懸臂澆筑連續(xù)梁(掛籃)墩梁臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)計(jì)算

陳長(zhǎng)軍

(齊齊哈爾城建市政工程有限責(zé)任公司)

1 工程概況

盤營客專盤錦特大橋，131#～134#墩上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為32 m+48 m+32 m懸臂澆筑連續(xù)箱梁，梁體為單箱單室、斜腹板、變高度、變截面結(jié)構(gòu)，全長(zhǎng)113.5 m，梁體采用C50高性能混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙和現(xiàn)有掛籃模板的情況，本著方便施工便于操作的原則，確定0#、1#塊采用鋼管支架的支撐形式，主橋箱梁2#～6#塊采用菱形掛籃懸臂澆筑法施工。臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)方案如下。

(1)臨時(shí)支座設(shè)置:在墩頂順橋向兩側(cè)設(shè)置四個(gè)臨時(shí)混凝土支座，其尺寸為長(zhǎng)×寬×高=250 cm×50 cm×60 cm。在施工時(shí)臨時(shí)支座底面和頂面均與墩頂和梁底涂抹隔離劑進(jìn)行隔離，另為防止臨時(shí)支座混凝土受壓時(shí)局部崩裂，在臨時(shí)支座處布置三層鋼筋網(wǎng)片，間距為200 mm，其中橫橋向配置5根Φ12 mm螺紋鋼筋，鋼筋布置間距100 mm;順橋向配置24根Φ12 mm螺紋鋼筋，鋼筋布置間距100 mm;

(2)墩梁固結(jié):墩身與梁體的連接采用在墩身內(nèi)兩側(cè)預(yù)埋24根 Φ32 mm精扎螺紋鋼筋，其標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度為930 MPa。待0#塊混凝土澆筑完成，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值的100%后，對(duì)24根精扎螺紋鋼筋進(jìn)行張拉完成對(duì)墩梁的臨時(shí)固結(jié)來抵抗施工中的不平衡彎矩。

2 設(shè)計(jì)檢算

根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，墩梁臨時(shí)固結(jié)措施應(yīng)能承受中支點(diǎn)處最大不平衡彎矩M設(shè)計(jì)=12 514 kN·m(未考慮安全系數(shù)與單側(cè)掛籃脫落)和相應(yīng)的豎向反力N=16 377 kN。

(1)為保證梁體懸澆過程的安全性，在施工設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮1#～6#節(jié)段施工時(shí)單端掛籃脫落而增加的不平衡彎矩M1的影響，考慮掛籃單側(cè)重量500 kN。

圖1 1#～6#懸澆節(jié)段長(zhǎng)度尺(單位:m)

表1 各節(jié)段懸澆掛籃脫落不平衡彎矩M1計(jì)算表

(2)計(jì)算臨時(shí)支座結(jié)合梁體自重抵抗最大不平衡彎矩M2。

圖2 梁體自重抵抗最大不平衡彎矩M2(單位:m)

如圖2所示:

A、B點(diǎn)為兩側(cè)臨時(shí)支座中心，距中支點(diǎn)1.22 m;G為懸臂段梁體的重力;G1為懸臂段梁體的重力垂直于梁體分力，距中支點(diǎn)Lm;G1'為重力水平分力，距離支點(diǎn)中心L'm;G0為墩頂處梁體的重力;M2為梁體自重所抵抗的不平衡彎矩N1、N2為臨時(shí)支座反力。

當(dāng)N2=0時(shí)，且梁體為一平衡的臨界狀態(tài)時(shí)，M2值最大。

此時(shí)，根據(jù)豎向力平衡得2G+G0=N1

根據(jù)中支點(diǎn)力距平衡得2G1'L'+M2=N1·1.22

得M2=2.44G+1.22G0-2G L'sin0.172=2.44G+1.22G0-2G L'×0.003

為了計(jì)算簡(jiǎn)便，G的形心距離支點(diǎn)中心距L'統(tǒng)一取6#節(jié)段形心距離支點(diǎn)中心距3 m，實(shí)際個(gè)T構(gòu)形心距離支座中心小于3 m，可見結(jié)構(gòu)偏安全。

圖3 各節(jié)梁段重量(長(zhǎng)度單位:m，重力單位:kN)

表2 各節(jié)段懸澆施工中彎矩M2計(jì)算表

(3)精軋螺紋鋼筋抵抗最大不平衡彎矩M3計(jì)算。

圖4 精軋螺紋鋼筋抵抗彎矩M3計(jì)算簡(jiǎn)圖

如圖4所示:

A、B點(diǎn)為兩側(cè)臨時(shí)支座中心，距中支點(diǎn)1.22 m;O點(diǎn)為中支點(diǎn);F1、F2為精軋螺紋鋼筋預(yù)拉力;N1、N2為臨時(shí)支座反力;M3為精軋螺紋鋼筋所抵抗的最大不平衡彎矩。

當(dāng)N2=0時(shí)，且梁體為一平衡的臨界狀態(tài)時(shí)，精軋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(zhì)桿件，不考慮梁體自重進(jìn)行計(jì)算。

精軋螺紋鋼筋屈服強(qiáng)度75%，σ=0.75Rb=0.75×930 MPa=697.5 MPa。

單根精軋螺紋鋼筋截面積A=3.14×0.016 2=8.038×10-4m2。

單根精軋螺紋鋼筋預(yù)拉力F=σ·A=560.678 kN。

根據(jù)靜力平衡得N1+N2=F1+F2。

N2=0得N1=F1+F2=13 456.3 kN。

根據(jù)中支點(diǎn)靜力距平衡得M3+F1·1.22+N2·1.22=F2·1.22+N1·1.22。

N2=0，F(xiàn)1=F2得M3=N1·1.22=16 416.7 kN·m

(4)對(duì)各節(jié)段彎矩進(jìn)行匯總計(jì)算。

表3 各節(jié)段懸澆施工中彎矩匯總計(jì)算表

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果本墩梁臨時(shí)固結(jié)方案的抗傾覆性滿足施工要求。

(5)臨時(shí)支座承壓檢算。

在墩頂設(shè)置4個(gè)臨時(shí)支座，每側(cè)2個(gè)，其尺寸為250 cm×50 cm×60 cm，支座采用C50混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)文件要求，臨時(shí)支座要滿足豎向支反力16 377 kN。

取C50混凝土設(shè)計(jì)抗壓強(qiáng)度fc=19.1 MPa。

單側(cè)臨時(shí)混凝土支座承壓面積為2.5 m2。

單側(cè)臨時(shí)混凝土支座在豎向支反力作用下得壓應(yīng)力

安全系數(shù)k=19.1/2.6=7.3。

臨時(shí)支座承壓也滿足設(shè)計(jì)文件要求。

(6)精軋螺紋鋼錨固長(zhǎng)度計(jì)算。

預(yù)應(yīng)力鋼筋的錨固La=аfpyd/ft

式中:La為受拉鋼筋的錨固長(zhǎng)度;fy、fpy為普通鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;ft為混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C40時(shí)，按C40取值;d為鋼筋的公稱直徑;а為鋼筋的外形系數(shù)，按表4取用。

表4

據(jù)本工程實(shí)際情況，a=0.13，fpy=930 MPa，d=0.003 2 m，ft=1.43 MPa。

Ф32精扎螺紋鋼錨固長(zhǎng)度La=аfpyd/ft

根=0.13×930×0.032/1.43=2.7 m

施工時(shí)在預(yù)埋精軋螺紋鋼的同時(shí)設(shè)置錨墊板(0.15 m×0.15 m)。設(shè)置錨墊板后，利用錨墊板錨固Ф32精扎螺紋鋼筋，并利用錨墊板取代Ф32精扎螺紋鋼筋與混凝土之間的粘結(jié)力。受力計(jì)算:

應(yīng)力σ=930×803.8×10-6/0.0205=36.5 MPa＜210 MPa

錨墊板采用標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件屈服強(qiáng)度為210 MPa(Q235)，能夠承受。

為防止錨墊板上方混凝土因局部受壓過大產(chǎn)生破壞，錨墊下部設(shè)置 Φ10螺旋筋。螺旋直徑為100 mm，間距為50 mm，4圈長(zhǎng)度。

3 結(jié)論

臨時(shí)固結(jié)主要考慮其抗傾覆能力、臨時(shí)支座的抗壓承載能力和其配筋的錨固長(zhǎng)度。臨時(shí)固結(jié)的抗傾覆能力主要是其抵抗施工過程中不平衡彎矩的能力，施工過程中的不平衡彎矩主要是設(shè)計(jì)給定的最大不平衡彎矩和掛籃單側(cè)脫落產(chǎn)生的不平衡彎矩，抵抗不平衡彎矩的因素主要是梁體自重和臨時(shí)固結(jié)配筋的承載能力，臨時(shí)固結(jié)措施的抗傾覆系數(shù)應(yīng)為1.5。臨時(shí)支座的抗壓承載能力是對(duì)臨時(shí)支座的局部抗壓承載力進(jìn)行驗(yàn)算，其安全系數(shù)應(yīng)滿座2.0。同時(shí)應(yīng)對(duì)臨時(shí)固結(jié)配筋的錨固長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算，施工時(shí)不小于理論值，若長(zhǎng)度不滿足，可通過端部設(shè)錨墊板進(jìn)行局部加強(qiáng)的措施保證施工安全。