向轨道在设计时表面盖板采用间隔焊接，每两块盖板间的竖向预应力钢筋侧位置都留有120mm*150mm的空隙，以调整挂篮的行走轨迹。
吊挂系统用于连接挂篮主桁架I和底模平台(未示出)，其中吊带4用尺寸为25mm*150mm材质为Q345B的钢板，吊杆3采用直径32mm的精轧螺纹钢筋，用千斤顶提升装置来调节底托系统的标高。底托系统由前托梁16、后托梁17、底篮纵梁5、平台梁(未示出)、前护栏(未示出)、侧护栏(未示出)和操作平台(未示出)等几部分组成，底篮纵梁5与底模模板(未示出)的横肋通过螺栓连接固定(现场配钻打孔)，前托梁16通过吊带4与前横梁18相连，浇筑混凝土时，后托梁17锚固于前段已完成的箱梁底板。外模模板(未示出)由6mm钢板加型钢带及侧模桁架钢组成。为便于施工，内模面板采用18mm厚竹胶板,背榜采用100mm*100mm的方木,采用可调节型内模支撑架,外模与内模用对拉螺栓连接，内设支撑加固，采用内滑梁形式，整体移动内模系统。当遇到底板齿板时，可将所在位置处的内模下角钢带拆除，配合脚手架完成浇筑；侧模与底模采用体外对拉的形式进行固定。外模提吊梁及内滑梁前端锚固于前横梁，后端悬吊于已浇箱梁表面，拆模时放松锚固端，随平台下沉和前移。3.挂篮结构分析采用M I DA S C I V I L2010有限元软件，对挂篮的主要受力构件进行了整体三维建模，挂篮三维模型如图5所示，模型杆件采用等刚度设计截面，采用均布荷载分别加载于底篮纵梁5和滑梁2上。本实施例共采用六根滑梁2，按它们的位置分为内滑梁21和外滑梁22，内滑梁21有2根，位于中间，外滑梁22有四根，两侧各两根(见图5)。挂篮预压荷载采用I. 2倍的混凝土自重，根据箱梁和挂篮的结构，对挂篮进行加载，其传力途径如下(I)箱梁翼缘板混凝土重量通过外滑梁22分别由前一节段已施工完的箱梁翼板和挂篮主桁的前横梁18承担。(2)箱梁顶板混凝土重量通过内滑梁21分别由前一节段已施工完的箱梁顶板和挂篮主桁的前横梁18承担。(3)箱梁底板、腹板混凝土重量分别由前一节段已施工完的箱梁和挂篮主桁的前横梁18承担。(3-1)挂篮主要受力构件受力情况分析根据计算，吊杆3、吊带4和主桁架的内力情况如下。(I)六根吊杆3的受力情况分别是最外侧的两根受力分别都是27kN，中间四根受力分别是40. 5kN。五根吊带4的受力情况如下最外侧的两根受力分别是92. 6kN，中间一根受力为106. 7kN，次外侧的两根受力均为15L lkN。由上述结果可知，吊杆3与吊带4的内力总和为810kN，承担着I. 2倍混凝土自重总荷载1620kN的一半。(2)主桁架后斜杆20与前上水平杆23承受拉力，分别是85. 9kN和66. 3kN ;后下水平杆24、竖杆25和前斜杆26承受压力，分别是66. 3kN、57. 4kN和77. 7kN。(3)底篮纵梁5最大正应力为96. 9M P a，滑梁2最大正应力为69. 8M P a。(4)前横梁18最大负弯矩为205. 2kN. m,最大正弯矩为104. 7kN. m ;后横梁19最大负弯矩为101. 2kN. m。(5)挂篮结构最大竖向位移为27mm,发生在最外侧滑梁22与前横梁18下端吊杆 连接处；主祐1架最大竖向位移为22mm,位于前端点处；前横梁18最大竖向位移为27mm,位于其两侧最外端；底篮纵梁5最大位移为25mm，位于与吊带4的交汇处。(3-2)挂篮预压结果采用两种预压方式对上述挂篮结构进行预压并进行比较。第一种为通常的反力架预压法，滑梁2不承担荷载，将混凝土自重等效为集中荷载，全部作用于底篮纵梁5中部，其计算模型除荷载不同，其余均与预压前的原结构相同。第二种采用整体预压装置预压，分别在滑梁2和底篮纵梁5的1/4和3/4位置处横向设置两道分配梁(即上分配梁6和下分配梁7)，将荷载等效为集中荷载，作用于分配梁与底篮纵梁5和滑梁2的交点位置处，上分配梁6和下分配梁7通过连接吊杆8连接，其计算模型如图6所示。反力架法预压结果分析如下(I)吊杆3与吊带4的内力总和为810kN，承担着I. 2倍混凝土自重总荷载1620kN的一半，但吊杆3不承担荷载，荷载全部由吊带4承担。五根吊带4的具体受力情况如下中间一根受力最小，为127. 5kN，其次是最外侧两根，都为161. 3kN，两根次外侧的吊带4受力均是180kN。(2)主桁架后斜杆20与前上水平杆23承受拉力，分别为85. 9kN和66. 3kN ;后下水平杆24、竖杆25和前斜杆26承受压力，分别是66. 3kN、57. 4kN和77. 7kN。内力数值大小与预压前原结构受力情况相同。(3)底篮纵梁5最大正应力为258. 3M P a,已超出Q235钢材的屈服应力，但滑梁2不承担荷载，应力为OM P a。(4)前横梁18最大负弯矩为88. 7kN. m，最大正弯矩为206. 4kN. m ;后横梁19无荷
载作用。(5)挂篮结构最大竖向位移为29mm,发生在底篮纵梁5腹板中间位置处；主祐1架最大竖向位移为22mm,位于其前端点处；前横梁18最大竖向位移为26mm,位于其中部。整体预压装置预压法结果分析如下(I)六根吊杆3的受力情况分别如下最外侧两根受力最小，均为25. 8kN，其次是中间两根，都是37. 3kN，受力最大的是次外侧两根，受力值皆为40. 4kN ;五根吊带4的受力情况是最外侧两根受力最小，都是94. 3kN，次外侧两根受力最大，分别是152. 3kN，中间的受力值是109. 8kN。由上述结果可知，吊杆3与吊带4的内力总和为810kN，承担着I. 2倍混凝土自重总荷载1620kN的一半，吊杆3与吊带4的内力分别基本与原结构受力一致；(2)主桁架后斜杆20与前上水平杆23承受拉力，分别是85. 9kN和66. 3kN ;后下水平杆24、竖杆25和前斜杆26承受压力，分别是66. 3kN、57. 4kN和77. 7kN。内力数值大小与预压前原结构受力情况相同。(3)底篮纵梁5最大正应力为102. 5MP a，滑梁2最大正应力为70. OM P a，应力大小与原结构非常吻合；(4)前横梁18最大负弯矩为201. 8kN. m，最大正弯矩为110. 4kN. m ;后横梁19最大负弯矩为85. 8kN.m，弯矩大小与原结构相差15%左右。(5)挂篮结构最大竖向位移为27mm,发生在最外侧滑梁22与前横梁18下端吊杆连接处；主祐1架最大竖向位移为22mm,位于前端点处；前横梁18最大竖向位移为27mm,位于其两侧最外端；底篮纵梁5最大位移为25mm，位于与吊带4交汇处，位移结果与原结构受力完全吻合。通过以上原结构与两种预压方案的分析，可知
(I)反力架预压法方法简便，能使挂篮主桁架得到真实的预压效果。但由于其受集中荷载影响较大，且只有底篮纵梁5承担荷载，吊杆3不受力，吊带4承受全部荷载；位移较原结构大，且最大位移发生在底篮纵梁5跨中；同时底篮纵梁5正应力明显大于原结构，本实施例中已超过钢材的屈服强度，表明底篮纵梁5被破坏。(2)采用整体预压装置预压，是在底篮纵梁5和滑梁2之间设置连接系统，通过设置合理的连接刚度，使底篮纵梁5和滑梁2同时受力，结果表明，该预压方式与实际受力非常吻合。( 3-3 )挂篮整体预压装置施工方法该方法施工工艺按如下步骤进行设置预埋件一挂篮安装一安装反力架系统一安装连接系统一安放加载系统一挂篮预压一拆除预压装置。具体施工操作包括( I)设置预埋件在0#施工时，将事先加工好的预埋件11安装于腹板相应位置处，并与结构钢筋进行点焊固定，确保在混凝土浇筑状态下位置不会发生改变，预埋件11所需钢筋截面满足抗剪要求，其锚固长度满足抗拔要求。(2)挂篮安装挂篮安装根据结构受力的特点，依次安装行走系统-锚固系统-主桁架系统-吊挂系统-滑梁和底篮系统。(3)安装反力架系统反力架系统采用焊接连接，按照水平杆12 —斜杆13 —横杆14的顺序依次焊接成空间结构。(4)安装连接系统在挂篮底篮纵梁5和滑梁2之间横向铺设双槽钢焊接而成的分配梁，在用作分配梁的槽钢之间的空隙处相应位置穿入连接吊杆8。连接吊杆8采用精轧螺纹钢，上下用螺母15固定，使其刚好开始受力。(5)安放加载系统在下分配梁7上相应位置处铺设加载纵梁9，并在加载纵梁9中部位置、反力架系统的横梁14下方放置千斤顶作为施载构件10。加载纵梁9和千斤顶所需高度应在安装预埋件11时考虑。(6)挂篮预压挂篮预压可分六级进行，每次施加的荷载分别为20 %、40 %、60 %、80 %、100 %、120%，加载过程中密切注意挂篮的变化情况，分别对控制点进行测量，记录下挂篮的变形值，加载到最大值时，应在位移下挠稳定后卸载。达到消除结构的非线性变形的目的，卸载完毕后，通过卸载前后的差值，求出结构的弹性变形，作为后期调整立模标高的依据。(7)拆除预压装置预压装置的拆除与安装顺序相反，逐次拆除各杆件，预埋件可埋入梁体中，不用拆除。本发明提供的挂篮整体预压装置具有施工便捷、材料用料少、操作简单、预压效果 好，且不受地形、气候等多因素的影响。通过在上、下纵梁(即本实施例中所述的滑梁2和底篮纵梁5)间设置连接系统，将结构连接成共同受力的体系，按照连接系统的刚度分配上、下纵梁的荷载，达到与实际受力相吻合的目的，能够取得良好的预压效果。以上通过实施例对本发明进行了详细的说明，但本发明并不限于此。在达到本发明目的的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明做出各种改进和变型。
权利要求
1.一种挂篮整体预压装置，包括加载系统和连接系统，所述加载系统设置在所述挂篮的底篮纵梁上，当加载系统施加荷载时，连接系统用于将荷载分配给所述挂篮的上部结构，使所述挂篮整体受力。
2.根据权利要求I所述的挂篮整体预压装置，其特征在于，所述连接系统连接所述挂篮的底篮纵梁和所述挂篮上部结构中的滑梁。
3.根据权利要求I或2所述的挂篮整体预压装置，其特征在于，所述连接系统包括分配梁和连接吊杆，所述分配梁包括上分配梁和下分配梁，所述上分配梁位于所述滑梁上，所述下分配梁位于所述底篮纵梁上，所述连接吊杆连接所述上分配梁和所述下分配梁。
4.根据权利要求3所述的挂篮整体预压装置，其特征在于，所述上分配梁设置在所述滑梁的1/4和3/4位置处，所述下分配梁设置在所述底篮纵梁的1/4和3/4位置处。
5.根据权利要求4所述的挂篮整体预压装置，其特征在于，还包括反力架系统，用于支撑所述加载系统。
6.根据权利要求5所述的挂篮整体预压装置，所述反力架系统包括预埋件、水平杆、斜杆和横杆，所述预埋件包括上预埋件和下预埋件，所述横杆沿桥梁横向布置，并与所述下预埋件处于同一水平面；所述水平杆沿桥梁纵向设置，其两端分别与所述下预埋件和所述横杆相连；所述斜杆的一端连接在所述上预埋件，另一端与所述横杆相连接。
7.根据权利要求5所述的挂篮预压装置，其特征在于，所述加载系统包括施载构件和加载纵梁，所述施载构件设置在所述加载纵梁上并被所述反力架系统支撑，所述加载纵梁位于所述下分配梁的上方。
全文摘要
本发明提供一种挂篮整体预压装置，该装置包括加载系统和连接系统，所述加载系统设置在所述挂篮的下部，当加载系统施加荷载时，连接系统用于将荷载传递给挂篮上部结构，使挂篮整体受力。所述连接系统包括分配梁和连接吊杆，所述分配梁包括上分配梁和下分配梁，所述上分配梁位于所述挂篮的滑梁上，所述下分配梁位于所述挂篮的底篮纵梁上，所述连接吊杆连接所述上分配梁和所述下分配梁。该装置使挂篮结构预压更符合实际受力状况。
文档编号E01D21/10GK102912738SQ201210442559
公开日2013年2月6日 申请日期2012年11月7日 优先权日2012年11月7日
发明者叶锦华, 吴杰, 吕嘉, 王辉, 李瑞银 申请人:北京市公路桥梁建设集团有限公司