[工作精品论文]混凝土连续梁悬浇施工临时固结设计方法

中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集混凝土连续梁悬浇施工临时固结设计方法冯启亚（中交四航局二公司贵广铁路项目部广东佛山528216）摘要临时固结设计作为悬臂浇筑施工中确保施工安全的重要组成部分，涉及到方案的选择以及截面的不平衡弯矩和钢筋锚固长度的检算。本文以北江特大桥西引桥双线主跨280M连续梁起步段临时固结设计为例，详细说明临时固结方案比选和设计。关键词悬臂浇筑起步段临时固结方案比选设计1工程概况本工程为贵广铁路北江特大桥（48280442）预应力混凝土连续梁，边支座中心至梁端065M，主梁全长2535M。主梁采用单箱单室变高度箱型截面，跨中及边支点处梁高38M，中支点处梁高64M，梁底按圆曲线变化。墩身高度高达18M。箱梁顶宽122M，顶板厚034M，中支点及边支点处局部顶板厚069M；箱梁底宽64M，底板厚度05M1M；箱梁采用直腹板，腹板05M10M。箱梁共设7道横隔板，边支点横隔板厚14M，中支点横隔板厚25M，中跨中横隔板厚10M，各横隔板均设进人孔。箱梁共分68个梁段，中支点0梁段长8M，合拢段长2M，4865侧边孔直线梁段长765M，4486侧边孔直线梁段长585M，一般梁段长为3M，35M和4M三种，悬浇梁段最重1538KN。施工时0块和1块采用托架的形式进行现场浇注，其中0块梁长8M，1块梁长3M，其余梁段采用悬臂浇注形式。箱梁0节段断面构造图如图1。图1箱梁0号节段横断面构造图2临时固结预应力混凝土连续梁采用悬臂节段施工法施工时必须采取有效措施将梁部与桥墩固结在一起，否则，梁部与墩身的组合是可变体系，即使仅有微小的力矩作用，体系也不能稳定。为了能承受施工过程中可能出现的不平衡弯矩，保证结构的稳定性和安全性，在梁部和墩身之间设置临时结构（或临时支撑）。21设计要点211确定荷载，即不平衡力矩和竖向作用力。即便施工图纸上已提供，也要根据施工作者简介冯启亚198311，男，海南琼海人，助理工程师，从事土木行业工作。328中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集329作业实际情况进行复核。212选择临时固结的形式。213临时固结可靠性验算。（1）材料的工作应力是否满足要求。（2）抗倾覆性是否满足要求。214绘制施工图。22荷载分析设计荷载包括混凝土自重、混凝土浇筑偏差、不平衡浇筑、施工荷载和风荷载等。221混凝土自重，钢筋混凝土的容重取26KN/M3；222混凝土浇筑偏差，即T构其中一侧每个节段都多浇5的混凝土，而另一侧每个节段都少浇5的混凝土。223T构两端每个节段不平衡浇筑量控制在80KN以内（双线铁路）。224施工荷载主要考虑挂篮自重，包括模板。当施工图纸上提供的施工荷载小于实际值时，应采用实际值重新验算。本工程临时固结施工荷载取700KN。225挂篮行走的动力效应。动力效应采用动力系数来表示，在挂篮走行时所选动力系数一侧取12，另一侧08。226考虑风荷载垂直作用于T构的一侧桥面，风荷载取值可参考规范4。设计临时固结时，只考虑没有发生任何安全事故时的工况，荷载组合采用上述荷载乘上相应的荷载分项系数，其中静载的分项系数采用12，活载的分项系数采用14。本工程连续梁T构共有10个悬浇段（不包括0块），临时固结的不平衡力矩及竖向荷载计算过程详见表1。经计算，浇筑完9块后移挂篮工况时，临时固结的不平衡弯矩达到最大，其大小为44797KNM，相应的轴向压力为31063KN；浇筑完10块的工况时，临时固结的轴向力达到最大，其大小为34252KN,相应的不平衡弯矩为42862KNM。23临时固结形式的选择临时固结可分为墩顶固结或墩外固结两种形式，见表2。表2临时固结临时固结形式墩顶固结墩外固结设置方式在墩帽顶永久支座顺桥向两侧设置混凝土垫块在桥墩两侧（顺桥向）设置临时的立柱，立柱必须和梁体与基础可靠连接优点成本低、工期短、施工简单和拆除方便。适用于墩身较高，不平衡力矩较小的连续梁悬臂有效抵抗力臂大，抵抗力矩大，可靠性高等缺点有效抵抗力臂小、稳定力矩小工程量较大、成本高、工期较长本工程主跨280M连续梁主墩墩身高度为18M，作业高度较高，不平衡力矩不大，工期较紧，同时考虑较小影响附近匝道的运营，决定采用墩顶固结方式。24临时固结设计本节阐述墩顶类固结的设计计算方法。墩顶固结的混凝土通常采用与梁体混凝土同等级的混凝土；用于抵抗不平衡力矩的钢筋采用二级钢筋（HRB335），也可采用短粗预应力钢筋。块段编号10987654321012345678910块段长度CM400400400350350350350300300300800300300300350350350350400400400砼方量M347344644789455652555368569515316580422944580453165156953685255455647894644734块段重量KN123084120641245111846136631395714794132613822150959654150913822132614794139571366311846124511206412308块段偏差KN61542603262257592286831569784739766369108754520754569116637397697868325923622660326154风压力KN26870326872687235112351123511235112015320153201530/不平衡浇筑量KN80808080808080808080080808080808080808080挂篮重量KN7007007007007007007007007007000700700700700700700700700700700力臂M37332925252175182514751158555055851151475182521752525293337块段偏差产生的力矩（KNM273223892167179517831528130991570549804987059151309152817831795216723892732风压产生的力矩（KNM1391881241410909831137159260072485513244623982155180/不平衡浇筑产生的力矩KNM41436932482824362041652128952610/挂篮行走生的力矩KNM/277202436021210182701533012390966071404620030804760644082601022012180141401624018480/浇筑块段（工况）10987654321012345678910不平衡弯矩（KNM373974400202963026728209581581411223763326132833071/支点竖向反力KN34251631763293232680624414216571884315860131881040459654/临时固结内力计算说明1、静载的分项系数取12，活载的分项系数取14，移篮时的动力系数一侧取12，另一侧取142、经计算，浇筑完9块段后移挂篮过程工况时，临时固结的不平衡弯矩达到最大，其大小为40020KNM，相应的轴向压力为31763KN；浇筑完10号块的工况时，临时固结的轴向力达到最大，其大小为34252KN,相应的不平衡弯矩为37397KNM。中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集表1不平衡力矩计算表330中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集混凝土垫块外侧（靠墩身外侧）钢筋力臂大于内侧钢筋的，亦先于内侧钢筋达到屈服，因此，为了简化倾覆稳定性计算，内侧钢筋作为安全储备，计算时只考虑外侧钢筋产生的稳定力矩。计算式推导如下21LNLAFMSS稳定A上式中SF钢筋的抗拉强度设计值；SA单侧混凝土垫块外侧钢筋截面面积；1L外侧钢筋的有效力臂；N梁部的竖向荷载；2L竖向荷载的有效力臂，计算不平衡弯矩工况时梁体重心位置与另一侧混凝土垫块中心的水平距离。图2计算简图不平衡倾覆MMB根据规范5第411条规定，悬臂梁的纵向倾覆稳定系数不小于13，所以31倾覆稳定MMC将A、B式代入C，得1231LFNLMASS不平衡（241）注上式中右边式子计算出的钢筋面积为负数时，混凝土垫块按有关规范进行构造配筋即可。梁体发生倾覆的工况，临时固结一侧的混凝土垫块全部受拉，而另一侧受压，因此，混凝土垫块的承载能力必须满足下式要求。AFAFAFNCSYSY90（242）上式中90考虑可靠性降低的折减系数；YF外侧钢筋的抗压强度设计值；SA外侧钢筋的截面面积；YF内侧钢筋的抗压强度设计值；SA内侧钢筋的截面面积；CF混凝土轴心抗压强度设计值；A构件截面面积，当竖向钢筋配筋率大于3时，用A代替。SASAN梁部竖向荷载与受拉钢筋负反力的矢量和，即12LNLMNANNS241截面设计331中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集本工程连续梁主墩墩帽的平面尺寸为9638M，结合支承垫石的尺寸，决定在墩顶设置4个5820069CM的混凝土垫块，具体请见图3和图4。混凝土垫块采用与连续梁同等级的C50混凝土，配置材质为HRB335的钢筋。图3临时固结平面图图4临时固结立面图材料的力学参数混凝土轴心抗压强度设计值CF253MPA；钢筋轴心抗拉强度设计值YF300MPA；轴心抗压强度设计值YF300MPA。先假设外侧钢筋只布置一排钢筋，那么外侧钢筋的有效力臂MDAADL373221。由22节已知最大不平衡弯矩为40020KNM，相应的轴向压力为31763KN；最大轴向332中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集力为34252KN，相应的不平衡弯矩为37397KNM。A工况一浇筑完9块段后移挂篮（最大不平衡弯矩）表3各力学量计算不平衡力矩M不平衡竖向作用力N竖向作用力的有效力臂L2外侧钢筋截面面积AS40020KNM31763KN018M0045805M2混凝土垫块（一侧，共两个）外侧设置三排钢筋，每排钢筋选用30根直径为32MM的HRB335钢筋。各物理参量见表2。表4结构物理量计算外侧钢筋有效力臂L1竖向作用力的有效力臂L2外侧钢筋截面面积AS327M01M72378MM2故稳定力矩MKNLNLAFMSS1741791003176300032707237830021倾覆稳定系数3185140020174179MMK满足规范要求。B工况二浇筑完10号块（最大轴向力）工况二下混凝土垫块的竖向作用力最大，先检算混凝土垫块内侧不配置钢筋的情况，垫块的承载力是否能满足要求。配筋率300320958020002723780BAAS，那么222476227237858020002MMABAAS，按式242KNNKNAFAFCSY4147047072010002247622325723783009090满足要求。以上结果显示，混凝土垫块内侧不配置受力钢筋时亦能满足承载要求，因此，在混凝土垫块的内侧只配置一排15根直径为20MM的HRB335钢筋。242锚固长度钢筋的锚固长度按243计算。DFFLTYA（243）其中AL受拉钢筋的基本锚固长度；YF锚固钢筋的抗拉强度设计值；TF锚固区混凝土的抗拉强度设计值；D锚固钢筋的直径；锚固钢筋的外形系数，见表5。333中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集334表5钢筋外形系数钢筋类型光面钢筋带肋钢筋刻痕钢筋螺旋肋钢丝3股钢绞线7股钢绞线016014019013016017另外当符合规范6中931条的情况，锚固长度还需做相应修正，有关的条文请参考规范6，此处不再赘述。按上述计算结果，混凝土垫块钢筋在梁体内的锚固长度采用900MM，在桥墩内的锚固长度深入桥墩检查槽底面以下1100MM。临时固结配筋图如图5所示。HRB335钢筋轴心抗拉强度设计值钢筋在梁体内的锚固长度为按式243，有C50混凝土轴心抗拉强度设计值钢筋在桥墩内的锚固长度为C30混凝土轴心抗拉强度设计值本工程临时固结材料的力学参数MPAFT341；MPAFT171；（等级大于C40时按C40取）MPAFY300。MMDFFLTYA864321713001401111MMDFFLTYA1033323413001401111中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布交流会论文集335图5临时固结配筋图中交四航局二公司第八届青年管理、技术论文发布