懸臂澆筑連續(xù)箱梁的臨時(shí)固結(jié)受力分析研究

程健，田俊，尹曉文

（青島理工大學(xué)（臨沂），山東臨沂 273400）

懸臂法施工是預(yù)應(yīng)力連續(xù)梁常見(jiàn)的一種施工方法，廣泛應(yīng)用于鐵路、市政、公路等橋梁工程中，在大跨度連續(xù)梁施工中更具有顯著的優(yōu)勢(shì)。連續(xù)梁懸臂施工時(shí)，墩頂箱梁在理論上宜完全對(duì)稱(chēng)澆筑，并且要求不能出現(xiàn)不平衡情況，但實(shí)際施工中可能會(huì)出現(xiàn)不平衡荷載甚至極端情況的發(fā)生，在懸臂施工時(shí)由于墩梁鉸接而不能承受彎矩，因此，為確保梁體結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，施工時(shí)要采取措施臨時(shí)將墩、梁固結(jié)[1-2]。

臨時(shí)固結(jié)是連續(xù)梁需采用懸澆施工工藝施工作業(yè)時(shí)，且連續(xù)梁與橋墩間具有（設(shè)計(jì)）橋梁支座支撐而采用的一種施工工藝。臨時(shí)固結(jié)裝置是箱梁施工過(guò)程中的主要受力構(gòu)件，施工期間的所有荷載以及出現(xiàn)不平衡荷載時(shí)，都要依靠臨時(shí)固結(jié)裝置來(lái)承受。因此，臨時(shí)固結(jié)體系是保證箱梁施工安全及懸臂傾覆穩(wěn)定的重要措施。

本文以臨沂市香榭麗大橋(40+2X70+40)m連續(xù)梁為例對(duì)臨時(shí)固結(jié)體系進(jìn)行受力分析研究。

1 工程概況

該大橋位于山東臨沂市費(fèi)縣城香榭麗大道上跨越溫涼河的一座橋梁，橋梁采用與主河道正交布置。橋跨組合為（40+2X70+40）m四跨PC變截面連續(xù)箱梁，分上、下行分離的兩個(gè)單箱單室型截面組成。單個(gè)箱體頂板寬12.0m，厚0.25m，設(shè)2%的橫坡；底板寬6 m，厚度從跨中的0.25m按二次拋物線(xiàn)變化成距橋墩中心1.75m處的0.6m，橫橋向底板保持水平；箱梁根部高度5.0m，跨中高度2.0 m，箱梁梁高從跨中至距主墩中心1.75m處按二次拋物線(xiàn)變化；腹板等厚度為0.50m；翼緣板懸臂長(zhǎng)為3.0m，根部厚0.65m，內(nèi)側(cè)端部厚0.25m，外側(cè)端部厚0.18m。施工方法采用懸臂平衡澆筑施工，邊跨直線(xiàn)段采用滿(mǎn)堂支架施工，主橋總體布置如圖1。

圖1 大橋主橋總體布置圖（單位cm）

臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)臨時(shí)墊塊為現(xiàn)澆C50混凝土，在澆筑墊塊和箱梁前先在墩頂面及墊塊頂面涂抹隔離劑，以便于拆除臨時(shí)錨固墊塊。墊塊分上下兩層，中間夾5cm厚的硫磺砂漿，墩身與梁體的連接采用在墩身內(nèi)兩側(cè)各預(yù)埋31根Φ40mm精扎螺紋鋼筋，下端錨固在墩身1.79m，穿過(guò)臨時(shí)固結(jié)在箱梁底板內(nèi)錨固1.8m，并設(shè)彎鉤加強(qiáng)錨固作用，臨時(shí)固結(jié)立面圖、斷面圖如圖2和圖3所示。

圖2 臨時(shí)固結(jié)立面圖（單位cm）

圖3 臨時(shí)固結(jié)斷面示意圖（單位cm）

2 臨時(shí)固結(jié)體系計(jì)算

2.1 梁體產(chǎn)生不平衡彎矩的因素分析[3]

（1）施工不平衡荷載產(chǎn)生的縱向不平衡彎矩。考慮混凝土的不平衡澆筑(相差2m)，施工機(jī)具、人員的兩側(cè)不平衡分布等，不平衡荷載按照 《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG TF50-2011)其值不宜超過(guò)梁段重的1/4，施工時(shí)嚴(yán)格控制，不得超過(guò)。

（2）由于兩側(cè)掛籃前移的不同步產(chǎn)生的不平衡彎矩，最不利情況為一側(cè)掛籃前移一個(gè)節(jié)段（最大懸臂時(shí)為3.5m），另一側(cè)掛籃沒(méi)有前移。

（3）一側(cè)掛籃墜落情況。澆筑完混凝土后移動(dòng)一側(cè)掛籃時(shí)墜落，產(chǎn)生不平衡彎矩。最不利情況按最大懸臂處考慮，一側(cè)掛籃墜落，沖擊系數(shù)按2.0計(jì)算。

2.2 縱向不平衡彎矩及抵抗力矩計(jì)算

2.2.1 情況1：施工不平衡荷載產(chǎn)生的不平衡彎矩(未考慮安全系數(shù)及掛籃墜落的情況)，不平衡荷載按25t考慮。其中各懸澆節(jié)段長(zhǎng)度尺寸如圖4所示，則計(jì)算得各節(jié)段懸澆施工中不平衡彎矩M1見(jiàn)表1所示。

圖4 懸澆節(jié)段長(zhǎng)度尺寸(單位：cm)

表1 各節(jié)段懸澆施工中不平衡彎矩M1計(jì)算表

2.2.2 情況2：掛籃前移的不同步產(chǎn)生的不平衡彎矩，掛籃重取40t考慮。計(jì)算得各節(jié)段掛籃前移不同步時(shí)不平衡彎矩M2見(jiàn)表2所示。

2.2.3 情況3：掛籃墜落產(chǎn)生的各節(jié)段不平衡彎矩M3見(jiàn)表3所示，沖擊系數(shù)按2.0計(jì)算。

臨時(shí)固結(jié)約束的抵抗力矩按 《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D62-2004)[4]對(duì)偏心受壓構(gòu)件按照下列公式計(jì)算：

表2 各節(jié)段掛籃前移不同步時(shí)不平衡彎矩M2計(jì)算表

表3 各節(jié)段掛籃脫落時(shí)不平衡彎矩M3計(jì)算表

其中：γ0—橋梁結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)，該工程取1.0；

Nd—軸向力組合設(shè)計(jì)值；

e'—軸向力作用點(diǎn)至截面受壓較大邊縱向鋼筋A(yù)'s和A'p合力點(diǎn)的距離；

fcd—混凝土軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C50混凝土為22.4MPa；

b—矩形截面寬度，b=600cm；

h—混凝土受壓區(qū)高度，h=260cm；

h0—截面受壓較小邊邊緣至受壓較大邊縱向鋼筋合力點(diǎn)的距離，h0=235cm；

f'sd—普通鋼筋抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，HRB335級(jí)鋼筋f'sd=280N/mm2；

A's—構(gòu)件受壓區(qū)縱向普通鋼筋的截面面積，A’s=31X1256.6=38954.6 mm2；

a's—構(gòu)件受壓區(qū)普通鋼筋合力點(diǎn)至受壓區(qū)邊緣的距離，a's=25cm。

臨時(shí)固結(jié)的最大理論抵抗力矩為M=389817.3÷1.3=299859.5kN·m。因此，各因素引起的不平衡彎矩均小于其臨時(shí)固結(jié)的抵抗力矩299859.5kN·m，故預(yù)埋精軋螺紋鋼滿(mǎn)足承載能力要求。

3 臨時(shí)固結(jié)體系的分析

各節(jié)段懸澆施工中彎矩匯總計(jì)算表如表4所示。

表4 各節(jié)段懸澆施工中彎矩匯總計(jì)算表

由以上分析可知，采用臨時(shí)固結(jié)這種施工方法，既解決了主梁傾覆，又具有較高的安全儲(chǔ)備。與傳統(tǒng)的懸臂澆筑法比較具有較明顯的優(yōu)點(diǎn)：

（1）傳統(tǒng)的懸澆法要求遵循對(duì)稱(chēng)、均衡、同步的原則進(jìn)行施工，并且為了達(dá)到對(duì)稱(chēng)均衡施工要實(shí)時(shí)配重，因此，傳統(tǒng)施工方法要完全達(dá)到非常困難，適用性不強(qiáng)，并且耗時(shí)延誤工期，增加資金投入等缺點(diǎn)，采用臨時(shí)固結(jié)措施后，可以在很大范圍內(nèi)提高其抗傾覆能力，梁體施工過(guò)程中比較穩(wěn)固安全，為工程減少資金投入，縮短工期。

（2）傳統(tǒng)懸澆法為了承受施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的不平衡力矩，需要在墩旁搭設(shè)臨時(shí)塔架（或托架），塔架頂設(shè)置千斤頂，支承墩頂梁段，這種方法施工相對(duì)繁瑣，施工時(shí)間長(zhǎng)，而采用臨時(shí)固結(jié)措施，可簡(jiǎn)化橋墩處支撐，可以較大的縮短施工時(shí)間。

（3）該橋臨時(shí)固結(jié)體系在臨時(shí)支墩上部施作一層 5cm厚的硫磺砂漿，在砂漿中部預(yù)埋電阻絲，拆除時(shí)只需要對(duì)電阻絲通電至硫磺融化，即可輕松快捷拆除臨時(shí)固結(jié)體系，安全隱患較小，施工方便快捷縮短了合龍工期。

4 總結(jié)

實(shí)踐證明該橋的臨時(shí)固結(jié)方案設(shè)計(jì)較為合理，施工難度較小，安全隱患較小，工程費(fèi)用比較經(jīng)濟(jì)，為安全、有效的施工打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1]丁鍵，胡成.PC梁橋懸臂澆筑臨時(shí)支撐的分析研究[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2010，18(6)：18-21.

[2]董立功.PC連續(xù)箱梁懸臂施工支撐式臨時(shí)固結(jié)的計(jì)算分析[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2009，6(1)：65-67.

[3]張艷艷.某特大橋（40+64+40）m連續(xù)梁主墩墩頂臨時(shí)固結(jié)設(shè)計(jì)[J].北方交通，2011（5）：101-103.

[4]中國(guó)公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院.JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]中交第一公路工程有限公司.JTG TF50-2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]楊重虎.高腳水庫(kù)大橋懸臂梁施工零號(hào)塊臨時(shí)固結(jié)措施[J].重慶建筑，2011，10(97)： 29-31.