大跨徑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋墩頂臨時(shí)支撐方案與驗(yàn)算

擺彥福，何嘉歡，虎婭麗

(寧夏公路橋梁建設(shè)有限公司，寧夏 銀川 750001)

1 工程概況

項(xiàng)目主橋?yàn)槎嗫邕B續(xù)梁結(jié)構(gòu)，跨徑布置64+5×120+64=728 m，分兩幅設(shè)置，每幅主梁采用單箱單室截面。橋墩采用整體性強(qiáng)的薄壁墩。支座采用摩擦擺減隔震支座以減小地震荷載作用下下部結(jié)構(gòu)的內(nèi)力效應(yīng)。

2 臨時(shí)支撐方案

主橋主墩懸臂法施工時(shí)，主墩臨時(shí)固結(jié)是上部構(gòu)造施工安全和質(zhì)量的關(guān)鍵工序，施工臨時(shí)支座時(shí)，應(yīng)確保其施工質(zhì)量，連續(xù)梁在采用分段懸臂澆筑過程中，永久支座不能承受施工中產(chǎn)生的不平衡力矩，需采取臨時(shí)錨固措施，以提供豎向支撐，抵抗施工中產(chǎn)生的各種不平衡力矩，保證“T”構(gòu)平衡。

本項(xiàng)目墩頂臨時(shí)固結(jié)方案采用“墩頂臨時(shí)混凝土墊塊”和“墩外鋼管支撐”兩套固結(jié)措施。墩頂臨時(shí)混凝土墊塊采用C50混凝土，尺寸為65 cm×50 cm，混凝土墊塊豎向鋼筋為￠28，伸入墩身80 cm，伸入梁底80 cm，每墩共計(jì)8塊。鋼管采用直徑1 600 mm，壁厚20 mm，鋼管兩端固結(jié)，上下端通過在承臺(tái)、梁底預(yù)埋鋼板與鋼管焊接牢固。

3 臨時(shí)固結(jié)驗(yàn)算

根據(jù)該橋結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立結(jié)構(gòu)最大懸臂施工狀態(tài)有限元分析模型，通過施加不平衡風(fēng)舉力及不平衡作用力，進(jìn)行最大懸臂施工狀態(tài)結(jié)構(gòu)不平衡彎矩分析及控制。驗(yàn)算忽略固定支座及墩頂臨時(shí)支撐受力，計(jì)算過程假定上部作用力均由墩外鋼管支撐。

3.1 荷載及不平衡彎矩

通過對(duì)該橋最大懸臂狀態(tài)下的分析，考慮懸臂施工時(shí)掛籃、模板等臨時(shí)荷載按1 000 kN計(jì)，作用點(diǎn)距懸臂最前端0.5 m。另外施加同向作用不平衡升舉力，最大懸臂時(shí)主梁承受的升舉極風(fēng)載為

升舉風(fēng)力按：次邊跨qv中跨0.5qv加載。

最終計(jì)算得不平衡彎矩為467 244.8-404 384.3=62 860.5 kN.m。

3.2 鋼管內(nèi)力計(jì)算

在主梁承受不平衡風(fēng)載，且此時(shí)一側(cè)有掛籃，一側(cè)無掛籃的最不利施工狀態(tài)下，通過計(jì)算得出單根鋼管最不利內(nèi)力。在施工過程中單根鋼管承受的最大軸向壓力為13 770.65 kN，為了偏安全計(jì)算，取單根鋼管的水平剪力為31.5 kN，取單根鋼管的彎矩為574.3 ,N.m。

3.3 鋼管強(qiáng)度及穩(wěn)定性驗(yàn)算

受壓桿件長細(xì)比計(jì)算，首先計(jì)算出鋼管慣性矩I，對(duì)于圓管的慣性矩可依據(jù)下列公式計(jì)算

式中：α=d/D，d為圓管內(nèi)徑，D為圓管外徑。

長細(xì)比λ計(jì)算公式為

式中：1為桿的長度，μ為長度因素，其值由桿端約束情況決定，兩端鉸支的細(xì)長壓桿，μ=1；一端固定，一端自由的細(xì)長壓桿，μ=2；兩端固定的細(xì)長壓桿，μ=0.5；一端固定一端鉸支的細(xì)長壓桿，μ=0.7。本例鋼管兩端固結(jié)，故μ=0.5。

根據(jù)《公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范》(JTG D64-2015)軸心受壓構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度驗(yàn)算及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算。

(1)軸心受壓構(gòu)件的強(qiáng)度應(yīng)滿足下式要求

γ0Nd≤Aeff,cfd

(2)軸心受壓構(gòu)件的整體穩(wěn)定性應(yīng)滿足下式要求

公式中各式相關(guān)符號(hào)含義詳見規(guī)范。

根據(jù)上述各式，將計(jì)算結(jié)果整理如表1所列。

表1 計(jì)算結(jié)果

通過上述計(jì)算可知，該橋采用的臨時(shí)固結(jié)方案，當(dāng)墩側(cè)采用直徑為1.6 m，壁厚20 mm的鋼管時(shí)，橋梁在最大懸臂狀態(tài)最不利受力狀態(tài)下其強(qiáng)度驗(yàn)算及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算均小于Q235鋼材抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值180 MPa，滿足受力及規(guī)范要求。

4 結(jié)論與建議

本文通過對(duì)大跨徑變截面預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋制定墩頂臨時(shí)固結(jié)方案，即擬對(duì)該橋采用“墩頂臨時(shí)混凝土墊塊”和“墩外鋼管支撐”兩套固結(jié)措施的方案進(jìn)行懸臂施工，為保證施工安全性，本文對(duì)該支撐方案進(jìn)行了驗(yàn)算。

驗(yàn)算偏安全的忽略固定支座及墩頂臨時(shí)支撐受力，計(jì)算過程假定上部作用力均由墩外鋼管支撐。通過驗(yàn)算可知，該方案在最大懸臂狀態(tài)最不利受力狀態(tài)下其強(qiáng)度驗(yàn)算及整體穩(wěn)定性驗(yàn)算滿足受力及規(guī)范要求。

同時(shí)，施工過程中，建議施工單位在做好墩外鋼管支撐措施的同時(shí)，也要保證墩頂臨時(shí)支撐的設(shè)置，保證臨時(shí)支撐方案的可靠性與施工安全；墩頂臨時(shí)支撐應(yīng)增加橫向支撐，保證橫向穩(wěn)定性；墩外鋼管支撐頂?shù)酌婧附踊蛩ń有鑷?yán)格把關(guān)，滿足相關(guān)施工技術(shù)規(guī)范的要求。