大跨徑懸澆梁臨時錨固設計

吳新強

(合肥市市政設計研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

0 引 言

大跨徑變截面連續梁為墩梁分離的鉸接體系，主梁一般采用掛籃懸澆施工，由于施工過程的不完全同步，會在墩頂產生不平衡力矩，故需采取墩梁臨時錨固措施來抵抗這些不平衡力矩。

目前常用的臨時錨固措施有以下兩種：

(1)在墩頂永久支座兩側設置臨時支座，并在臨時支座內預埋錨固鋼筋或預應力筋。

(2)在承臺上設置臨時支墩，通過臨時支墩的預應力筋形成承臺與梁底之間的錨固，臨時支墩通常采用鋼管混凝土柱或鋼筋混凝土柱[1]。也有采用上述兩座方法相結合的錨固方式，相對較麻煩，采用較少。

無論采用哪種錨固方式，臨時錨固既要求能在永久支座不承受壓力情況下承受梁體壓力和施工過程中的不平衡彎矩，又要求在承受荷載情況下容易拆除[2]。本文結合某工程案例，以第(1)設置方式來探討臨時錨固的設計及計算。

1 工程概況

某跨河大橋主橋采用(50+90+50)m三跨變截面預應力混凝土連續梁橋，主梁采用單向雙室直腹板箱形截面，頂寬23 m，底寬15 m，根部梁高5.2 m，跨中梁高2.4 m。箱梁梁高及底板厚度均按二次拋物線變化。主梁共劃分59個梁段，0號梁段為墩頂現澆段，長5 m，14號梁段為合攏段，15號梁段為邊跨現澆段。1號～13號梁段為掛籃懸澆段，從根部到跨中梁段數及梁段長分別為2.5 m、6×3.0 m、6×3.5 m。主橋結構及梁段劃分如圖1所示。

圖1 主橋及梁段示意圖

本橋臨時錨固措施為在主墩施工前，在墩身上部預埋精軋螺紋鋼，在墩頂澆筑臨時支座。臨時支座總高度60 cm，分三層澆筑：25 cm厚C50混凝土+10 cm厚C50硫黃砂漿+25 cm厚C50混凝土，在硫黃砂漿內預埋電阻絲。臨時支座上下與梁體及墩頂接觸面設置油毛氈或隔離劑，以便后期臨時支座的拆除。在主梁合攏后，利用電阻絲通電使硫黃砂漿融化，再使用切割機和風鎬等將臨時錨固系統拆除，完成體系轉換。

2 臨時錨固設計

2.1 假定

臨時錨固設計遵循以下假定：

(1)在掛籃懸澆過程中，永久支座不參與受力，各梁段自重及施工荷載全部由永久支座兩側的臨時支座來承擔。

(2)臨時支座僅考慮受壓，不受拉。

(3)精軋螺紋鋼僅考慮受拉，不受壓，即不考慮精軋螺紋鋼對混凝土受壓的貢獻。

2.2 不平衡荷載計算

(1)梁體自重不均勻(如脹模或縮模)引起的不平衡力矩。假定一側梁體比另一側梁體重3%，則不平衡荷載G1=783.3 kN，不平衡力矩M1=14 541.6 kN·m。

(2)兩側掛籃前移不同步所產生的不平衡力矩。最不利情況為一側掛籃前移一個節段，另一側掛籃沒有前移。

根據規范[2]，掛籃重與梁段混凝土重之比值宜為0.3～0.5。本工程取G2=800 kN。則不平衡力矩M2=800 ×44-800×40.5=2 800 kN·m。

(3)最大懸臂端兩節段混凝土澆筑不同步所引起的不平衡力矩。按相差半個節段的重量估算。

則不平衡力矩M3=1 494.1×42.25-1 494.1/2×42.25=31 562.9 kN·m。

(4)風載：最大懸臂時一端承受向上最大風載，另一端承受向下最大風載。查相關規范工程所在地100年一遇最大風壓為0.4 MPa。

則不平衡力矩M4=2×0.4×23×44×44/2=17 811.2 kN·m。

(5)施工機具、材料等最大不平衡荷載按300 kN計，考慮距懸臂端1/3位置加載。G5=300 kN。

則不平衡力矩M5=300×44×2/3=8 800 kN·m。

則臨時支座所承受的豎向荷載：

N=52 217.6+G1+2G2+G5=54 900.9 kN。

各種不平衡荷載產生的最大不平衡力矩：

M=M1+M2+M3+M4+M5=75 515.7 kN·m。

2.3 臨時支座及臨時錨固驗算

本橋采用雙柱墩，截面尺寸為3.5×3 m，每個橋墩頂面設置兩個條形臨時支座，長3.5 m，寬0.5 m，高0.6 m，每個臨時支座內設置雙排D32 mm精軋螺紋鋼。

根據臨時錨固受力簡圖(圖2)：

圖2 臨時錨固構造及受力簡圖

RA+RB=N

RAL+M=RBL

式中:L為臨時支座距離墩中心距離,L=1.25 m。

求解方程得：RA=-2 755.8 kN，RB=57 656.7kN。

RA為負值表示T構發生最大傾覆荷載時臨時支座承受拉力。故采用RB進行臨時支座受壓計算，采用RA進行臨時錨固鋼筋抗拉計算。

取抗傾覆穩定系數K=1.3。

(1)臨時支座混凝土抗壓強度計算。

σ=RB/2A=57 656.7/2/3.5/0.5

=16.5 MPa

故臨時支座混凝土抗壓滿足要求。

(2)臨時錨固鋼筋抗拉強度計算。本工程錨固鋼筋采用D32 mm精軋螺紋鋼，抗拉強度設計值fpd=770 MPa，單根鋼筋承受拉力設計值F=619.2 kN，考慮1.3的安全系數，則承擔RA=-2 755.8 kN所需鋼筋根數：1.3×2 755.8/619.2=6根，設計單側錨固鋼筋為20根，滿足要求。

本工程精軋螺紋鋼未進行張拉，利用其與混凝土的黏結力抵抗不平衡荷載，故鋼筋錨固長度應滿足相關規范關于充分利用鋼筋強度時的最小錨固長度要求。

3 施工單位對臨時錨固的考慮

設計單位在進行臨時錨固設計時并未考慮掛籃及最后節段意外墜落的極端情況。而施工單位承擔著懸臂澆筑連續梁的安全責任，故施工方案往往按最不利工況考慮傾覆荷載，即掛籃和最后節段意外墜落后的偏載彎矩構成T構的最大傾覆荷載。此時豎向荷載N=53 717.5 kN，不平衡彎矩M=94 813.23 kN·m。按上述公式算得：RA=-11 066.5 kN，RB=64 784 kN。該值大于設計單位給出的最不利值。

掛籃墜落的情況在施工中是不允許出現的，所以掛籃設計、制造及使用過程中必須安全可靠，加強錨固。設計單位在設計臨時錨固構造時應預留一定安全儲備。

4 結論及建議

本文通過一工程案例介紹了精軋螺紋鋼臨時錨固措施，并考慮施工過程中可能出現的不平衡荷載類型對臨時錨固進行設計，驗算了臨時支座及臨時錨固強度。結合施工單位對臨時錨固的考慮，對臨時錨固設計提出以下結論和建議：

(1)臨時支座設置在永久支座縱向的兩側，條件允許時應盡量靠近外側，以增加力臂[3]。

(2)設計單位在進行臨時錨固設計時，可對施工單位擔心的掛籃墜落的極端情況進行復核，并預留一定安全儲備。

(3)本橋在懸臂澆筑過程中，永久支座會受一定的豎向荷載，而在計算過程中未考慮其受力，故有利于減少臨時支座的受力。

(4)施工過程中應加強施工監控，控制施工不平衡荷載在設計容許范圍內，避免掛籃墜落等極端情況出現。

(5)采用精軋螺紋鋼進行臨時錨固，可利用螺紋鋼筋與混凝土粘結力，省去張拉工序。