CN112921829B - 用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法，包括支撑结构、悬吊结构和兜底防护结构；支撑结构包括方向垂直分布的支撑横梁和支撑纵梁，支撑横梁通过设置在支撑纵梁上的支座与支撑纵梁连为一体；支撑纵梁一端通过悬吊结构与上部挂篮结构连接，其另一端通过悬吊结构与浇筑的混凝土块连接；兜底防护结构设置于支撑结构上部四周。本发明结构简单，施工方便，受力均匀明确，模拟效果显著，可预制程度高，施工工期短，实用性强；可有效解决现有技术施工方法复杂，易受天气影响，模拟受力不够精确等问题。

Description

用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法

技术领域

本发明属于桥梁施工的技术领域，具体涉及一种用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法。

背景技术

对于悬臂施工桥梁而言，挂篮是其进行混凝土现浇的重要设备，挂篮承受了施工阶段所有的荷载，包括施工设备荷载，人员荷载以及现浇混凝土的自重荷载，其承载能力的大小和弹性变形量与施工的安全和结构线性的控制密切相关。为了检验挂篮质量能否满足设计要求，就需要对其进行设计荷载下的预压试验。从而通过加载分析，获取各个工况下的实际参数，消除挂篮结构的非弹性变形，保证施工质量与安全，指导后续施工。现有的预压方式基本分为三种，配重沙袋预压，水箱加载预压，千斤顶加载预压。

其中，沙袋预压法搬运工作量大，周期长，易受天气影响且必须对称加载。

水箱加载预压法需定制水箱，且水箱高度一般很大，与实际梁体的作用效果有所偏差。

千斤顶加载预压法不能完全消除挂篮系统的非弹性变形，得到的主桁杆件弹性变形值也只是挂篮系统中主桁部分的变形值。

同时对于跨线桥梁的施工，如上跨式横穿既有铁路、公路线，不仅要关注施工质量，更应关注桥梁下方行车和施工人员的安全，同时应尽可能减少对交通的干扰。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法，以解决现有技术施工方法复杂，需要大量堆积材料，且模拟受力不够精确的问题。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，其包括支撑结构、悬吊结构和兜底防护结构；支撑结构包括方向垂直分布的支撑横梁和支撑纵梁，支撑横梁通过设置在支撑纵梁上的支座与支撑纵梁连为一体；支撑纵梁一端通过悬吊结构与上部挂篮结构连接，其另一端通过悬吊结构与浇筑的混凝土块连接；兜底防护结构设置于支撑结构上部四周。

进一步地，支撑纵梁一端通过吊杆与挂篮前横梁的边支点连接，另一端通过吊杆与浇筑混凝土块连接；支撑纵梁包括中梁和边梁；边梁为L型箱梁，中梁为矩形箱梁，中梁的高度为边梁高度的一半。

进一步地，中梁上设置支座、支撑横梁进水口和支撑横梁出水口；中梁一端通过吊杆与挂篮前横梁连接，中梁另一端通过吊杆与混凝土浇筑块的底板连接；支撑纵梁的跨中上表面开设若干个进水口，支撑纵梁纵向两端表面的下部开设若干个出水口。

进一步地，支撑横梁为箱型结构，支撑横梁一端固定在边梁的支座上，另一端固定在中梁的支座上；支撑横梁与支撑纵梁布置方向垂直，支撑横梁沿纵向布置7排，并在其上开设有支撑横梁进水口和支撑横梁出水口；支撑横梁进水口设置在支撑横梁的跨中上表面，支撑横梁出水口设置在支撑横梁横向跨中端表面的下部。

进一步地，悬吊结构包括用于连接挂篮结构和支撑结构的精轧螺纹钢吊杆，精轧螺纹钢筋吊杆沿纵向布置两排，沿横向每排布置七个，且均与支撑纵梁连接。

进一步地，兜底防护结构包括拼装钢板组成兜底平台、防护栏和防护网；拼装钢板为支撑在支撑横梁上方并与横梁垂直布置的长条状钢板，其通过螺栓与支撑横梁连接，并沿横向紧密布置；防护栏采用钢丝密目网制成，沿支撑纵梁和钢板四周布置。

进一步地，挂篮包括承重主桁架、前横梁、后横梁、主桁架前支点和底蓝后锚点；后横梁与承重主桁架的连接处与主桁架前支点间设有立柱支撑，后横梁与底蓝后锚点通过承重主桁架连接，前横梁和主桁架前支点以及主桁架前支点与底蓝后锚点都通过桁架杆进行连接；桁架的交点处均通过固定销连接固定。

用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法，包括：

S1、对零号混凝土块进行浇筑，并同步进行挂篮构件的设计；

S2、拼装挂篮、安装挂篮的底板及侧模板并经检查验收合格后，测量其标高，同时根据挂篮的挠度测试要求，对预压加载前的各项指标进行观测；

S3、悬吊支撑结构，通过吊杆使支撑横梁与挂篮进行连接，将支撑横梁通过支座固定在支撑纵梁上，并拼装兜底钢板，安装四周防护栏；

S4、取超载预压力为最大箱梁段的自重的1.2倍，并进行分级加载，加载划分为6级，按照20％、50％、80％、90％、95％、100％预压力荷载进行分级均匀对称加载；

S5、二侧挂篮超载预压结束后，两侧挂篮同时卸载，卸载按照80％、50％、0％进行，卸载过程中记录应变和挠度数据；

S6、预压结束，形成报告。

进一步地，S4中分级均匀对称加载包括初始标高的测量，分级加载、测量变形数据并记录，持荷20min后再次测量变形并记录数据，其中最大荷载持载为一个小时，若两次测量的各观测点的变形平均值大于2mm，则再次持荷20min待挂篮变形稳定后再次复测，每级加载依次重复测量检验，若前后两次测量的变形平均值小于2mm，则判定此级预压沉降变形稳定，进入下一级加载。

进一步地，荷载的施加通过在支撑纵梁和横梁箱体内注水，施加每一级荷载之前先对支撑横梁和纵梁进行调平，通过计算箱内水的高度确定每一级加载所需的水位，加载时对水位进行实时监测，临近每级标记水位时减缓注水速度。

本发明提供的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置及其预压加载方法，具有以下有益效果：

本发明结构简单，施工方便，受力均匀明确，模拟效果显著，可预制程度高，施工工期短，实用性强；可有效解决现有技术施工方法复杂，易受天气影响，模拟受力不够精确等问题。

附图说明

图1为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的使用状态的正视图。

图2为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的使用状态的侧视图。

图3为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的细部结构的正视图。

图4为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的细部结构的侧视图。

图5为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的细部结构的平面图。

图6为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的支撑横梁端部出水口的细部图。

图7为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法的施工流程图。

图8为用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法的分级加载流程图。

其中，1、承重主桁架；2、主桁架前支点；3、上平联；4、桁架连杆；5、支撑横梁进水口；6、固定销；7、防护栏；8、拼接钢板；9、支撑纵梁；10、支撑纵梁进水口；11、支撑横梁；12、混凝土浇筑块；13、侧模支撑梁；14、底蓝后锚点；15、前横梁边支点；16、支座；17、前横梁；18、后横梁；19、后横梁边支点；20、吊杆；21支撑横梁出水口；22、支撑纵梁出水口；23、外侧前悬吊；24、内侧前悬吊；25、边梁；26、中梁；27、支撑立柱。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

根据本申请的一个实施例，参考图1-图6，本方案的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，包括支撑结构、悬吊结构和兜底防护结构。

以下将对上述各个结构进行详细说明。

支撑结构；

参考图1和图2，支撑结构包括方向垂直分布的支撑横梁11和支撑纵梁9，支撑横梁11通过设置在支撑纵梁9上的支座16与支撑纵梁9连为一体；支撑纵梁9一端通过悬吊结构与上部挂篮结构连接。

支撑横梁11和支撑纵梁9均为箱型结构，且均在跨中上表面设置进水口，在梁端一侧下部设置出水口，进出水口处设置安全阀门，保证阀门关闭后箱体成密封状态。

进水口处设有封堵板，出水口设有安全阀，进水口位于支撑结构的上表面的中间位置，出水口设置在侧表面的下方位置，当出水口封闭后，整个支撑横梁11就成为一个能够盛水的储水箱，且支撑横梁11和支撑纵梁9的上表面设置有调平管，保证支撑横梁11和支撑纵梁9水平放置，从而储水后产生的自重就可以达到模拟预压挂篮的功能。

支撑纵梁9一端通过吊杆20与挂篮前横梁17的边支点15连接，用于将自重通过吊杆20传递至挂篮前横梁17，另一端通过吊杆20与浇筑混凝土块12连接，用于将自重通过吊杆20传递至混凝土浇筑块12。

支撑纵梁9包括中梁26和边梁25。边梁25为L型箱梁，其上设置有支座16、支撑纵梁进水口10和支撑纵梁出水口22。

中梁26为矩形箱梁，其高度为边梁25的一半，其上设置有支座16、支撑横梁进水口5和支撑横梁出水口21，其一端通过吊杆20与挂篮前横梁17连接，一端通过吊杆20与混凝土浇筑块12的底板连接，从而将自重传递给挂篮和混凝土浇筑块12。

参考图4、图5、图6，支撑纵梁9所有的进水口10均设置在支撑纵梁的跨中上表面，所有的出水口22均设置在支撑纵梁9纵向两端表面的下部。

支撑横梁11为箱型结构，其通过一端固定在边梁25的支座16上，一端固定在中梁26的支座16上，从而将自重里传递至上述支撑纵梁9，再通过吊杆20的作用间接将力传递至挂篮前横梁17。

在对挂篮进行预压时为了保证挂篮的实际受力，通过支撑横梁11的自重来模拟现浇箱梁底板和顶板时挂篮的受力状态，支撑横梁11与支撑纵梁9布置方向垂直，沿纵向布置7排，其上设置有支撑横梁11进水口5和支撑横梁11出水口21，进水口5设置在支撑横梁11的跨中上表面，出水口设置在支撑横梁11横向跨中端表面的下部。

悬吊结构；

悬吊结构包括用于连接挂篮结构和支撑结构的精轧螺纹钢吊杆20，精轧螺纹钢筋吊杆20沿纵向布置两排，沿横向每排布置七个，且均与支撑纵梁9连接。

兜底防护结构；

兜底防护结构包括拼装钢板8组成兜底平台、防护栏7和防护网；拼装钢板8为支撑在支撑横梁11上方并与横梁垂直布置的长条状钢板，其通过螺栓与支撑横梁11连接，并沿横向紧密布置；防护栏7采用钢丝密目网制成，沿支撑纵梁9和钢板四周布置，用于保证人员和施工安全。

挂篮结构；

挂篮通过与现浇混凝土块12在主桁架前支点2与后锚点14进行锚固连接进行整体受力。挂篮包括承重主桁架1、前横梁17、后横梁18、主桁架前支点2和底蓝后锚点14。前横梁17和后横梁都18为桁架体系，平行设置，并通过上平联3连接成为一个横梁体系，后横梁18与承重主桁架1的连接处与主桁架前支点2间设有立柱支撑27，后横梁18与底蓝后锚点14通过承重主桁架1连接，前横梁17和主桁架前支点2以及主桁架前支点2与底蓝后锚点14都通过桁架连杆4进行连接，所有的桁架的交点处都通过固定销6连接固定。

根据本申请的一个实施例，参考图7和图8，本方案的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法，包括：

S1、进行零号混凝土块的浇筑，并同步进行挂篮构件的设计。

S2、拼装挂篮、安装挂篮的底板及侧模板并经检查验收合格后，测量其标高，同时根据挂篮的挠度测试要求，对预压加载前的各项指标进行观测。

S3、悬吊支撑结构，通过吊杆20使支撑横梁11与挂篮进行连接，将支撑横梁11通过支座16固定在支撑纵梁9上，并拼装兜底钢板，安装四周防护栏7。

S4、取超载预压力为最大箱梁段的自重的1.2倍，并进行分级加载，加载共分为6级，按照20％、50％、80％、90％、95％、100％预压力荷载进行分级均匀对称加载。

其中，分级加载包括初始标高的测量，分级加载、测量变形数据并记录，持荷20min后再次测量变形并记录数据，其中最大荷载持载要求一个小时，如果两次测量的各观测点的变形平均值大于2mm则再次持荷20min待挂篮变形稳定后再次复测，每级加载依次重复测量检验,如果前后两次测量的变形平均值小于2mm则判定此级预压沉降变形稳定，可进入下一级加载。

荷载的施加通过在支撑纵梁和横梁箱体内注水来实现，施加每一级荷载之前都要先对支撑横梁11和支撑纵梁9进行调平，保证吊杆20的均匀受力，通过计算箱内水的高度来确定每一级加载所需的水位，加载时对水位进行实时监测，临近每级标记水位时应减缓注水速度，保证每一级加载荷载的准确性；在加载之前应保证箱梁出水口的安全阀门处于关闭状态，并实时监测，防止箱内水的流失从而降低了预加荷载。

支撑纵梁9注水后自重产生的荷载主要用于模拟浇筑时腹板混凝土及翼板混凝土的自重荷载，支撑横梁11注水会自重产生的荷载主要用于模拟浇筑时底板混凝土和内顶板混凝土自重。

即预压时通过控制水位高低来控制预压力的大小，通过选择在支撑横梁11或者支撑纵梁9中注水来模拟顶底板混凝土的浇筑或者腹板和翼缘板混凝土的浇筑。

S5、二侧挂篮超载预压结束后，两侧挂篮同时卸载，卸载按照80％、50％、0％进行，卸载过程中同样密切观测，记录应变和挠度数据。

S6、预压结束，形成报告。

本发明结构简单，施工方便，效果显著，成本较低。在预压时通过控制水位高低来控制预压力的大小，通过选择在支撑横梁或者支撑纵梁中注水来模拟顶底板混凝土的浇筑或者腹板和翼缘板混凝土的浇筑，模拟效果相比其他装置更加显著。且支撑结构均为箱型结构，构造简单，预制方便，能有效提高施工效率，大幅减少工期。本发明不受天气的影响，且注水后形成的自重为均布荷载，受力更加均匀合理；在实现挂篮预压的基础上，整个支撑结构又可作为兜底支撑平台，结合拼装钢板和护栏后形成一个保证施工安全和桥下行车安全的兜底防护平台。

本发明结构简单，施工方便，受力均匀明确，模拟效果显著，可预制程度高，施工工期短，实用性强，能有效解决现有技术施工方法复杂，易受天气影响，模拟受力不够精确等问题。

虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，其特征在于：包括支撑结构、悬吊结构和兜底防护结构；所述支撑结构包括方向垂直分布的支撑横梁和支撑纵梁，支撑横梁通过设置在支撑纵梁上的支座与支撑纵梁连为一体；所述支撑纵梁一端通过悬吊结构与上部挂篮结构连接，其另一端通过悬吊结构与浇筑的混凝土块连接；所述兜底防护结构设置于支撑结构上部四周；

所述支撑纵梁一端通过吊杆与挂篮前横梁的边支点连接，另一端通过吊杆与浇筑混凝土块连接；支撑纵梁包括中梁和边梁，边梁为L型箱梁，其上设置有支座、支撑纵梁进水口和支撑纵梁出水口；

中梁为矩形箱梁，其高度为边梁的一半，其上设置有支座、支撑横梁进水口和支撑横梁出水口，其一端通过吊杆与挂篮前横梁连接，一端通过吊杆与混凝土浇筑块的底板连接，从而将自重传递给挂篮和混凝土浇筑块;所述支撑纵梁的跨中上表面开设若干个进水口，支撑纵梁纵向两端表面的下部开设若干个出水口；

所述支撑横梁为箱型结构，支撑横梁一端固定在边梁的支座上，另一端固定在中梁的支座上；支撑横梁与支撑纵梁布置方向垂直，支撑横梁沿纵向布置7排，并在其上开设有支撑横梁进水口和支撑横梁出水口；所述支撑横梁进水口设置在支撑横梁的跨中上表面，支撑横梁出水口设置在支撑横梁横向跨中端表面的下部。

2.根据权利要求1所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，其特征在于：所述悬吊结构包括用于连接挂篮结构和支撑结构的精轧螺纹钢吊杆，精轧螺纹钢筋吊杆沿纵向布置两排，沿横向每排布置七个，且均与支撑纵梁连接。

3.根据权利要求1所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，其特征在于：所述兜底防护结构包括拼装钢板组成兜底平台、防护栏和防护网；所述拼装钢板为支撑在支撑横梁上方并与横梁垂直布置的长条状钢板，其通过螺栓与支撑横梁连接，并沿横向紧密布置；所述防护栏采用钢丝密目网制成，沿支撑纵梁和钢板四周布置。

4.根据权利要求1所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置，其特征在于：所述挂篮包括承重主桁架、前横梁、后横梁、主桁架前支点和底蓝后锚点；所述后横梁与承重主桁架的连接处与主桁架前支点间设有立柱支撑，后横梁与底蓝后锚点通过承重主桁架连接，前横梁和主桁架前支点以及主桁架前支点与底蓝后锚点都通过桁架杆进行连接；所述桁架的交点处均通过固定销连接固定。

5.根据权利要求1-4任一所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法，其特征在于，包括：

S1、对零号混凝土块进行浇筑，并同步进行挂篮构件的设计；

S2、拼装挂篮、安装挂篮的底板及侧模板并经检查验收合格后，测量其标高，同时根据挂篮的挠度测试要求，对预压加载前的各项指标进行观测；

S3、悬吊支撑结构，通过吊杆使支撑横梁与挂篮进行连接，将支撑横梁通过支座固定在支撑纵梁上，并拼装兜底钢板，安装四周防护栏；

S4、取超载预压力为最大箱梁段的自重的1.2倍，并进行分级加载，加载划分为6级，按照20%、50%、80%、90%、95%、100%预压力荷载进行分级均匀对称加载；

S5、二侧挂篮超载预压结束后，两侧挂篮同时卸载，卸载按照80%、50%、0%进行，卸载过程中记录应变和挠度数据；

S6、预压结束，形成报告。

6.根据权利要求5所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法，其特征在于：所述S4中分级均匀对称加载包括初始标高的测量，分级加载、测量变形数据并记录，持荷20min后再次测量变形并记录数据，其中最大荷载持载一个小时，若两次测量的各观测点的变形平均值大于2mm，则再次持荷20min待挂篮变形稳定后再次复测，每级加载依次重复测量检验，若前后两次测量的变形平均值小于2mm，则判定此级预压沉降变形稳定，进入下一级加载。

7.根据权利要求6所述的用于跨线桥梁挂篮施工的预压装置的预压加载方法，其特征在于：荷载的施加通过在支撑纵梁和横梁箱体内注水，施加每一级荷载之前先对支撑横梁和纵梁进行调平，通过计算箱内水的高度确定每一级加载所需的水位，加载时对水位进行实时监测，临近每级标记水位时减缓注水速度。

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