客運專線大跨度預應力連續梁臨時支座抗傾覆施工安全簡算

于壯飛，鐘右鵬

1.京沈鐵路客運專線遼寧有限責任公司，遼寧沈陽 110006

2.中鐵九局集團第七工程有限公司，遼寧沈陽 110006

1 工程概況

新建盤營客運專線繞陽河特大橋全長21199.89m，結構形式為雙線客運專線。盤營客專線路在盤錦市盤山縣胡家鎮以80m+128m+80m連續梁跨越京沈高速公路。主梁采用預應力混凝土連續箱梁結構，計算跨度為80.6m+128m+80.6m，支座中心線至梁端0.85m，梁全長290.9m。截面采用單箱室、變高度、變截面直腹板形式。主跨為128m，主墩高度分別為16.5m和15.5m；兩個邊跨均為80m，邊墩高度分別為20.5m和19m。該連續梁采用掛籃懸臂澆筑分20節段施工，為實現合攏時橋梁體系轉換，確保連續梁施工安全，在連續梁主墩設計預應力鋼絞線臨時支座。

根據設計文件要求，墩梁臨時固結措施應能承受中支點處最大不平衡彎矩M為93178kN·m（此不平衡荷載考慮了中墩兩側梁體結構的不均勻性、施工不平衡荷載和風荷載影響，未考慮安全系數與單側掛籃脫落地情況）和相應的豎向反力N=77193kN。在主墩墩頂設置4個臨時支座，每側2個，其尺寸為長×寬×高=350cm×50cm×60cm，支座采用C50混凝土。在墩帽施工時預埋鋼絞線，單側埋置10束9-7Φ5鋼絞線。

本文將梁體視為質桿構件，運用靜力平衡法，對梁體各節段在單側掛籃脫落和設計考慮荷載組合作用為最不利因素進行抗傾覆檢算；結合設計給出豎向反力對臨時支座的豎向承壓進行檢算。

2 抗傾覆性檢算

2.1 單端掛籃脫落彎矩計算

為保證梁體懸澆過程的安全性，在施工設計時考慮1-20#節段施工時單端掛籃脫落而增加的不平衡彎矩M1的影響，根據本橋掛籃設計圖單端掛籃總重量為650kN。

由（1）得出1iM 計算結果見表1。

其中1iM 為i#塊單端掛籃脫落產生不平衡彎矩；Fg為單端掛籃總重量；Li為i#塊掛籃中心至中支點間距。

表1 各節段懸澆掛籃脫落不平衡彎矩M1計算表

2.2 自穩彎矩計算

在每一節段后，梁體自重會產生最大不平衡彎矩，計算臨時支座結合梁體自重抵抗最大不平衡彎矩M2，圖1為梁體自重產生彎矩示意圖。

當NB=0時，且梁體為一平衡的臨界狀態時，M2值最大。

其中，A、B點為兩側臨時支座中心，距中支點1.85m；1G為懸臂段梁體施工中的重力，重心距中支點Lm；G0為墩頂處梁體的重力為21044.9 kN；M2為梁體自重所抵抗的不平衡彎矩；NA、NB為臨時支座反力。

圖1 梁體自重所受彎矩示意圖

由式（4）得具體計算結果見表2。

表2 各節段懸澆施工中彎矩M2計算表

2.3 鋼絞線抵抗最大不平衡彎矩計算

如圖所示，當NB=0時，且梁體為一平衡的臨界狀態時，普通螺紋鋼筋所抵抗的最大不平衡彎矩M3值最大。將梁體視為一輕質桿件，不考慮梁體自重進行計算，鋼絞線錨下控制應力：σ= 75%fpy=1395MPa

單根鋼絞線截面積：A=3.14×0.00762=1.8137-4m2

單根鋼絞線預拉力：F=σ×A=253.011kN

在懸臂澆筑過程中，預設鋼絞線平衡梁體產生彎矩，圖2為鋼絞線抵抗彎矩計算簡圖。

圖2 鋼絞線抵抗彎矩M3計算簡圖

根據靜力平衡得：

由NB=0得 NA=FA+FB=45541.98kN根據中支點靜力距平衡得：：

由NB=0，FA=FB，由式（6）得：

M3=NA×1.85=84252.663kN·m綜上可知，各節段懸澆施工中安全系數 K=（M2+M3）/（M設計+M1）

表3 各節段懸臂澆筑施工中安全系數計算值

計算結果見表3。根據設計文件要求，墩梁固結抗傾覆系數不小于1.3。由表3計算結果表明，本墩梁臨時固結方案抗傾覆性除1#塊不滿足施工要求，其他節段均滿足設計要求。由于一般情況下鋼絞線錨下控制應力取80%fpy，本方案鋼絞線錨下控制應力取75%fpy，1#塊的安全系數為1.293657758能滿足施工安全要求。

3 鋼絞線錨固長度計算

預應力鋼絞線的錨固長度為計算公式為：

式中：

La為受拉鋼絞線的錨固長度；fpy為鋼絞線的抗拉強度設計值，取1860MPa；

ft為混凝土軸心抗拉強度設計值，當混凝土強度等級高于C40時，按C40取值1.71 MPa；d為鋼絞線的公稱直徑，取0.0152m；a為鋼筋的外形系數，本方案采用七股剛交線a=0.17。由式（7）得La=4.806m

設置錨具（r=93mm）后，利用錨具錨固鋼絞線，并利用錨具取代鋼絞線與混凝土之間的粘結力。

由式（8）得σ=12.42MPa＜210MPa

錨具采用標準構件屈服強度為210 MPa（Q235鋼材），能夠承受。

為防止錨具上方混凝土因局部受壓過大產生破壞，設置10Φ螺旋筋。螺旋筋直徑為120mm，間距為50mm，5空長度。

安裝螺旋筋后，混凝土受壓強度（按等效網片）計算：

根據計算結果在設置錨墊板和布置了相應的螺旋筋后，可以充分承受應力。因此，與錨固鋼筋長度沒有關系，根據現場情況預鋼絞線與墩身伸入墩帽的普通鋼筋沖突，而墩身縱向主筋為25Φ螺紋鋼筋，且雙筋并排，移動和彎折都很困難，所以對發生沖突的鋼絞線適當調整，調整后錨固長度不小于0.3m。但考慮到安全，現場施工時保證錨固長度在2.5m～3m范圍。鋼絞線下端預埋在墩帽（身）中；上端是鋼筋穿過臨時支座和箱梁的底板、腹板和頂板，鋼筋穿過底板、腹板、頂板和臨時支座時，要用90Φ波紋管管將鋼筋套作，用錨具錨固在箱梁的頂板和底板的橫梁上面。

4 臨時支座承壓檢算

C50混凝土設計抗壓強度fc=23.1 MPa

單側臨時混凝土支座承壓面積為3.5m2

單側臨時混凝土支座在豎向支反力作用下得壓應力

式中，σ單為單側臨時混凝土支座在豎向支反力作用下得壓應力；為設計豎向反力77193kN；A為單側支座墊石面積3.5m2。

由（9） 得 σ單=22.055MPa

臨時支座承壓滿足設計要求，為保證施工安全，在臨時支座中配置鋼筋骨架以提高混凝土臨時支座的抗壓性能，提高安全系數。

5 結論

1）盤營客專跨京沈高速公路連續梁臨時支座設計方案考慮了設計給出最大不平衡彎矩荷載和一端掛籃脫落產生彎矩荷載，以兩種荷載在懸臂澆筑過程中同時作用于連續梁一端為最不利荷載因素，通過彎矩疊加計算該連續梁臨時支座加固方案安全系數，墩梁固結抗傾覆系數滿足設計要求；

2）本文對預應力鋼絞線的錨固長度進行了計算，檢算了錨具取代鋼絞線與混凝土之間的粘結力，錨具上方混凝土預埋螺旋筋后混凝土的受壓強度；并考慮了單側臨時混凝土支座在豎向支反力作用下得壓應力滿足施工安全要求；

3）采用懸臂澆筑掛籃施工法連續梁，墩粱固結方案必須得到重視，設計時必須保證施工過程中最不利因素荷載作用下滿足施工安全要求，才可以減少工程事故的發生。

[1]張繼堯，王呂將.懸臂澆注預應力混凝土連續梁橋[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2]韓紅春.大跨度預應力混凝土連續梁橋懸臂施工控制研究與實踐[D].成都：西南交通大學，2007.

[3]徐君蘭.大跨度橋梁施工控制[M].北京：人民交通出版社，2000.

[4]張鳴.預應力混凝土連續梁橋懸臂施工控制技術研究[D].南京：東南大學，2007.

[5]吳強國.樂化特大橋連續箱梁臨時支座構造及受力分析[J].上海鐵道科技，2009(3).