懸臂澆筑橋梁計算分析

楊新剛

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司天津分公司,天津市 300042)

懸臂澆筑橋梁計算分析

楊新剛

(上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司天津分公司,天津市 300042)

懸臂澆筑法充分利用了預應力混凝土承受負彎矩能力強的特點，將跨中正彎矩轉移為支點負彎矩,提高了橋梁的跨越能力,在工程當中應用較多。結合工程實例對懸臂澆筑橋梁進行分析計算,有關經驗可供相關專業人員參考。

懸臂澆筑;全預應力;變截面

0 引言

懸臂澆筑法是在已建成的橋墩上,沿橋梁跨徑方向對稱逐段施工的方法。它不僅在施工期間不影響橋下通航或行車,同時密切配合設計和施工的要求,充分利用了預應力混凝土承受負彎矩能力強的特點，將跨中正彎矩轉移為支點負彎矩,提高了橋梁的跨越能力。本文結合工程實例分析懸臂澆筑橋梁計算問題。

懸臂澆筑特點:

(1)從橋墩處開始向兩側對稱分節段懸臂施工,橋梁在施工過程中承受負彎矩,橋墩也要承擔不平衡彎矩。

(2)非墩梁固結的預應力混凝土梁橋,采用懸臂施工時應采取措施,使墩、梁臨時固結,因而在施工過程中應進行結構體系轉換。對于帶掛梁的T形剛構橋,主梁在施工中的受力狀態與在運營荷載作用下的受力狀態基本一致,結構的體系沒有改變。

(3)可供懸臂施工法采用的機具設備較多,就掛籃而言,就有桁架式、斜拉式等多種形式,可根據實際情況合理選用。

(4)懸臂澆筑法施工簡便,結構整體性好,施工中可不斷調整標高,常用于跨徑大于100m的橋梁。

(5)懸臂施工法可不用或少用支架,施工不影響通航或橋下交通,適合于跨越深水、山谷、海洋等處,并適用于變截面預應力混凝土橋。

1 工程概況

本工程橋梁跨徑布置為45 m+70 m+45 m,為變截面預應力混凝土梁橋，采用全預應力混凝土構件設計方法。全橋共劃分為39個節段,其中懸臂澆筑段34節,中跨合龍段1節,邊跨合龍段2節,邊跨現澆段2節。

結構斷面采用大挑臂斷面,為單箱三室。0#墩頂梁高4.2 m,跨中梁高2.0 m,邊跨墩頂梁高2.0 m。

計算模型見圖1。

圖1 計算模型

2 計算參數

(1)計算行車速度:80 km/h;

(2)橋梁設計基準期:100 a;

(3)橋梁設計使用年限:100 a;

(4)車行荷載等級:公—Ⅰ級;

(5)橋面寬度:0.5 m(防撞護欄)+24 m(機動車道)+0.5 m(防撞護欄)=25 m;

(6)安全等級一級,重要性系數γo=1.1;

(7)耐久性設計:根據地勘報告,環境類別為Ⅱ類;

(8)抗震要求:抗震設防烈度為Ⅶ度,地震動峰值加速度0.1 g;抗震設防類別:B類;抗震設防措施等級:8級;抗震重要性系數:橋梁E1作用下取0.5,E2作用下取1.7。

3 結果分析

結果分析見圖2～圖6。

圖2 承載能力極限組合下彎矩包絡圖(單位:kN·m)

圖3 承載能力極限組合下剪力包絡圖(單位:kN)

圖4 長期組合下上下緣最大最小正應力圖(單位:MPa)

圖5 短期組合下上下緣最大最小正應力圖(單位:MPa)

圖6 使用階段短期組合下主拉應力圖(單位:MPa)

全預應力混凝土構件正截面抗裂驗算要求:分段澆注構件:荷載短期效應組合下σst-0.8σpc≤0。

斜截面抗裂要求:短期效應組合下主拉應力σtp≤0.4ftk=0.4×2.65=1.06 MPa。

經計算,模型結構抗裂驗算滿足規范規定。

圖7 活載撓度(單位:m)

撓度計算采用荷載短期效應組合并考慮長期效應組合的影響,即按照荷載短期效應組合和規范規定的剛度計算的撓度值,乘以撓度長期增長系數(C50混凝土為1.425)。活載撓度17× 1.425=24.225 mm,小于L/600=117 mm,見圖7。

經計算,結構抗裂驗算滿足規范規定。

4 施工措施

45 m+70 m+45 m懸臂澆筑預應力混凝土連續箱梁在施工過程中必須保證墩與梁固結,需要采取臨時墩梁固結措施。

4.1 施工設備要求

(1)墩旁托架

設置在中墩墩身旁的由鋼管和萬能桿件組成的臨時托架(或其它可行的支架),作為澆筑0#節段的支架。為防止箱梁在澆筑過程中由于托架變形而引起混凝土開裂,支架需采取預壓、變形調節等措施,托架支撐點在縱橋向間距應盡可能地大。臨時固結采用墩身外支架與預應力結合的固結體系,臨時固結體系應安全可靠。

(2)掛籃

每只掛籃混凝土節段的澆筑長度為3.0 m、4.0 m,掛籃總重量(含掛籃自重、模板重量及其他輔助設備重量)設計控制值為850 kN,掛籃必須具有足夠的強度、剛度和穩定性。

掛籃前、后支承中心點應與箱梁腹板對中,并直接傳力至腹板(不得通過翼板傳力)。

懸臂對稱施工過程中,兩側掛籃前移的不平衡荷載不得超過一半節段重量;在拆除或后移掛籃時,也應嚴格掌握對稱,平衡的原則。

(3)邊跨現澆段臨時支架

邊跨現澆段需設置臨時支架澆筑。支架必須有足夠大剛度,且必須采取預壓措施以消除支架節點變形,邊墩現澆段及其支承支架應適應由于溫差而產生的主梁滑移的要求，以防止現澆混凝土開裂，支架在近合龍段處應備有千斤頂以備調節標高之用。

(4)合龍用吊平臺

中跨、邊跨合龍段用吊平臺,要求輕便、牢靠、安全,滿足合龍段施工技術要求和工藝與構造要求。

4.2 施工順序

(1)施工合龍順序

45 m+70 m+45 m預應力混凝土連續梁采用懸臂澆筑法施工,先在托架上澆筑0#段,再利用掛籃依次懸臂澆筑1#至8#節段,支架現澆邊跨合龍段,然后進行邊跨合龍,解除臨時固結,最后完成中跨合龍,見圖8。

圖8 施工概略流程圖

(2)預應力鋼束張拉順序

預應力張拉次序仍按照橫向與縱向預應力鋼束結合交錯進行張拉,預應力張拉按先長束后短束、左右平衡對稱張拉的原則進行。

4.3 施工要點

4.3.1 0#段施工

由于墩頂0#段結構重要,受力復雜,又有墩頂橫梁,且縱向、橫向預應力管道較為密集,為確保墩頂段施工的質量,預應力管道及鋼筋密集處混凝土必須振搗密實。0#段澆筑時要嚴格控制澆筑的左右對稱性。

4.3.2 臨時固結

(1)臨時固結是懸臂施工的重要環節,臨時固結位置的橫隔板構造鋼筋圖也可以根據臨時固結的方案相應地細化和調整

(2)臨時支點墩在主墩施工完、連續梁施工前進行施工,其鋼筋應在承臺施工時予以預埋。

(3)臨時固結采用墩身外支架與預應力結合的固結體系,支架除滿足受力的需要強度、剛度外,還要保證在風荷載作用下的穩定。

(4)計算臨時固結時需要考慮±2.5%的已澆筑梁段的脹(縮)模系數,半個節段的不平衡荷載,掛籃前移差一個節段的不平衡荷載,10 a一遇的風速及合龍過程中產生的不平衡力等各種工況及其組合。

(5)臨時固結預應力及支架的拆除時間應根據施工順序及合龍要求協調進行。

4.3.3 懸臂澆筑段施工

在墩頂段混凝土澆筑后張拉0#節段橫梁預應力束、縱向預應力束,并進行墩梁臨時固結,然后在0#段上對稱于橋墩拼裝掛籃,利用掛籃逐段懸臂澆筑各節段混凝土。各節段澆筑時,箱梁的標高采用施工控制標高值。

4.3.4 中跨合龍段施工

(1)中孔合龍段可采用吊支架澆筑,在中跨懸澆的最后節段縱向懸臂鋼束張拉完畢后,掛籃后移2 m左右,即可安裝吊支架。

(2)合龍段混凝土應采用早強微膨脹混凝土,通過試驗摻入適量的微膨脹劑。

4.3.5 邊跨現澆段、合龍段施工

(1)邊墩現澆段及其支承支架應適應由于溫差而產生的主梁滑移的要求。

(2)邊跨連續鋼束分兩批張拉,合龍段混凝土齡期大于3 d、強度達到85%時及時張拉部分預應力鋼束，其余鋼束在合龍段混凝土齡期大于7 d,強度達到90%后張拉。

(3)在懸臂梁端和邊跨現澆段之間進行邊跨合龍時要求將原掛籃控制總重由850 kN減為250 kN,合龍技術要求同中跨合龍段。

4.4 施工控制

(1)施工控制的目的

連續梁施工為對稱逐段懸臂澆筑施工,先依次澆筑1#至8#節段,然后邊跨合龍,解除臨時固結,最后中跨合龍,形成連續體系,完成結構體系的轉變。

(2)施工控制原則

在主橋邊跨、中跨合龍前(含合龍)施工控制實行以標高(線型)和應力雙控,以標高(線型)為主的控制方法。

4.5 施工量測

(1)施工控制和量測的項目及內容

主梁變形及應力量測:主梁變形測點布置原則在每一節段、每跨跨中等各處。

主梁截面應力及測點布置位置:0#節段、4#節段,每跨跨中節段。要包括混凝土箱梁的上緣、下緣和大氣環境溫度測定等。

測點布置(測順橋向應力):箱梁上、下緣,橫向間距1.0 m左右。

(2)控制設計指令與施工實測值誤差要求

施工控制以標高為主。設計指令要求標高和變形誤差為±5 mm。

施工控制是保證連續梁順利施工、結構安全、線形符合要求的重要專題。應根據設計提出的原則要求,作進一步的細化和補充,提出具體實施細則,指導連續梁施工。

5 結論

(1)本文通過對工程實例懸臂澆筑方法的計算分析,得出了可用于實際施工的懸臂澆筑方案,對工程有一定的指導意義。

(2)懸臂澆筑橋梁作為一種多節段分段澆筑結構,采用全預應力構件方法設計是恰當的,對于工程的安全有利。

(3)懸臂澆筑橋梁在施工中需要加強對標高(線型)和應力的控制。

U442

B

1009-7716(2015)03-0049-03

2014-11-05

楊新剛(1984-),男,河北石家莊人,工程師,從事橋梁設計工作。