懸澆梁施工期抗傾覆錨固系統(tǒng)設(shè)計與受力分析

中圖分類號 U448 文獻標識碼 A 文章編號2096-8949（2025）08-0143-03

0 引言

大跨度混凝土懸澆梁橋是一種常見的橋梁結(jié)構(gòu)形式，被廣泛應(yīng)用在公路、鐵路及市政工程中。為了保障懸臂施工過程結(jié)構(gòu)體系的總體穩(wěn)定，在施工過程中需要對連續(xù)梁橋的0#塊進行臨時錨固，避免在施工過程中出現(xiàn)傾覆變形。

現(xiàn)有工程實踐中，常見的0#塊臨時錨固主要有兩種形式。第一種方式是通過在橋墩頂部預(yù)埋精軋螺紋鋼筋穿過混凝土箱梁錨固在梁頂面進行錨固，同時在橋墩和梁底之間設(shè)置混凝土墊塊，形成臨時固結(jié)體系進行錨固[34]。另一種常用的方法是在承臺上預(yù)埋預(yù)應(yīng)力，并錨固鋼管立柱，預(yù)應(yīng)力從鋼管立柱內(nèi)部穿過，錨固在箱梁上。由鋼管立柱和預(yù)應(yīng)力之間形成拉壓錨固體系，實現(xiàn)對0#塊的錨固[56]?，F(xiàn)有研究中主要針對上述兩種不同形式下的支架設(shè)計、錨固區(qū)局部受力分析等方面[7-9]。

當橋墩和基礎(chǔ)采用樁接柱結(jié)構(gòu)形式時，上述兩種臨時錨固結(jié)構(gòu)形式均較難實現(xiàn)。此時采用何種錨固是施工過程中需要解決的關(guān)鍵問題之一。為了探討此種情況下0#塊的合理錨固形式，該文以某懸澆梁橋為依托對臨時錨固的合理形式進行了設(shè)計，并對臨時錨固的受力性能進行分析，以獲得一種新的臨時錨固方式。

1 工程概述

1.1橋梁結(jié)構(gòu)特點

依托工程為某新建懸澆橋梁結(jié)構(gòu)，大橋的跨徑布置為 4 8 m+8 0 m+4 8 m 懸澆施工預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋，主梁采用C50混凝土澆注。

大橋的主梁采用單箱單室斷面形式，混凝土箱梁高為二次拋物線漸變，支點斷面的箱梁高度為 3 . 5 m ，跨中梁高為 2 . 2 m ?；炷料淞旱捻斆婵倢挾葹?1 2 . 5 m ，箱梁底面的總寬度為 7 . 0 m 。翼緣寬度為 2 . 7 5 m ，翼緣采用雙折線形式，箱室內(nèi)部頂板倒角采用雙折線形式。頂板厚度為 0 . 2 8 m ，支點位置底板厚度為 0 . 6 m ，腹板厚度為 0 . 6 m 。

1.2 施工工藝流程

大橋采用掛籃懸臂施工方法進行主梁澆筑，全橋設(shè)置10個懸臂施工塊段，懸臂節(jié)段長度為 。先利用墩旁支架完成0#塊澆筑，在0#塊上安裝懸臂施工掛籃，再利用掛籃進行對稱懸澆。完成懸臂澆筑施工后按照先邊跨合龍，后中跨合龍的順序進行合龍塊施工。

2墩頂塊臨時錨固結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 錨固支架總體結(jié)構(gòu)

混凝土懸臂施工橋梁在施工過程中為了抵抗可能出現(xiàn)的兩側(cè)不平衡荷載，需要對0#塊進行臨時錨固，以保證懸臂施工過程中，結(jié)構(gòu)體系的臨時穩(wěn)定可靠。該橋的橋墩結(jié)構(gòu)形式為樁接柱結(jié)構(gòu)形式，在樁頂位置設(shè)置地系梁，不設(shè)置橋梁承臺。因此無法采用傳統(tǒng)的方式，工程中利用承臺錨固精軋螺紋鋼筋的方式進行臨時錨固。同時由于大橋采用的橋墩為直徑 2 m 的圓形橋墩結(jié)構(gòu)型式，橋墩的斷面尺寸較小，扣除永久支座的安裝位置外，基本沒有位置進行臨時錨固的設(shè)置，故此也無法利用橋墩預(yù)埋精軋螺紋鋼筋進行臨時錨固。對于此類工程如何設(shè)置臨時錨固是一個新的難題。

為了滿足臨時錨固的抗傾覆要求，通過調(diào)研分析，最后提出直接采用打入鋼管樁支架的形式進行支撐錨固。臨時錨固結(jié)構(gòu)的形式如圖1所示，在0#塊兩側(cè)各布置一組打入鋼管樁立柱，鋼管立柱打入土層，上端設(shè)置鋼管結(jié)構(gòu)。每個斷面橫向設(shè)置兩根鋼管樁立柱，鋼管樁位置為靠近腹板內(nèi)側(cè)位置。在接頭以上區(qū)域，立柱內(nèi)穿8根直徑 3 2 m m 的精軋螺紋鋼筋。精軋螺紋鋼筋的上端穿過箱梁底板預(yù)留孔洞進行錨固，精軋螺紋鋼筋的下端錨固在鋼管接頭位置設(shè)置的端板上。為了提供錨固局部位置的剛度和抗力性，在箱梁底板對應(yīng)位置設(shè)置錨固墊塊，對底板局部進行加強。

2.2接頭設(shè)計

對于打入型鋼管錨固立柱，需要設(shè)置鋼管結(jié)構(gòu)，作為精軋螺紋鋼的錨固構(gòu)造。立柱的結(jié)構(gòu)采用設(shè)置加勁板和端板加強的構(gòu)造方式進行連接，如圖2所示。在上端鋼管端部設(shè)置端板N3作為精軋螺紋鋼筋的錨固板，在端板N3和上端鋼管壁N2之間設(shè)置“十字”形加強板N4、N5，精軋螺紋鋼筋錨固在“十字”形加強板兩側(cè) 位置。

為了解決錨固位置端板的受力需求，提高精軋螺紋鋼錨固位置的局部剛度，需在錨固孔兩側(cè)位置設(shè)置加勁板，加勁板沿著環(huán)向進行布置。每個加勁位置在外側(cè)布置N6加勁板，在上部鋼管內(nèi)側(cè)布置加勁板N7，形成鋼管接頭位置的局部加強。

在施工時，下部鋼管先打入地層，作為0#塊澆筑的支撐支架，在混凝土拆模后安裝上節(jié)鋼管并安裝精軋螺紋鋼管。最后進行上、下節(jié)鋼管之間連接，先焊接管壁與端板，后連接外側(cè)加勁板N6，形成鋼管立柱整體。

3 抗傾覆穩(wěn)定性計算

3.1 傾覆力矩計算

在懸臂施工過程中的抗傾覆力矩計算中，主要考慮的臨時荷載包括：懸臂施工過程的施工臨時荷載、掛籃行走中的沖擊荷載、懸臂澆筑不對稱荷載、梁體風(fēng)荷載、單側(cè)單個節(jié)段重、單個掛籃在最大懸臂處的效應(yīng)。根據(jù)施工的不同狀態(tài)，在計算過程中考慮兩種不同組合工況。工況一為非澆筑工況，工況二為澆筑工況，不同工況下的不平衡力矩計算結(jié)果如表1所示。

3.2鋼管支架強度與承載能力分析

為了準確模擬0#塊剛度分配規(guī)律，在計算過程中建立0#-1#塊模型（含穿過0、1#塊預(yù)應(yīng)力），在主墩兩側(cè)各設(shè)置2根 φ 6 3 0 × 1 0 m m 鋼管進行支撐，鋼管內(nèi)設(shè)置8根直徑 3 2 m m 精軋螺紋鋼筋進行錨固，模型見圖3。

計算得到在不同工況下受壓側(cè)鋼管臨時錨固的軸力和受拉側(cè)鋼管臨時錨固的軸力。計算結(jié)果表明：結(jié)構(gòu)在工況1下出現(xiàn)最大反力，受壓側(cè)最大反力為 2 0 2 6 . 4 k N 5受拉側(cè)最大軸力為 1 2 6 2 k N 。

單側(cè)精軋螺紋鋼筋數(shù)量為8根，單側(cè)拉力為 1 1 7 4 . 4 k N 計算得到鋼鋼筋所承受的拉力為 ，疊加預(yù)張拉力 后最大值為 2 1 7 . 2 M P alt;6 0 0 M P a ，滿足錨固強度要求。

受壓側(cè)鋼管視為軸心受壓構(gòu)件，正截面抗壓承載力應(yīng)滿足：

式中， 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，取1.0； —設(shè)計軸力（N）； φ 上 穩(wěn)定系數(shù)； ——材料設(shè)計強度（MPa）；A 截面面積 ）。

根據(jù)上式，計算出鋼管立柱的抗壓承載能力為 在最不利工況荷載組合下，疊加精軋螺紋鋼預(yù)張拉產(chǎn)生的壓力 2 0 0 k N ，受壓側(cè)鋼管立柱滿足承載能力驗算要求。

4鋼管結(jié)構(gòu)受力分析

4.1計算模型與分析方法

為了對臨時支撐的鋼管接頭位置精軋螺紋鋼錨固局部位置的受力性能進行分析，確保臨時錨固結(jié)構(gòu)安全，該文利用ANSYS有限元程序建立空間模型，模型尺寸和構(gòu)造均與實際結(jié)構(gòu)保持一致。

計算過程中，在鋼管底部施加固結(jié)約束，在鋼管接頭位置JL32的墊板范圍施加精軋螺紋鋼筋的最大軸力，單根精軋螺紋鋼筋的最大拉力為 2 3 7 . 6 k N 。分析在精軋螺紋鋼筋出現(xiàn)最大軸力狀態(tài)下的鋼管樁結(jié)構(gòu)的受力情況。

4.2 局部受力分析結(jié)果

在精軋螺紋鋼筋軸力作用下，鋼管立柱的豎向應(yīng)力分布情況如圖4所示，鋼管接頭局部位置的豎向應(yīng)力均在 2 0 0 M P a 以下，在加勁板接頭位置有少許應(yīng)力集中，很快得到了擴散。大部分范圍的應(yīng)力均在 1 0 0 M P a 以下。

接頭局部位置的mises應(yīng)力分布情況如圖5所示，在管壁外側(cè)加勁拐角位置有一定的應(yīng)力集中現(xiàn)象，集中點的最大應(yīng)力約為 2 1 0 M P a 。在精軋螺紋孔洞位置附近的最大應(yīng)力為""以下，其他位置的應(yīng)力均在""以下，滿足承載能力的要求。

錨固板在開孔周邊有少許應(yīng)力集中，最大應(yīng)力不超過 2 1 0 M P a ，再經(jīng)過擴散后總體應(yīng)力均在 1 6 3 M P a 以下，具有良好的承載能力。通過局部有限元分析可知，錨固端板配合加勁肋加強的局部構(gòu)造具有良好的承載能力，可滿足精軋螺紋鋼筋錨固的受力要求。

5 結(jié)束語

該文結(jié)合依托工程0#塊懸臂施工期抗傾覆臨時錨固的要求，研究了一種采用打入樁錨固的臨時支架形式，得出以下主要結(jié)論：

（1）在無承臺支撐和墩身錨固空間的情況下，可采用打入鋼管樁作為0#塊臨時錨固支架結(jié)構(gòu)，在鋼管上部設(shè)置接頭構(gòu)造，將精軋螺紋鋼筋下端錨固在鋼管接頭處。

（2）在鋼管結(jié)構(gòu)位置設(shè)置十字形加勁板，同時沿環(huán)向在鋼筋錨固位置布置加勁板，提高結(jié)構(gòu)錨固位置的局部剛度是此類立柱設(shè)計的關(guān)鍵。

（3）有限元分析結(jié)果表明：該文提出的0#塊臨時錨固支架結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)良好，可滿足整體抗傾覆的要求，也可滿足接頭錨固的局部受力性能要求，是一種可行的臨時錨固形式。

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