連續(xù)梁橋0 號(hào)塊臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)與檢算

陳欣，施小明，王娟玲

（黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004）

0 引言

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋采用掛籃懸臂澆筑施工工藝時(shí)，為了避免主梁發(fā)生傾覆事故，主梁的每節(jié)段混凝土都應(yīng)對稱澆筑。但在混凝土澆筑過程中，梁段混凝土澆筑不同步、“T” 構(gòu)兩端混凝土自重存在偏差、 施工機(jī)具荷載分布不均以及風(fēng)荷載作用不對稱等因素會(huì)造成主梁傾覆，引發(fā)工程事故［1］。為保證連續(xù)梁橋在懸臂施工中的安全， 相關(guān)施工規(guī)范均要求在掛籃懸臂澆筑前（0 號(hào)塊處）設(shè)置臨時(shí)固結(jié)體系。

目前，臨時(shí)固結(jié)主要有體內(nèi)固結(jié)、體外固結(jié)和體內(nèi)體外相結(jié)合固結(jié)3 種［2］。 體內(nèi)固結(jié)是指在墩頂設(shè)置臨時(shí)支座和抗傾覆錨索，通過墩身抵抗“T”構(gòu)的傾覆力，適用于橋墩墩身較高、墩身截面剛度較大的橋梁。體外固結(jié)是在墩身外設(shè)置支撐柱和錨索，通過固結(jié)結(jié)構(gòu)與承臺(tái)連接，適用于橋墩墩身較矮，墩身截面剛度較小的橋梁。 體內(nèi)體外相結(jié)合固結(jié)是指在墩頂和墩身外同時(shí)設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)和錨固結(jié)構(gòu)，可充分發(fā)揮撐錨的聯(lián)合作用，不讓墩身產(chǎn)生彎曲變形。 體內(nèi)體外相結(jié)合固結(jié)又可細(xì)分為內(nèi)柔外剛固結(jié)和內(nèi)剛外柔固結(jié)2 種。 內(nèi)柔外剛固結(jié)適用于墩身不高，同時(shí)墩身截面剛度較小的柔性板式橋墩。 內(nèi)剛外柔固結(jié)適用于墩身很高、墩身截面剛度較小的橋梁［3］。本文試以一座跨度為 （72＋128＋72）m 的連續(xù)梁為例，探討體內(nèi)固結(jié)的設(shè)計(jì)與檢算，以期為同類型墩梁固結(jié)的設(shè)計(jì)與檢算提供參考。

1 工程概況

某特大連續(xù)梁橋?yàn)閽旎@懸臂澆筑預(yù)應(yīng)力混凝土雙線連續(xù)梁橋， 跨度為72 m ＋128 m ＋72 m， 全長273.7 m，橋梁寬為12.6 m，中支點(diǎn)截面中心處梁高為9.615 m，跨中9 m 直線段及邊跨13.35 m 直線段截面中心處梁高均為5.615 m，梁底下緣按二次拋物線變化，邊支座橫橋向中心距為5.46 m，中支座橫橋向中心距為5.9 m。 中支橋墩高為7 m，頂口尺寸為4.5 m×10.8 m。

該連續(xù)梁橋采用掛籃懸臂對稱澆筑施工方法，0號(hào)節(jié)段長18 m，每個(gè)懸澆“T”構(gòu)縱向?qū)ΨQ劃分為17個(gè)節(jié)段， 梁段數(shù)及梁段長從根部至跨中分別為8×3.0 m、6×3.25 m、3×3.5 m，節(jié)段懸澆總長為54 m。 邊跨、中跨合攏段長均為2 m，邊跨現(xiàn)澆段長為7.85 m。 0號(hào)塊斷面圖如圖1 所示（橫隔板未畫出）。

2 臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)與檢算

2.1 臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)

為避免掛籃懸臂施工時(shí)主梁因荷載不均衡產(chǎn)生傾斜失穩(wěn)破壞，以及永久支座受壓破壞，本橋采用墩梁體內(nèi)固結(jié)方案。 該方案初步擬定采用混凝土臨時(shí)支座， 內(nèi)設(shè)精軋螺紋鋼筋。 臨時(shí)支座采用C55 混凝土，設(shè)置在橋梁永久支座的外側(cè)墩帽邊緣處，條形布置，平面寬度為600 mm，長度為7 000 mm，高度為墩頂至箱梁底部， 單側(cè)臨時(shí)支座支撐截面面積A=4 193 478.9 mm2， 每側(cè)臨時(shí)支座中心線距橋墩中心線的距離為1.9 m。 臨時(shí)支座平面布置如圖2 所示。

2.2 臨時(shí)固結(jié)方案檢算

墩梁臨時(shí)固結(jié)方案擬定后， 依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中給出的最不利荷載和施工中可能出現(xiàn)的最不利荷載分別進(jìn)行檢算，以確保主梁懸臂施工安全。

圖1 0 號(hào)塊斷面圖（單位：mm）Fig.1 Section of block 0 （Unit： mm）

圖2 臨時(shí)支座平面布置圖（單位：mm）Fig.2 Temporary support layout （Unit： mm）

2.2.1 用設(shè)計(jì)圖紙中的最不利荷載進(jìn)行檢算

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙可知，在進(jìn)行該橋懸臂施工時(shí)，各中墩采取臨時(shí)錨固措施， 因此計(jì)算采用的不平衡荷載有：

（1）一側(cè)混凝土自重超重5%；

（2）一側(cè)施工荷載為0.48 kN／m2，另一側(cè)施工荷載為0.24 kN／m2；

（3） 施工機(jī)具動(dòng)力系數(shù)一側(cè)為1.2， 另一側(cè)為0.8；

（4） 梁段澆筑不同步引起的偏差， 控制在20 t以內(nèi)；

（5）一側(cè)風(fēng)向上吹，風(fēng)壓強(qiáng)度為800 Pa。

不平衡荷載組合為：（1）＋（2）＋（3）＋（4）；（1）＋（2）＋（3）＋（5）。

通過以上組合得出了中支點(diǎn)處承受的最大不平衡彎矩為119 949 kN，相應(yīng)豎向支反力為87 610 kN。此不平衡彎矩未考慮一側(cè)掛籃突然墜落的情況。

《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（鋼構(gòu)）懸臂澆筑施工技術(shù)指南》（TZ324-2010）指出，混凝土連續(xù)梁臨時(shí)支座（臨時(shí)固結(jié)支座）要求能在永久支座不承受壓力的情況下承受梁體壓力和施工過程中的不平衡彎矩，因此在進(jìn)行該連續(xù)梁橋臨時(shí)支座設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)永久支座不受力， 懸臂施工過程中的豎向力和不平衡彎矩全部由臨時(shí)支座承擔(dān)［4］。 主梁懸臂施工過程中抗傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征簡圖見圖3。

依據(jù)圖3 所示的結(jié)構(gòu)受力特征，可用式（1）計(jì)算臨時(shí)支座的內(nèi)力。

圖3 主梁懸臂施工抗傾覆固結(jié)結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征簡圖Fig.3 Mechanical characteristics of anti-overturning consolidation structure of main beam cantilever construction

將L=1.9 m、N=87 610 kN、M傾=119 949 kN·m帶入式（1），求得RA=12 239.5 kN，RB=75 370.5 kN。計(jì)算結(jié)果表示，臨時(shí)支座均受壓，不需要設(shè)置抗拔鋼筋。

臨時(shí)支座邊緣處最大壓應(yīng)力為19.08 MPa。 《鐵路預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁（鋼構(gòu)）懸臂澆筑施工技術(shù)指南》（TZ324-2010）中要求臨時(shí)支座抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)不小于1.5［4］。 據(jù)此規(guī)定，抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)取1.5。 因此臨時(shí)支座混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)大于1.5×19.08=28.62 MPa，而C55 混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為35.5 MPa，滿足要求［5］。

2.2.2 用施工中可能出現(xiàn)的最不利荷載進(jìn)行檢算

設(shè)計(jì)圖紙中給出的臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)所承擔(dān)的最大不平衡彎矩和豎向反力未考慮一側(cè)掛籃突然墜落的情況。 該情況下產(chǎn)生的不平衡彎矩可能會(huì)造成一側(cè)臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)受拉，進(jìn)而引發(fā)主梁倒塌，造成重大經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡， 因此應(yīng)考慮該情況對臨時(shí)固結(jié)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

以澆筑17＃梁段時(shí)，出現(xiàn)一端掛籃未錨固好，新澆筑的混凝土和掛籃一起墜落的不利工況為例，計(jì)算該工況下荷載在中支點(diǎn)處產(chǎn)生的不平衡彎矩和豎向支反力。

1）不平衡彎矩計(jì)算。

（1）新澆混凝土連同掛籃墜落產(chǎn)生的不平衡彎矩。 依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，17＃梁段重W=1 480.9 kN，單支掛籃重T=850 kN，17＃梁段重心至橋墩中心線距離L1=61.25 m，17＃梁段一端新澆筑混凝土和掛籃同時(shí)墜落產(chǎn)生的不平衡彎矩M1=（W＋T）×L1=（1 480.9＋850）×61.25=142 767.625 kN·m

（2） 主梁各節(jié)段混凝土對稱澆筑不均勻引起“T”構(gòu)兩端梁體自重偏差產(chǎn)生的不平衡彎矩，自重偏差按5%計(jì)， 各節(jié)段自重偏差產(chǎn)生的不平衡彎矩如表1 所示。

由表1 可得， 各節(jié)段自重偏差產(chǎn)生的不平衡彎矩之和M2=17 810.57 kN·m。

（3）風(fēng)力升舉力產(chǎn)生的不平衡彎矩。主梁一側(cè)風(fēng)向上吹， 風(fēng)壓強(qiáng)度800 Pa 產(chǎn)生的不平衡彎矩M3=0.8×12.6×63×63×0.5=20 003.76 kN·m。

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果， 總的不平衡彎矩M=M1＋M2＋M3=142 767.625＋17 810.57＋20 003.76=180 581.955 kN·m。

2）豎向荷載計(jì)算。

（1）懸臂處于最大狀態(tài)時(shí)主梁各節(jié)段自重和掛籃重量。 依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，懸臂處于最大狀態(tài)時(shí)，主梁各節(jié)段自重為79 528.3 kN， 單支掛籃重為850 kN，總重N1=79 528.3＋2×850=81 228.3 kN。

（2）施工機(jī)具及施工人群荷載重。施工機(jī)具荷載和施工人群荷載均取2.5 kPa， 范圍取17＃節(jié)段，17＃節(jié)段長度為3.5 m， 則N2=（2.5×12.6×3.5×2）×2=441 kN。

豎向總荷載N=N1＋N2=81 228.3＋441=81 669.3 kN。

表1 各節(jié)段自重偏差產(chǎn)生的不平衡彎矩Tab.1 Unbalance bending moment caused by the weight deviation of each segment

3）此工況下臨時(shí)固結(jié)體系計(jì)算。

在該工況下，設(shè)計(jì)臨時(shí)支座時(shí)，依然視永久支座不受力， 即豎向力和不平衡彎矩全部由臨時(shí)支座承擔(dān)。 將L=1.9 m、N=81 669.3 kN、M傾=180 581.955 kN·m帶入式（1），求得RA=-6 686.92kN，RB=88 356.22 kN。

RA為負(fù)值，表明該工況下，主梁在不平衡彎矩作用下，臨時(shí)支座受到拉力作用，需要進(jìn)行抗拔設(shè)計(jì)。

（2）抗拔錨固鋼筋驗(yàn)算。 由以上結(jié)果可知，在最大不平衡彎矩作用下， 臨時(shí)支座要承擔(dān)RA=-6 686.92 kN 的拉力作用。 由于混凝土抗拉能力較低，需在臨時(shí)支座內(nèi)布置抗拔鋼筋抵抗拉力。 抗拔鋼筋采用直徑為32 mm、抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值830 MPa（型號(hào)PSB830）的精軋螺紋鋼筋。 抗拔錨固鋼筋作用力中心點(diǎn)按在臨時(shí)支座中心考慮， 每根精軋螺紋鋼筋的抗拔力F=0.9×0.25×3.14×322×830／1 000=600.8 kN，抗傾覆穩(wěn)定安全系數(shù)K 取1.5，每側(cè)臨時(shí)支座需要的錨固鋼筋根數(shù)n=6 686.92×1.5／600.8=16.7 根，取n=18 根，則每個(gè)“T”構(gòu)需要36 根精軋螺紋鋼筋。

精軋螺紋鋼筋對應(yīng)布置在箱梁腹板處， 使其既能承受上部豎向壓力， 又有足夠的錨固力承受不平衡傾覆彎矩。精軋螺紋鋼筋平面布置圖如圖4 所示。

（3）精軋螺紋鋼錨固長度計(jì)算。 依據(jù)圖紙，橋墩墩身采用C35 混凝土，主梁采用C55 混凝土，由《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）4.1.4 可知，C35 混凝土和C55 混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值分別為1.57 MPa 和1.96 MPa。 直徑32 mm 的PSB830 型精軋螺紋鋼筋抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為830 MPa［6］，外形系數(shù)取0.14［5］。

圖4 精軋螺紋鋼筋平面布置圖（單位：mm）Fig.4 Layout of finish rolling twisted steel （Unit： mm）

依據(jù)計(jì)算結(jié)果， 精軋螺紋布置及臨時(shí)支座加強(qiáng)鋼筋布置如圖5 所示。

圖5 精軋螺紋布置及臨時(shí)支座加強(qiáng)鋼筋布置圖（單位：mm）Fig.5 Layout of finish rolling twisted steel and temporary support reinforcement steel （Unit： mm）

3 臨時(shí)錨固結(jié)構(gòu)體系構(gòu)造要求

3.1 臨時(shí)支座加強(qiáng)鋼筋配置

為增強(qiáng)臨時(shí)支座的整體抗壓能力，按鋼筋混凝土設(shè)計(jì)規(guī)范的一般規(guī)定， 配置4 層水平約束網(wǎng)片，網(wǎng)片由直徑為10 mm 的普通帶肋鋼筋組成，鋼筋水平間距為100 mm（如圖6 所示），上下層網(wǎng)片間距約為200 mm， 鋼筋網(wǎng)片隨混凝土澆筑進(jìn)度逐層放置。加強(qiáng)筋也可依據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行制作。

圖6 臨時(shí)固結(jié)加強(qiáng)鋼筋布置圖（單位：mm）Fig.6 Layout of temporary consolidation reinforcement steel （Unit： mm）

3.2 錨板及墩頂處加強(qiáng)筋配置

錨固處鋼筋抗拔力集中，采用在錨板處增設(shè)雙層直徑為10 mm 的帶肋鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片尺寸不小于600 mm×1 100 mm，鋼筋間距為50 mm，網(wǎng)片間距為100 mm，具體如圖7 所示。

圖7 墩身內(nèi)錨墊板處加強(qiáng)配筋簡圖（單位：mm）Fig.7 Brief drawing of reinforcement bar of anchor pad in pier body （Unit： mm）

為防止墩頂混凝土局部開裂，對于沒有設(shè)計(jì)鋼筋網(wǎng)片的墩頂， 應(yīng)在臨時(shí)支座下的墩頂200 mm 厚度內(nèi)預(yù)埋直徑為12 mm 的螺紋鋼筋網(wǎng)片，鋼筋布置間距為100 mm，網(wǎng)片尺寸大于臨時(shí)支座200 mm。

4 結(jié)語

在進(jìn)行預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋的掛籃懸臂施工時(shí)，為保證梁體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及施工安全，應(yīng)設(shè)置墩梁固結(jié)體系。 設(shè)計(jì)固結(jié)體系時(shí)，應(yīng)考慮在永久支座不受力的前提下，它可以承擔(dān)豎向力及施工中出現(xiàn)的各種不平衡彎矩。

本文以一座跨度為（72＋128＋72）m 的連續(xù)梁橋?yàn)槔_定了其臨時(shí)固結(jié)的結(jié)構(gòu)形式，并對設(shè)計(jì)圖紙中給出的及施工中可能出現(xiàn)的豎向力和不平衡彎矩進(jìn)行了檢算。 從檢算結(jié)果可知：（1）依據(jù)設(shè)計(jì)圖紙中給出的豎向力及不平衡彎矩進(jìn)行檢算， 混凝土臨時(shí)支座均受壓，抗壓承載力滿足要求。 （2）以懸臂處于最大狀態(tài)， 主梁一側(cè)17＃梁段掛籃和新澆筑混凝土墜落為不利工況，在此工況下，一側(cè)臨時(shí)支座受壓，受壓承載力滿足要求，另一側(cè)支座受拉，需配置精軋螺紋鋼筋來承擔(dān)拉力。