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1、5梁模合一式移动模架预拱度设置 贺 涛“梁模合一”式移动模架预拱度设置第三工程有限公司 贺 涛摘 要：预拱度设置是移动模架制梁过程中控制现浇箱梁线形的一个重要环节。根据预拱度设置的原理和方法，结合郑黄桥移动模架现浇箱梁的施工，本文阐述在“梁模合一”异型模架施工现浇铁路箱梁的过程中预拱度设置的方法，对移动模架从设计、预压、浇筑及张拉等几个关键环节进行控制，确保了铁路箱梁线型符合设计和规范要求，为以后类似移动模架施工提供借鉴。关键字：梁模合一 移动模架 预拱度 设置1 工程概况郑州黄河公铁两用桥为石武客运专线跨越黄河的公铁两用桥梁，我项目部承建北岸滩地引桥N021N095段，共75孔。每孔桥形式基

2、本相同，均分为上下两层，下层为铁路部分，上层为公路部分，其中铁路箱梁跨径40.7米，单孔重量1300吨。由于本桥为公铁两用桥，为兼顾上层公路墩身设计，铁路墩身结构较为特殊，采取M型墩身，宽为22米，较以往铁路墩身宽度大大增加。因此，无法采用常规在铁路墩上安装牛腿支架形式的移动模架，根据工程特点采用“梁模合一”式移动模架，即移动模架中用于承重结构物混凝土的钢箱主梁与外模板系统“合二为一”，这样大大增加了施工难度。根据工程数量项目部配置了2套DXZ40/1400型下承式移动模架用于铁路简支箱梁施工。2 开工前对铁路箱梁预拱度的二次复核公铁合建段铁路引桥40.7米铁路箱梁图纸规定预拱度设置，理论计算

3、跨中反拱值：顶宽13.4m为17.5mm，其中恒载产生的上拱值为20.81mm，净活载挠度为6.62mm；顶宽14.4m为21.6mm，其中恒载产生的上拱值为24.95mm，净活载挠度为6.53mm；顶宽15.4m为25.24mm，其中恒载产生的上拱值为28.46mm，净活载挠度为6.44mm。其他位置应按二次抛物线过渡。项目在施工准备阶段制作了10组铁路箱梁C50高性能混凝土试件，对影响箱梁变形的弹性模量进行了测定，试验室测定的C50混凝土弹性模量介于4.2-4.5之间（见表1），比设计院提供的3.5略大。由于弹性模量是反映混凝土抵抗弹性变形能力的指标，其值越大，使混凝土发生一定弹性变形的应

4、力也越大，考虑到弹性模量是张拉后箱梁起拱的重要影响因素，项目部上报工作联系单到中铁大桥设计院，说明了混凝土弹性模量较设计高出约0.8104MPa的情况。设计单位采用计算软件对箱梁起拱进行了二次计算复核，高出部分弹性模量对箱梁预拱度影响较小，可按原设计进行铁路箱梁预拱度设置。 铁路箱梁混凝土配合比及弹性模量 表1C50高性能混凝土配合比（kg/m3）10组试件弹性模量（104MPa）水泥砂石矿粉粉煤灰水外加剂4.214.514.204.354.443507221083100501454.254.384.464.404.464.283 移动模架预拱度设计 3.1预拱度设计的三个步骤移动模架预拱度设

5、计是决定铁路箱梁线性顺畅的主要因素，模架预拱度的设计应兼顾模架自身重量等因素。本套移动模架采用“梁模合一”，即主梁与模板互为一体，施工过程中分三步骤进行变形。第一步，模架拼装就位后，跨中处最大上拱4cm，其他位置按二次抛物线过渡4cm第二步，浇筑混凝土时，受荷载作业作用模架主梁以抛物线形式跨中下挠6cm，形成以水平线下2cm挠度，与铁路箱梁设计的2cm预拱度相吻合2cm第三步，混凝土强度达到设计要求好经过预应力张拉，梁体上拱2cm，即实现了梁顶水平的技术要求，确保无碴轨道铺设评估顺利通过。在整个过程中，首先通过计算确定模架在荷载时的整体变形，然后在分节段制作时，设置预拱度。同时在出场组装时，用

6、对模架预拱度的线形进行复合，否则不予出厂，进入现场施工需认真监控整个变形过程。在设计模架时，应注意要求模架的刚度能够实现6cm以内的弹性变形，则能够实现预拱度的设置。3.2 主钢箱梁结构设计3.2.1主梁钢箱梁结构DXZ40/1400下行自行式移动模架针对郑州黄河桥公铁合建段现浇铁路双线整孔桥梁施工而设计，为下行式结构，主要由主框架总成、外模系统、内模系统等部分组成。主框架部分由并列的2组纵梁组成，每组纵梁由2节导梁+5节承重钢箱梁+4节导梁组成，钢箱梁长10m+38m+10m，高3米，翼缘板宽2.3米，腹板中心距2.1米。钢箱梁接头采用螺栓节点板联结。承重钢箱梁受铁路墩身限制，形状与铁路箱梁

7、外形相似。图1 主梁钢箱梁断面图 3.2.2主梁截面性质图4 主钢箱梁截面图毛截面面积：A=242602mm2截面绕X轴抗弯惯性矩：IX=3.9381011mm4截面绕Y轴抗弯惯性矩：IY=2.0051011mm4截面绕X轴抗弯模量： WX上=2.382108mm3 WX下=2.498108mm3截面绕Y轴抗弯模量： WY左=1.641108mm3 WY右=1.374108mm3盖板及腹板材料为Q345。3.2.3主梁强度刚度校核（单箱）主梁挠跨比为：f=58/40700=1/7021/700（1）主梁强度校核浇筑混凝土梁时，主梁跨中承受最大弯矩：Mmax =3975.7104 N.m。主梁上

8、盖板厚30mm，下盖板厚20mm，则：上= Mmax/WX上=3975.7104N.m/2.382108m310-9=166.9Mpa236Mpa下= Mmax/WX下=3975.7104N.m/2.498108m310-9=159.2MPa244MPa（2）主梁刚度校核，浇筑混凝土前后，主梁跨中变形差值为：Q=144 kN/mf =5ql/384EI=5.8cml/500=8cm与设计要求近似相等且复核设计规范的要求。3.2.4移动模架主梁工况计算移动模架主梁主要是在混凝土浇注时承受混凝土重量及其他施工荷载。标准荷载值 表2荷载分类项次荷载项目标准值方向单位永久荷载1模架自重25.9kN/m

9、2底模及翼模重量26.37 kN/m3导梁重量3.04 kN/m可变荷载4混凝土荷载144.69 kN/m5混凝土侧压力50kN/m26风荷载0.3kN/m27振捣力2kN/m28施工荷载2kN/m2计算主梁以浇注混凝土时的工况为最不利情况，浇注时5吨小龙门吊不容许吊重需牢固稳定，按荷载效应基本组合，采用的分项系数设计表达式为0结构重要性系数，对安全等级为一级、二级、三级的结构构件，可分别取1.1、1.0、0.9；对于本桥重要性，安全等级取1.1G永久荷载分项系数，对效应不利时取1.2Q1第一个可变荷载，取1.3QiQ1可变荷载取1.30.65=0.845（1）弯应力验算荷载组合：竖向均布荷载

10、为1.11.3(25.9+26.37)+144.691.3+3.220.85=287.6 KN/m；横向均布荷载为1.13.2301.1+3.221.1+3.20.31.1=114kN/m（2）材料性质移动模架为箱室结构，上盖板为30mm厚，下盖板为20mm，根据计算上盖板：Ix=0.1613m4 Iy=0.0338m4 A=0.0715m2 Wx=0.1073m3 Wy=0.0284m3下盖板：Ix=0.1083m4 Iy=0.0226m4 A=0.0477m2 Wx=0.0721m3 Wy=0.019m3腹 板：Ix=0.0708m4 Iy=0.1398m4 A=0.0954m2 Wx=0

11、.0238m3 Wy=0.119m3肋 板：Ix=0.045m4 Iy=0.096m4 A=0.024m2 Wx=0.033m3 Wy=0.137m3型 钢：Ix=0.0096m4 Iy=0.0152m4 A=0.0128m2 Wx=0.0108m3 Wy=0.0138 m3（3）模架的弯应力计算Mx=ql2/8=287.64040/8=57520kN.m/2=28760kN.mWX总=0.247 m3x =M/W=57520/0.247=104Mpa215Mpa由于上下盖板受力较大，因此对此部分进行详细验收。x =M/W=28760/0.1794=160315(签订合同时要求采用Q345钢材

12、)My= ql2/8=1144040/8=22800 kN.mMy =M/W=92.9Mpa215Mpa从弯应力来看均满足设计规范的要求（4）模架剪应力计算x=5752kN/0.29 m2 =19.8 Mpa125Mpay=2280/0.29=7.8 Mpa125Mpa（5）三向应力总=143 Mpa满足设计要求 3.3移动模架预压移动模架拼装后，在第一孔箱梁施工前要对移动模架进行预压观测。预压目的是消除移动模架拼装的非弹性变形，测算出施工荷载作用下的弹性变形值。检验移动模架的强度、刚度，与设计计算值比对，并根据移动模架浇注前、后实测标高的数据对移动模架的线型进行调整。经过预压还可验证在荷载作

13、用下，能否实现模架设计的预拱度要求。3.3.1预压荷载对单个砂袋进行称重，计算出砂袋的使用数量。调整底模高度，使主框架的四角处于同一标高位置，再调整翼模撑杆的高低，使翼模处于浇注状态位置。按照单孔铁路箱梁重量确定基准载荷为1300吨，用压重物（袋装沙子）模拟混凝土箱梁的重量分布，分别按1040吨、1300吨、1365吨对模架分级加载试验，荷载分布示意图如下： 图6 移动模架预压图3.3.2移动模架的预压观测（1）预压观测点的布设项目首先选在N094孔进行移动模架的拼装，模架拼装后根据预压观测的需要分别在两侧主梁内的底板纵向布置五个观测点，位置分别为0L、1/4L、1/2L、3/4L、L。图7

14、移动模架主梁预压观测点布置示意图图8 移动模架预压观测点纵断面布置示意图（2）移动模架预压观测的布骤1）测量各观测点的预压前的原始标高；2）第一级按1040吨加载（加载80）后，测量各观测点的标高值；3）第二级按1300吨加载（加载100）后，测量各观测点的标高值；4）第三级按1365吨加载（加载105）后，测量各观测点的标高值；5）静置24小时后，再次测量各观测点的标高值；6）卸载后再次测量各观测点的标高值。 N094孔移动模架主梁预压标高记录表 表3点号项目左梁(左模)右梁(右模)0L/4L/23L/4L0L/4L/23L/4L加载前(m)111.120111.147111.154111.

15、147110.888111.127111.149111.154111.141110.88480%荷载(m)111.118111.112111.103111.112110.887111.126111.113111.110111.108110.885100%荷载(m)111.117111.104111.100111.106110.885111.124111.107111.100111.102110.886105%荷载(m)111.117111.104111.099111.105110.885111.124111.107111.099111.100110.886静置24小时111.117111.10

16、4111.099111.105110.885111.124111.107111.099111.100110.886卸载后(m)111.120111.147111.155111.148110.886111.128111.149111.155111.141110.886总沉降值(mm)343554233425541-2非弹性变形量(mm)00-1-12-10-10-2弹性变形量(mm)3435643144256410备注3.4移动模架主钢箱梁线形调整从上表移动模架预压的数据来看，模架左、右侧主梁的12L跨中处的加载到105后实际沉降量为5.5 cm，设计沉降量为6cm，实测与设计误差为0.5 cm

17、，符合规范要求。暂不考虑非弹性变形量，主钢箱梁L/4下沉值43mm，跨中L/2下沉56mm。设计文件要求，箱梁张拉起拱值为20mm。因此，移动模架跨中需要设置拱度为56-20=36mm，其它截面按二次抛物线进行分配，计算如下：抛物线公式设为：ax2+bx+c=y，以跨中为水平坐标原点，当x为o时，y值等于36mm，即c=36mm，当x=20m时，y=0， b=0可求得a=-0.09，此时抛物线方程为y=-0.09x2+36，将各点的横坐标代入可得：0处 x=-20m y=0L/4点处 x=-10m y=27mmL/2点处 x=0m y =36mm3L/4点处 x=10m y=27mmL点处 x

18、=20m y =0mm根据计算可得移动模架预拱度数据： 预拱度设置表 表4位置0LL/4L/23L/4L预拱度mm02736270为了使铁路箱梁施工后的高程符合设计要求，通过预压的结果对移动模架主钢箱梁的线形进行微调。在预压完成后，项目部施工了N094孔铁路箱梁，并对N094孔箱梁浇筑前、后移动模架主梁的预拱值进行了观测，预拱度变化见下表。 N094孔箱梁混凝土浇筑前后预拱度统计 表5位置0LL/4L/23L/4L预拱度mm浇筑前（上拱）02737270浇筑后（下拱）01521171从上表可以看出：浇筑前箱梁1/2L跨中处的预拱度为3.7cm，待箱梁浇筑后1/2L跨中处的预拱度为-2.1cm，

19、说明移动模架主梁浇筑后沉降了5.8cm，相比预压数值增大了3mm，符合设计要求。3.5根据规范及设计要求，移动模架施工现浇箱梁线型控制按下式计算：实际控制标高fc（设计标高位置处） 公式计算：fc=f0+f1+f2-f3-f4+f5其中：f0:线路设计标高； f1:砼浇注后，主钢箱梁的弹性变形，由施工单位根据钢箱梁的参数计算；f2:移动模架支撑系统的弹性与非弹性压缩变形；f3:预应力张拉对砼箱梁线型的影响，设计院提供参考数据；f4:现浇箱梁张拉压浆完毕后的箱梁的预拱度，设计院提供参考数据；f5:正常跨施工时悬臂端后吊点下挠度，由设计院提供参考数据。钢箱梁刚度计算可根据预压观测结果及已浇梁跨实际

20、下挠度进行修正。3.6铁路箱梁上拱量在预应力钢束张拉后的变化移动模架拼装过种中，底模板与横梁之间用螺丝连接，存在局部小部分间隙人工没法拧紧到位的现象，同时观测时由于人或当时环境（如刮风等影响）对测量数据有一定的误差，对预压后模架预拱的设置都有一定的影响。铁路箱梁张拉完成后，梁体会有起拱，并且随着龄期的增加，箱梁在不断发生徐变，起拱会不断增加。项目使用Trimble DINI03型电子水准仪对梁体张拉后标高进行测量观测，终张后至梁体龄期75天的观测数据如下： 铁路箱梁张拉后起拱值统计表 表6工况累计上拱量（mm）工况累计上拱量（mm）工况累计上拱量（mm）工况累计上拱量（mm）张拉后左跨中24.

21、26 张拉后3天左跨中24.39 张拉后5天左跨中24.61 张拉后7天左跨中26.49 右跨中24.98 右跨中25.21 右跨中25.36 右跨中27.02 平均值24.62 平均值24.80 平均值24.98 平均值26.76 张拉后15天左跨中27.29 张拉后23天左跨中28.84 张拉后30天左跨中29.09 张拉后37天左跨中29.13 右跨中27.77 右跨中29.30 右跨中29.57 右跨中29.60 平均值27.53 平均值29.07 平均值29.33 平均值29.36 张拉后44天左跨中30.11 张拉后54天左跨中31.01 张拉后61天左跨中31.71张拉后68天左

22、跨中31.52 右跨中30.47 右跨中31.86 右跨中32.965右跨中32.83 平均值30.29 平均值31.44 平均值32.33平均值32.17 张拉后75天左跨中31.40 右跨中32.79 平均值32.09 从上表结果可以看出：铁路箱梁张拉后跨中起拱值分别为24.26mm和24.98mm，与图纸中给出的设计起拱值20mm差值在4mm之内，说明箱梁张拉后的起拱值符合精度要求。但随着龄期的不断增加，张拉后61天时箱梁跨中起拱值从24mm增加到32mm，比设计值大12mm，误差较大。张拉61天以后，箱梁徐变基本结束，说明铁路箱梁混凝土张拉完成后的2个月之内，一直处于徐变状态。因此，模

23、架拼装时将模架跨中上拱值确定为4cm偏大，根据箱梁徐变的数据分析，我们将移动模架主梁预拱度进行微调，跨中位置从上拱4cm调整为3.5cm，箱梁混凝土浇筑后主梁下沉6cm，即铁路箱梁浇筑完成后形成了向下2.5cm的预拱值，在箱梁张拉并经过60天徐变后，就可以基本保证箱梁顶面水平，确保无碴轨道铺设评估顺利通过。第一，跨中位置上拱3.5cm，其他位置按二次抛物线过渡3.5cm第二，铁路箱梁浇筑完成后形成了向下2.5cm的预拱值2.5cm第三，箱梁张拉完成2月后，梁体上拱3cm左右，基本实现梁顶水平4 结束语预拱度控制是移动模架施工中的重点工作，施工前应按照“客运专线铁路桥涵施工技术指南”和设计图纸的要求设置预拱度，通过模拟实际荷载进行预压，并对所测数据分析得出预拱度实际值，分析实际数据对预拱度进行微调，以确保主梁现浇后的顶面线型满足规范要求。在后期的施工中，考虑到梁体模架在浇筑过程中，钢构件会产生疲劳而挠度发生变化，因此在施工过程中必须跟踪观测，当变形较大时随时对模架预拱度值进行调整。参考文献：1 建筑变形测量规程（JGJ/T8-97）2 郑州黄河公铁合建段DXZ40/1300下行式移动模架使用说明书3 GB50017-2003 钢结构设计规范4 GB50205-2001 钢结构工程施工及验收规范5 客运专线无碴轨道铁路设计指南 铁建设函2005754号