連續(xù)梁懸臂施工臨時固結的受力分析

周運志 （中鐵上海工程局集團有限公司，安徽 合肥 230000）

在連續(xù)梁懸臂施工時，梁體對稱分段澆筑，由于橋梁平面軸線為曲線產(chǎn)生不平衡彎矩或施工中可能因掛籃模板故障產(chǎn)生不平衡荷載而傾覆，此時橋梁的設計結構體系未成型，永久支座不能滿足結構受力穩(wěn)定性要求，為確保此施工階段梁體穩(wěn)定，采取在連續(xù)梁墩頂或墩身外部設置臨時支座為梁體提供支撐、錨固作用力，以抵消梁體在施工時的不平衡荷載。關于連續(xù)梁懸臂施工臨時固結的受力分析計算方面的論文資料較多，但在實際計算時仍然存在計算結果分析不明確，固結結構安全系數(shù)過小或過大的問題。筆者從力矩平衡的角度，對連續(xù)梁懸臂施工臨時固結的受力進行分析，以總結類似工程經(jīng)驗。

1 計算模型

連續(xù)梁施工臨時固結支座在墩頂或墩身外部設置，結構受力計算的方法相同，本文連續(xù)梁結構模型中臨時固結支座設在墩頂，相關幾何、力學參數(shù)見圖1。

①假設連續(xù)梁分多個節(jié)段，其節(jié)段編號為0#、1#、2#～n#和 1′#、2′#～n′#，且節(jié)段編號 1#與 1′#、2#與 2′#、n#與n′#均結構對稱。

②縱橋向時臨時固結支座中心到墩中線距離均為X,橫橋向時臨時固結支座中心到墩中線距離均為Y。

③0#、1#～n#和 1′#～n′#等各節(jié)段重心至墩中線距離為 L0～Ln，0#塊節(jié)段重量為 2N0，其他節(jié)段重量為N1～Nn。Nc為連續(xù)梁施工時不利工況下的不平衡荷載。掛籃及模板體系總重量為Ng。

④臨時固結支座為梁體提供的支反力為R1、R2。

⑤當連續(xù)梁平面軸線為曲線時，曲線外側荷載為NW1,對應的重心至臨時固結支座的中線距離為LW1,曲線內(nèi)側荷載為NW2,對應的重心至臨時固結支座的中線距離為LW2。

⑥本文中計量單位除特別標注外，長度單位均為m，各種荷載單位均為kN。

2 工況分析

2.1 不考慮梁平面軸線為曲線

在不單獨考慮橋梁平面軸線為曲線時產(chǎn)生的不平衡荷載情況下，連續(xù)梁懸臂施工時，可能產(chǎn)生較不利工況如下。

工況一：對稱節(jié)段混凝土同時澆筑但速度不同步，一端澆筑慢，另一端澆筑快產(chǎn)生的不平衡荷載，此時 Nc＜Nn。

圖1 連續(xù)梁模型示意圖

工況二：對稱節(jié)段混凝土同時澆筑，待澆筑完混凝土時，一端掛籃與澆筑的節(jié)段混凝土全部墜落，另一端混凝土及掛籃產(chǎn)生的不平衡荷載，此時Nc=Nn+Ng。

工況三：一端掛籃未動，另一端掛籃提前移動就位完成產(chǎn)生的不平衡荷載，此時Nc=Ng。

在以上幾種較不利工況中，工況二為最不利工況，因此只要工況二時臨時支座固結滿足結構要求，其他工況均穩(wěn)定安全。

2.2 考慮梁平面軸線為曲線

在單獨考慮橋梁平面軸線為曲線時產(chǎn)生的不平衡荷載情況下，連續(xù)梁橫橋向會產(chǎn)生不平衡彎矩，此時由于曲線半徑較大，連續(xù)梁的縱軸線近似于直線，彎曲產(chǎn)生的彎矩相對較小可以不考慮，具體可通過計算判斷。

3 基本原理

3.1 不考慮梁平面軸線為曲線

由以上相關分析結果可知，最不利工況為“工況二”。假設臨時支座為平衡梁體不平衡力矩提供拉力R1（方向向下），按簡支梁受力計算，對工況二計算如下。

3.1.1 根據(jù)力矩平衡

計算公式簡化后，支反力R1（+值拉力，-值壓力）結果為：

從支反力R1的計算公式中可知，在荷載不變的情況下，臨時支座的間距X加大有利于R1拉力減小，施工時不宜產(chǎn)生傾覆，受拉鋼筋的數(shù)量較少。

3.1.2 根據(jù)受力平衡

假設臨時支座為平衡梁體施工最不利荷載而提供支反力R2（方向向上），則

3.2 考慮梁平面軸線為曲線

考慮橋梁平面軸線為曲線時產(chǎn)生的不平衡荷載情況下，通過計算NW1×LW1數(shù)值與NW2×LW2數(shù)值并進行比較，具體的計算方法與上面的“（1）”中工況二計算相關內(nèi)容方法相同，不再贅述。

4 臨時固結支座配筋及尺寸計算

4.1 臨時固結支座抗拉鋼筋計算

①當支反力R1為拉力時，要在臨時固結中設置抗拉鋼筋，抗拉鋼筋的直徑d mm，其抗拉強度設計值fy(當為預應力鋼筋時取fpy）。結構的重要性系數(shù)取1.1，抗拉鋼筋的根數(shù)為n根，計算如下。

計算公式簡化后：

n 根 =1.1×R1×1000/(π×d×d/4×fy)

②臨時固結支座抗拉鋼筋錨固長度的計算:la=ζa×a×fy×d/ft

此式中，la為受拉鋼筋的錨固長度；ζa為錨固長度修正系數(shù)；a為錨固鋼筋的外形系數(shù)；fy為鋼筋的抗拉強度設計值（當為預應力鋼筋時取fpy）；d為錨固鋼筋的直徑；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值。相關計算規(guī)定可參考《混凝土結構設計規(guī)范》（GB50010-2010），不再贅述。

4.2 臨時固結支座尺寸計算

當支反力R2提供支撐力，臨時固結支座的長為Lamm，寬為Lbmm，則其面積為a×b，支座混凝土軸心抗壓強度設計值為fc。結構的重要性系數(shù)取1.1，臨時固結支座的面積計算如下。

計算公式簡化后：

采用在墩身外部設置臨時固結支座受力計算方法與以上方法類似，不再贅述。

5 實際計算

為簡便計算，根據(jù)前文計算的R1、R2計算式，再進一步細化計算算式，通過電子表格編輯相關計算公式，可對每節(jié)段施工時最不利工況條件下臨時固結支座受力、受拉鋼筋設置數(shù)量、支座的面積大小等內(nèi)容進行快速計算，具體見表1。表1中節(jié)段長度、節(jié)段混凝土數(shù)量、臨時支座到墩中心距離X均由設計圖查得。掛籃及模板體系總重量為Ng由方案設計確定，實際施工時隨著施工節(jié)段尺寸的減小，Ng會減小。在計算時，當Ng取大值，最不利工況時影響更大，為方便計算，每節(jié)段施工計算時Ng均按最大值取，計算的安全系數(shù)會更大。

6 應用實例

連續(xù)梁梁段設計參數(shù)表 表2

圖2 墩梁固結立面圖

某鐵路跨河連續(xù)梁設計孔跨為（60+100+60）m，梁體混凝土為C50，施工采用菱形掛籃懸臂灌注法。連續(xù)梁長221.5m，其中2個0#塊，標準節(jié)段總計52個，3個合龍段，2個邊跨現(xiàn)澆段。連續(xù)梁各節(jié)段情況見表1所示。

臨時固結支座設計圖紙要求：采用C40鋼筋混凝土，每個墩頂設置2組臨時固結支座，每組包含2個臨時固結支座，分別位于結構支座兩側大小里程端，臨時固結支座至墩中心距離X為1.7m，單個臨時固結支座的平面尺寸為2.4m×1.2m每組2個臨時固結支座面積共5.76m2。每組臨配置174根HRB400Ф32錨固鋼筋，錨固鋼筋在臨時支座里呈“L”型布置，每根錨固鋼筋長3.06m，預埋入墩身不小于長度1.5m，埋入梁體長度不小于0.64m。結構見圖2。

施工時掛籃及模板體系總重量為Ng為670kN；HRB400Ф32錨固鋼筋的抗拉強度設計值 fy為360MPa；C40混凝土標準設計強度為19.1MPa。根據(jù)表2進行臨時固結支座實例計算，具體計算成果見表3，從表3計算結果看，在施工13#節(jié)段且出現(xiàn)最不利工況時單組臨時固結支座需要配8根HRB400Ф32錨固鋼筋，面積共3.57m2，遠小于上述設計數(shù)值174和5.76。因此，按照設計要求施工，安全系數(shù)較高，完全滿足要求，且設計過于保守，而在實際施工中還有施工單位進一步采用精軋螺紋鋼替換HRB400Ф32鋼筋，更是沒有必要的，這也造成較大的材料的浪費。因此，建議臨時固結支座設計時需通過表2內(nèi)計算公式計算驗證。

連續(xù)梁臨時固結支座受力計算公式表 表1

連續(xù)梁臨時固結支座受力計算實例表 表3

7 結束語

在連續(xù)梁懸臂施工中，絕大部分臨時固結支座只要計算縱橋向各節(jié)段施工時最不利工況產(chǎn)生的不平衡荷載的影響即可，而因連續(xù)梁平面軸線為曲線產(chǎn)生橫橋向較大不平衡荷載較少，若計算，則計算方法與縱橋向平衡計算相似。本文對臨時固結支座計算以力矩平衡理論為依據(jù)，推導得出計算結論公式，計算公式可為類似工程施工受力分析計算提供可靠的理論支撐,同時通過對連續(xù)梁臨時固結支座的實例進行計算驗證,可作為類似工程施工計算的參照范例。