懸臂法施工連續(xù)梁臨時(shí)固結(jié)體系的計(jì)算探討

蘇克啟

摘 要：以連續(xù)梁懸灌施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例，詳細(xì)介紹臨時(shí)固結(jié)體系的施工及檢算方案，確保梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和安全。

關(guān)鍵詞：連續(xù)梁 懸臂法施工 墩梁臨時(shí)固結(jié)體系；

中圖分類(lèi)號(hào)： U44 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1 概述

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋由于橋型美觀、跨度適用范圍大、橋位現(xiàn)場(chǎng)條件要求低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路、市政道路橋梁工程中。懸臂法施工是連續(xù)梁常見(jiàn)的一種施工方法，該方法在高橋墩、大跨度及跨河、跨路等情況的施工中顯現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)于采用掛籃施工的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范和設(shè)計(jì)文件均要求在懸臂澆筑前“應(yīng)先將墩頂梁段與橋墩臨時(shí)固定”。設(shè)計(jì)文件明確懸臂段的最大不平衡彎矩和豎向反力。同時(shí)，這個(gè)結(jié)構(gòu)大多由施工單位自行設(shè)計(jì)施工。

查閱相關(guān)專(zhuān)業(yè)書(shū)籍，關(guān)于墩梁臨時(shí)固結(jié)抗傾覆設(shè)計(jì)沒(méi)有統(tǒng)一的計(jì)算方法。以設(shè)計(jì)文件為依據(jù)（最大不平衡彎矩M和相應(yīng)豎向反力N）所計(jì)算出來(lái)的臨時(shí)支座反力大多為壓應(yīng)力。但是在施工組織設(shè)計(jì)時(shí)，有的臨時(shí)支座上還是布置了預(yù)應(yīng)力鋼絞線或者精扎螺紋鋼筋。這種設(shè)計(jì)布置與自己的計(jì)算結(jié)果不相符，不但無(wú)法說(shuō)服自己，也無(wú)法解釋別人的提問(wèn)，這種計(jì)算方法理論說(shuō)服性不強(qiáng)。

經(jīng)過(guò)對(duì)各類(lèi)跨度T構(gòu)的研究以及業(yè)內(nèi)同行的討論，總結(jié)認(rèn)為：以設(shè)計(jì)文件給定的M和N確定臨時(shí)支座抗壓強(qiáng)度；以掛籃連帶懸臂節(jié)段混凝土狀態(tài)墜落為最不利傾覆彎矩計(jì)算產(chǎn)生的拉應(yīng)力，確定臨時(shí)支座的錨固拉力；再以抗壓混凝土和錨固鋼筋一體化核算規(guī)范所要求的安全系數(shù)；以當(dāng)?shù)刈畲箫L(fēng)荷載檢算T構(gòu)抗扭和抗平移能力。這樣的計(jì)算方法既滿足了設(shè)計(jì)抗傾覆要求，又滿足了懸澆的最大風(fēng)險(xiǎn)因素要求，同時(shí)也滿足施工中最大不平衡荷載的要求。錨固拉筋的設(shè)置有理有據(jù)，計(jì)算方法既合理又合情。

2 T構(gòu)傾覆荷載的研究

2.1 最大不平衡彎矩M和相應(yīng)豎向反力N

經(jīng)過(guò)多個(gè)設(shè)計(jì)文件比較，設(shè)計(jì)給的最大不平衡彎矩M與最大懸臂端掛籃重量產(chǎn)生的彎矩相當(dāng)，豎向反力N與T構(gòu)自重相當(dāng)。按照設(shè)計(jì)給的最大不平衡彎矩M和相應(yīng)豎向反力N計(jì)算結(jié)果，墩頂臨時(shí)支座大多為壓應(yīng)力，極少有拉應(yīng)力。按此結(jié)果設(shè)置混凝土臨時(shí)支座就可滿足抗傾覆要求。

2.2 施工中特殊荷載

在施工中，懸臂澆筑到最后節(jié)段，發(fā)生掛籃連帶混凝土墜落事故，這是施工單位最擔(dān)心的特殊事件，此時(shí)也不希望引發(fā)T構(gòu)倒塌，避免帶來(lái)更大的損失。在這種工況下，最不利的傾覆彎矩會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。對(duì)應(yīng)這種拉應(yīng)力，就該設(shè)置抗拉錨固鋼筋。

2.3 風(fēng)荷載的考究

由于T構(gòu)中間的永久支座大多為移動(dòng)支座，在水平力荷載的作用下，它不能有效約束箱梁的移動(dòng)，箱梁的移動(dòng)會(huì)使得臨時(shí)支撐體系產(chǎn)生破壞，甚至T構(gòu)倒塌。在出廠時(shí)，支座的上下座板帶有臨時(shí)栓接鋼板。這個(gè)栓接鋼板制約T構(gòu)位移的能力是有限的。個(gè)別情況在支座安裝前已經(jīng)拆下或損壞。為保證T構(gòu)的安全穩(wěn)定，臨時(shí)支撐體系不僅要有抗傾覆能力，還要有抗位移能力。箱梁水平位移和扭轉(zhuǎn)主要是風(fēng)力作用，因此要檢算抵抗風(fēng)荷載的位移能力。

3 墩梁臨時(shí)固結(jié)的計(jì)算方法

3.1 墩頂設(shè)置臨時(shí)支座計(jì)算方法

墩頂臨時(shí)支座結(jié)構(gòu)示意圖如圖1、a所示。按照設(shè)計(jì)文件提供的傾覆參數(shù)，臨時(shí)支座的受力結(jié)構(gòu)分析圖示如圖1、b所示。

按上述圖一結(jié)構(gòu)，臨時(shí)支座結(jié)構(gòu)計(jì)算方法鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算理論更為合理。計(jì)算出混凝土的最大壓應(yīng)力，以確定混凝土標(biāo)號(hào)；計(jì)算出豎向主筋（墩梁錨固鋼筋）的最大壓力和最大拉力，按最大值（一般拉應(yīng)力偏大）配置墩梁錨固鋼筋。計(jì)算時(shí)，按鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范和橋梁施工技術(shù)規(guī)范選取材料安全系數(shù)和抗傾覆安全系數(shù)。受力主筋分別與墩梁錨固，宜應(yīng)計(jì)算錨固長(zhǎng)度。

3.2 臨時(shí)鋼管支撐柱計(jì)算方法

臨時(shí)鋼管支撐柱結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.a所示。按照設(shè)計(jì)文件提供的傾覆參數(shù)，臨時(shí)鋼管支撐柱結(jié)構(gòu)受力分析圖示如圖2.b所示。

按照有效固結(jié)的原則，上下端應(yīng)分別與墩梁錨固，宜應(yīng)計(jì)算錨固螺栓的預(yù)埋錨固長(zhǎng)度。

鋼管上下端法蘭盤(pán)、加勁肋宜應(yīng)滿足受壓、受拉強(qiáng)度需要。

鋼管支撐柱應(yīng)具有梁體抗扭轉(zhuǎn)、抗平滑需要，鋼管間及與墩身間應(yīng)進(jìn)行剛性連接（較大的型鋼），形成抗扭桁架體系。

4 運(yùn)用實(shí)例

下面以某大橋（40+57+40）m為例，并借助橋博軟件進(jìn)行計(jì)算分析。

4.1 結(jié)構(gòu)計(jì)算分析原則為：在最大懸臂階段，在一側(cè)加載一個(gè)40噸的不平衡荷載情況下，受壓側(cè)的鋼管構(gòu)件的穩(wěn)定和強(qiáng)度驗(yàn)算滿足要求，同時(shí)，在該荷載作用下，鋼管的軸線壓縮變形不得大于該側(cè)鋼管內(nèi)的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線在初始張拉力下產(chǎn)生的伸長(zhǎng)量，以確保在交替變化的不平衡荷載作用下，預(yù)應(yīng)力鋼束錨具不致因?yàn)樗蓜?dòng)而失效；受拉側(cè)的預(yù)應(yīng)力鋼鉸線則滿足承載能力要求。

4.2 計(jì)算內(nèi)力結(jié)果

拉索單元軸向力 ，為拉力；主墩永久支座反力 ，為軸壓力；受壓側(cè)鋼管軸向力 。

4.3 預(yù)應(yīng)力鋼鉸線驗(yàn)算

（1）鋼管軸向變形

（2）鋼鉸線張拉伸長(zhǎng)量

單束鋼鉸線張拉力為 ， 鋼鉸線截面面積為 ，單根鋼鉸線的張拉伸長(zhǎng)量為：

，因此，鋼鉸線在張拉后，在不平衡荷載作用下，鋼鉸線不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)。

（3）鋼鉸線承載力驗(yàn)算

鋼鉸線容許承載力為：

在不平衡荷載作用下，受拉側(cè)鋼鉸線承受的最大拉力為：

可見(jiàn) ，鋼鉸線承載力滿足要求。

4.4 鋼管強(qiáng)度計(jì)算

（1）單根鋼管承受的軸壓力 ；鋼管的屈服強(qiáng)度為 ，構(gòu)件根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，按焊接b類(lèi)構(gòu)件計(jì)算，查詢(xún)相關(guān)表格，得鋼管穩(wěn)定系數(shù) ；

（2）鋼管正壓力計(jì)算

，

可見(jiàn)正應(yīng)力計(jì)算滿足要求。

5 體會(huì)及注意事項(xiàng)

（1）一般不考慮永久支座參與工作，忽略其受力荷載。

（2）除設(shè)計(jì)文件提供的傾覆參數(shù)外，根據(jù)橋梁所處的特殊線形條件，還應(yīng)考慮曲線向心傾覆彎矩。當(dāng)T構(gòu)有較大坡度時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工線形控制情況，確定坡度縱移傾覆彎矩。當(dāng)T構(gòu)存在較大的不對(duì)稱(chēng)鋸齒塊時(shí)，應(yīng)計(jì)算偏載傾覆彎矩。這些彎矩具有方向性，應(yīng)疊加計(jì)算。

（3）T構(gòu)倒塌的最大傾覆彎矩，是掛籃懸臂到最遠(yuǎn)節(jié)段時(shí)（連同未凝固混凝土）墜落。此傾覆彎矩對(duì)臨時(shí)支座會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。

（4）懸臂T構(gòu)除計(jì)算抗傾覆穩(wěn)定性之外，還應(yīng)計(jì)算梁與墩間的相對(duì)抗扭轉(zhuǎn)和抗平滑穩(wěn)定性。

（5）在懸臂施工中，盡可能避免掛籃墜落的情況發(fā)生，特別是大跨徑的連續(xù)梁。

參考文獻(xiàn)

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