大跨徑懸澆梁臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)

吳新強(qiáng)

(合肥市市政設(shè)計(jì)研究總院有限公司，安徽 合肥 230041)

0 引 言

大跨徑變截面連續(xù)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(huì)在墩頂產(chǎn)生不平衡力矩，故需采取墩梁臨時(shí)錨固措施來抵抗這些不平衡力矩。

目前常用的臨時(shí)錨固措施有以下兩種：

(1)在墩頂永久支座兩側(cè)設(shè)置臨時(shí)支座，并在臨時(shí)支座內(nèi)預(yù)埋錨固鋼筋或預(yù)應(yīng)力筋。

(2)在承臺(tái)上設(shè)置臨時(shí)支墩，通過臨時(shí)支墩的預(yù)應(yīng)力筋形成承臺(tái)與梁底之間的錨固，臨時(shí)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(jié)合的錨固方式，相對(duì)較麻煩，采用較少。

無論采用哪種錨固方式，臨時(shí)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(jié)合某工程案例，以第(1)設(shè)置方式來探討臨時(shí)錨固的設(shè)計(jì)及計(jì)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(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)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(gè)梁段，0號(hào)梁段為墩頂現(xiàn)澆段，長(zhǎng)5 m，14號(hào)梁段為合攏段，15號(hào)梁段為邊跨現(xiàn)澆段。1號(hào)～13號(hào)梁段為掛籃懸澆段，從根部到跨中梁段數(shù)及梁段長(zhǎng)分別為2.5 m、6×3.0 m、6×3.5 m。主橋結(jié)構(gòu)及梁段劃分如圖1所示。

圖1 主橋及梁段示意圖

本橋臨時(shí)錨固措施為在主墩施工前，在墩身上部預(yù)埋精軋螺紋鋼，在墩頂澆筑臨時(shí)支座。臨時(shí)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(nèi)預(yù)埋電阻絲。臨時(shí)支座上下與梁體及墩頂接觸面設(shè)置油毛氈或隔離劑，以便后期臨時(shí)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(jī)和風(fēng)鎬等將臨時(shí)錨固系統(tǒng)拆除，完成體系轉(zhuǎn)換。

2 臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)

2.1 假定

臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)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(cè)的臨時(shí)支座來承擔(dān)。

(2)臨時(shí)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(duì)混凝土受壓的貢獻(xiàn)。

2.2 不平衡荷載計(jì)算

(1)梁體自重不均勻(如脹?；蚩s模)引起的不平衡力矩。假定一側(cè)梁體比另一側(cè)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(cè)掛籃前移不同步所產(chǎn)生的不平衡力矩。最不利情況為一側(cè)掛籃前移一個(gè)節(jié)段，另一側(cè)掛籃沒有前移。

根據(jù)規(guī)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(jié)段混凝土澆筑不同步所引起的不平衡力矩。按相差半個(gè)節(jié)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(fēng)載：最大懸臂時(shí)一端承受向上最大風(fēng)載，另一端承受向下最大風(fēng)載。查相關(guān)規(guī)范工程所在地100年一遇最大風(fēng)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(jī)具、材料等最大不平衡荷載按300 kN計(jì)，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(shí)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(chǎn)生的最大不平衡力矩：

M=M1+M2+M3+M4+M5=75 515.7 kN·m。

2.3 臨時(shí)支座及臨時(shí)錨固驗(yàn)算

本橋采用雙柱墩，截面尺寸為3.5×3 m，每個(gè)橋墩頂面設(shè)置兩個(gè)條形臨時(shí)支座，長(zhǎng)3.5 m，寬0.5 m，高0.6 m，每個(gè)臨時(shí)支座內(nèi)設(shè)置雙排D32 mm精軋螺紋鋼。

根據(jù)臨時(shí)錨固受力簡(jiǎn)圖(圖2)：

圖2 臨時(shí)錨固構(gòu)造及受力簡(jiǎn)圖

RA+RB=N

RAL+M=RBL

式中:L為臨時(shí)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(fù)值表示T構(gòu)發(fā)生最大傾覆荷載時(shí)臨時(shí)支座承受拉力。故采用RB進(jìn)行臨時(shí)支座受壓計(jì)算，采用RA進(jìn)行臨時(shí)錨固鋼筋抗拉計(jì)算。

取抗傾覆穩(wěn)定系數(shù)K=1.3。

(1)臨時(shí)支座混凝土抗壓強(qiáng)度計(jì)算。

σ=RB/2A=57 656.7/2/3.5/0.5

=16.5 MPa

故臨時(shí)支座混凝土抗壓滿足要求。

(2)臨時(shí)錨固鋼筋抗拉強(qiáng)度計(jì)算。本工程錨固鋼筋采用D32 mm精軋螺紋鋼，抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fpd=770 MPa，單根鋼筋承受拉力設(shè)計(jì)值F=619.2 kN，考慮1.3的安全系數(shù)，則承擔(dān)RA=-2 755.8 kN所需鋼筋根數(shù)：1.3×2 755.8/619.2=6根，設(shè)計(jì)單側(cè)錨固鋼筋為20根，滿足要求。

本工程精軋螺紋鋼未進(jìn)行張拉，利用其與混凝土的黏結(jié)力抵抗不平衡荷載，故鋼筋錨固長(zhǎng)度應(yīng)滿足相關(guān)規(guī)范關(guān)于充分利用鋼筋強(qiáng)度時(shí)的最小錨固長(zhǎng)度要求。

3 施工單位對(duì)臨時(shí)錨固的考慮

設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮掛籃及最后節(jié)段意外墜落的極端情況。而施工單位承擔(dān)著懸臂澆筑連續(xù)梁的安全責(zé)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(jié)段意外墜落后的偏載彎矩構(gòu)成T構(gòu)的最大傾覆荷載。此時(shí)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(shè)計(jì)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(xiàn)的，所以掛籃設(shè)計(jì)、制造及使用過程中必須安全可靠，加強(qiáng)錨固。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)臨時(shí)錨固構(gòu)造時(shí)應(yīng)預(yù)留一定安全儲(chǔ)備。

4 結(jié)論及建議

本文通過一工程案例介紹了精軋螺紋鋼臨時(shí)錨固措施，并考慮施工過程中可能出現(xiàn)的不平衡荷載類型對(duì)臨時(shí)錨固進(jìn)行設(shè)計(jì)，驗(yàn)算了臨時(shí)支座及臨時(shí)錨固強(qiáng)度。結(jié)合施工單位對(duì)臨時(shí)錨固的考慮，對(duì)臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)提出以下結(jié)論和建議：

(1)臨時(shí)支座設(shè)置在永久支座縱向的兩側(cè)，條件允許時(shí)應(yīng)盡量靠近外側(cè)，以增加力臂[3]。

(2)設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行臨時(shí)錨固設(shè)計(jì)時(shí)，可對(duì)施工單位擔(dān)心的掛籃墜落的極端情況進(jìn)行復(fù)核，并預(yù)留一定安全儲(chǔ)備。

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

(4)施工過程中應(yīng)加強(qiáng)施工監(jiān)控，控制施工不平衡荷載在設(shè)計(jì)容許范圍內(nèi)，避免掛籃墜落等極端情況出現(xiàn)。

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