悬臂浇筑连续梁临时固结体系计算分析.pdf

・桥涵工程・悬臂浇筑连续梁临时固结体系计算分析郅友成（中铁十四局集团第四工程有限公司济南２５０００２）摘要针对某些铁路项目悬臂浇筑预应力混凝土连续梁时，墩梁临时固结体系需施工单位自行设计的情况，通“”过分析悬臂施工过程中的Ｔ构倾覆荷载、不平衡弯矩的计算工况和计算方法，确定合理有效的墩梁临时固结体系，确保连续梁施工过程中梁体结构的稳定和安全，可为类似工程提供借鉴与参考：关键词连续梁临时固结倾覆不平衡弯矩中图分类号ｕ４４５．４６６文献标识码Ａ——文章编号１００９４５３９（２０１４）增ｌ一００６１０４１临时固结体系概述悬臂浇筑法施工时，预应力混凝土连续梁在分节段悬臂浇筑过程中，永久支座难以承受施工中产生的不平衡力矩，施工过程中主墩需采取临时固结体系措施进行墩梁临时固结，以提供竖向支撑，抵抗施工中“”产生的各种不平衡力矩，保证Ｔ构平衡。墩梁临时固结是上部构造施工安全和质量的关键部分。ｌ临时固结体系应能承受中支点处最大不平衡弯矩Ｍ和相应竖向反力Ｎ。临时固结体系一般可采取体内墩顶临时支座、墩旁设置体外Ｉ临时支墩等方式。有些设计文件给出了具体的临时固结体系措施，有些设计文件给出了最大不平衡弯矩Ｍ和竖向反力Ｎ，也有些设计文件未给出任何Ｍ、Ｎ值和临时固结体系措施。对于后２种情况，临时固结体系均须施工单位结合具体荷载进行计算，并设计相应ｌ临时固结体系，确定其材料及构造。《铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技代指南》中要求临时固结体系的抗倾覆系数不得小于１．５，但目前关于墩梁临时固结抗倾覆设计没有统一的计算方法可循。“”２Ｔ构抗倾覆荷载２．１倾覆荷载的计算２．１。１工况分析悬臂浇筑施工过程中有２种情况：一是正常施—收稿日期：２０１４０３一１９铁道建筑技术ＲＡ『ＬＭｙＣＯＮＳ丁尺ＵＣ丁『０～丁ＥＣＪＨ～０ＬＯＧｙ工情况，一是倾覆情况。正常施工的情况，有以下２种工况：工况ｌ，悬浇节段工况，即在浇筑混凝土时，考虑施工机具荷载和风荷载的不对称作用，不同步浇筑节段混凝土的重量差为１０ｔ。工况２，挂篮行走工况，即在挂篮行走时，考虑施工机具荷载和风荷载的不对称作用的同时，不同步移动挂篮。倾覆情况即最后一个悬浇节段挂篮连同混凝土坠落（施工时应加强挂篮锚固，杜绝该类事故发生）：工况３，最不利倾覆工况，即最后一个节段刚好浇筑完成的同时，挂篮连带悬臂节段混凝土状态坠落。２．１．２荷载计算主要是竖向支反力和不平衡弯矩的计算。２．１．２．１最大竖向荷载计算为简化最大竖向支反力的计算，考虑以下荷载：（１）梁体混凝土自重取０。块重量的ｌ／２和一侧悬臂浇筑节段重量的总和。（２）挂篮及机具重量挂篮及机具重量取设计要求值。（３）施工人员、材料及施工机具荷载按照２．５ｋＮ／ｍ２计算，仅布置在最后一个悬浇段上。（４）混凝土冲击荷载按照２．０ｋＮ／ｍ２计算，仅布置在最后一个悬浇２０１４ｆ增７Ｊ６１万方数据・桥涵工程・段上。则荷载组合为：１．２×［（１）＋（２）］＋１．４×［（３）＋（４）］检算时最大竖向支反力取设计与计算的较大值。２．１．２．２最大不平衡弯矩计算最大不平衡弯矩计算考虑的不平衡荷载有：（１）梁体自重不均匀混凝土容重取２６．５ｋＮ／ｍ３，考虑梁体自重不均匀，一侧超重取５％。（２）施工荷载不均匀施工荷载不均匀按照顺桥向２．５ｋＮ／ｍ计算，仅布置在倾覆侧现浇施工块段上。（３）挂篮移动不同步挂篮及机具重量取设计要求值。（４）挂篮、施工机具重量偏差考虑挂篮、施工机具重量偏差，一侧挂篮机具重乘以１．２，另一侧侧挂篮机具重乘以０．８。（５）混凝土浇筑不同步设计要求两端最大不平衡重不超过ｌｏｔ。（６）水平风荷载根据《铁路桥涵设计基本规范》第４．４．１条，风荷载强度：形＝ＫｌＫ２墨耽（７）最后一个悬浇节段重量取设计值。按最不利情况，参考《建筑结构荷载规范》，基本荷载组合为：——组合：１．２×（１）＋１．４×［（２）＋（４）＋（５）］＋１．４×Ｏ．７×（６）组合二：１．２×（１）＋１．４×［（２）＋（３）＋（４）］＋１．４×０．７×（６）组合三：１．２×（７）＋１．４×［（３）＋（５）］检算时最大不平衡弯矩取设计与计算的较大值。２．２倾覆荷载的分析２．２．１最大不平衡弯矩Ｍ和相应竖向反力Ｎ经过多个设计文件比较，设计给的最大不平衡弯矩Ｍ与最大悬臂端挂篮重量产生的弯矩相当，竖“”向反力Ｎ与Ｔ构自重相当。按照设计给的最大不平衡弯矩Ｍ和相应竖向反力Ｎ计算结果，墩顶临时６２铁道建筑技术支座大多为压应力，极少有拉应力。按此结果设置混凝土临时支座就可满足抗倾覆要求。２．２．２施工中特殊荷载悬臂浇筑到最后节段时，发生挂篮连带混凝土坠落事故，这是施工单位最担心的特殊事件，此时“”也不希望引发Ｔ构倒塌，避免带来更大的损失。在这种工况下，最不利的倾覆弯矩会产生拉应力。对应这种拉应力，就该设置抗拉锚固钢筋。２．２．３风荷载“”由于Ｔ构中间的永久支座大多为活动支座，在水平荷载的作用下，它不能有效约束箱梁的移动，箱梁的移动会使得临时支撑体系产生破坏，甚“”“”至Ｔ构倒塌。为保证Ｔ构的安全稳定，Ｉ临时支撑体系不仅要有抗倾覆能力，还要有抗位移能力。箱梁水平位移和扭转主要是风力作用，因此要检算抵抗风荷载的位移能力。３临时固结体系设计计算方法“”经过对各类跨度Ｔ构的研究，总结认为：以设计文件给定的Ｍ和Ｎ确定Ｉ临时固结的抗压强度；以挂篮连带悬臂节段混凝土状态坠落为最不利倾覆弯矩计算产生的拉应力，确定临时固结的锚固拉力；再以抗压混凝土和锚固钢筋一体化核算规范所“”要求的安全系数；以当地最大风荷载检算Ｔ构抗扭和抗平移能力。这样的计算方法既满足了设计抗倾覆要求，又满足了悬浇的最大风险因素要求，同时也满足施工中最大不平衡荷载的要求。３．１临时支座计算方法３．１．１手算方法墩顶临时支座结构示意见图１，按照上述计算出的倾覆参数，临时支座的受力结构分析见图２。图１临时支座结构示意按上述图ｌ结构，临时支座结构计算方法以钢ＲＡｔＬｗＡＹｃＯＮＳＴＲＵＣＴｌＯＮＴＥｃＨＮｏＬｏＧＹ２０１４Ｃ增１｛万方数据・桥涵工程・筋混凝土结构计算理论更为合理。计算出混凝土的最大压应力，以确定混凝土强度等级；计算出竖向主筋（墩梁锚固钢筋）的最大压力和最大拉力，按最大值（一般拉应力偏大）配置墩梁锚固钢筋，并计算锚固长度。计算时，按钢筋混凝土设计规范和桥梁施工技术规范选取材料安全系数和抗倾覆安全系数。备注：肌一设计最大不平衡弯矩；Ｊｖ一设计反力：口，一混凝土压应力；Ｅ拉、＾；一竖向主筋拉力；一压、Ｆ２。一竖向主筋压力图２支座支座结构受力分析３．１．２软件计算方法“”采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ建立中墩处Ｔ构最大悬臂时的空间模型，用空间梁单元模拟主梁及临时支“”座，将上述荷载分别施加在Ｔ构上，并按荷载组合“”计算支座的受力情况。Ｔ构有限元模型见图３。翊５岛商日蕊“”图３Ｔ构有限元模型通过软件计算出临时支座的内力和桥墩内力，从而根据《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范》的要求，计算临时支座的强度、钢筋设置及受拉钢筋的锚固长度，还可验算连续梁０４块箱梁梁底和桥墩墩顶局部承压是否需要加强等。３．２临时支墩计算方法３．２．１手算方法采用临时钢管支撑柱，结构示意见图４。临时钢管支撑柱结构受力分析见图５。根据临时钢管支撑柱结构受力图５，解析Ａ、Ｂ钢管支撑力列计算公式为：铁道建筑技术ＲＡｆＬＭｙＣ０～Ｓ丁只ＵＣ丁『ＯＮ丁ＥＣｆ＿ｆ￣０ＬＯＧｙ图４临时支墩结构示意；醚一－｛｝凡￡￡‰备注：～卅殳计反力：即最大不平衡弯矩；—凡分别为Ａ、Ｂ钢管支撑合力；￡ｒ钢管支撑纵向间距图５临时支墩结构受力分析Ｊ尺一＋ＲＢⅣ２（１）ＬＬＲＢ＝Ｍ倾＋ＬＲＡ由公式（１）可求得：ｎ—ＮＬＭ顺—尺Ａ＝万卫ｎＮＬ＋Ｍ峨Ｒｅ２守（２）由公式（２）计算出Ａ、Ｂ钢管支撑柱的支撑力，然后再按照线形关系求得最大压应力。再根据支撑力和压应力的大小选择钢管柱或者钢管混凝土柱。在核算钢管支撑柱承载能力时，按钢结构或者钢管混凝土结构设计规范和桥梁施工技术规范选取材料安全系数和抗倾覆安全系数，长支柱还应计算长细比折减系数。按照有效固结的原则，上下端应分别与梁、承台锚固，宜应计算锚固螺栓的预埋锚固长度。钢管上下端法兰盘、加劲肋宜应满足受压、受拉强度需要。钢管支撑柱应具有梁体抗扭转、抗平滑需要，钢管间及与墩身间应进行刚性连接，形成抗扭桁架体系。３．２．２软件计算方法采用ＭＩＤＡＳ／ＣＩＶＩＬ建立空间模型（见图６），用空间梁单元模拟主梁及临时支墩，将上述荷载分别“”施加在Ｔ构上，并按荷载组合计算支墩的受力情况。通过软件计算出临时支墩的内力，从而验算临时支墩的墩间支撑连接，临时支墩与承台的固结构２ＤＴ４ｆ增，Ｊ万方数据・桥涵工程・造。由于支墩的支撑反力作用，箱梁底板受到横向弯曲，为了模拟箱梁的真实受力状况，采用大型有限元软件ＡＮｓＹｓ建立空间实体模型，用ｓＯｕＤ４５单元模拟｝昆凝土，用ｓＨＥＬＬ６３壳单元模拟临时支墩的钢管。有限元模型见图７。“”图６Ｔ构有限元模型图７有限元模型通过软件计算箱梁的整体受力、支墩处箱梁底板的横向受力和支墩处箱梁的局部承压。４临时固结体系施工４．１临时固结体系比选连续梁临时固结方法主要有墩体内临时支座和墩体外临时支墩２种型式，其作用是支撑梁体重量和抵抗施工过程中难以避免的不平衡弯矩。施工中具体采用哪种结构型式，应根据梁体结构的特点、施工条件、质量安全等基本要求来选定。临时固结体系比选见表１。表１临时支墩方案比选临时固结类型优点缺点临时支座（１）结构简单、不占用（１）需要墩截面较大，增加混墩外空间；凝土用量：（体内固结）（２）支墩拆除空间小，施工（２）适用于高墩不便（１）固结力臂长，可承（１）钢管砼柱上口与梁体接触ｌ临时支墩受不平衡荷载较大；面呈倾斜状，荷载作用时易产（体外固结）（２）支墩钢管砼拆除生微小滑移；方便（２）不适用于高度较高的墩４．２临时支座施工要点在临时支座内设ＨＲＢ３３５书３２螺纹钢，其下部锚固在墩身内，上部锚固于０４段内，将梁体临时锚固，以增加其抗震、抗滑能力，并承受悬浇梁段施工中不平衡荷载带来的偏心拉力。临时支座设在墩顶纵向的两侧，在Ｏ。段箱体浇筑前，浇筑临时支座混凝土，临时支座比永久支座高５ｍｍ。铁道建筑技术临时支座的顶面必须刮浆抹平，在浇筑临时支座混凝土和箱梁时，先在墩顶面及临时支座顶面涂抹隔离剂进行隔离，以方便临时支座的拆除。注意在临时支座的顶面与底面不得夹有杂物，以保证接触面的平整。在临时支座顶部与梁体的接合部浇筑５ｃｍ厚的硫磺砂浆，内埋电阻丝。拆除时接通电源，熔化硫磺砂浆，由永久支座承受全部荷载，从而完成全部体系转换。４．３临时支墩施工要点施工中应确保钢管柱内混凝土浇筑的密实性，控制好混凝土灌筑速度并分层浇筑，层厚控制在５０ｃｍ，每层浇筑完成后及时振捣。临时支墩浇筑完成后，在其顶面设置一层２ｃｍ厚的细砂并压实，以方便支墩的拆除，同时有利于后期梁体修补。连续梁施工期间应注意对临时支墩上下固结处进行监测，及时清理箱体内杂物、积水等。全桥合龙段施工结束后首先解除活动支座的临时锁定，此时梁体垂直受力完全由临时支墩和支座承受，保证结构稳定，待梁体混凝土强度达到设计要求后，从０４块梁底部割开钢管，凿除混凝土，切除预埋钢筋，拆除临时支墩，完成体系转换。５结束语悬臂浇筑连续梁在体系转换前，必须设置临时固结措施以提供竖向支撑，抵抗施工中产生的各种“”不平衡力矩，以保证Ｔ构的平衡，按上述方法对有关铁路项目多座悬臂浇筑连续梁的临时固结体系进行了计算和设计，保证了临时固结体系的强度、刚度和稳定性，满足了施工需要，确保了悬臂浇筑连续梁施工的质量和安全。参考文献［１］“”王忠雷．连续梁悬臂Ｔ构墩梁临时固结施工设计方案［Ｊ］．科技与企业，２０ｌｌ（１０）：１７５．［２］中华人民共和国铁道部．ＴＢ—１０００２．１２００５铁路桥涵设计基本规范［ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５．［３］铁道部规划经济研究院．Ｔｚ—３２４２０１０铁路预应力混凝土连续梁（刚构）悬臂浇筑施工技术指南［ｓ］．北京：中国铁道出版社，２０１０．［４］中华人民共和国铁道部．ＴＢ—１０００２．３２００５铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土设计规范［Ｓ］．北京：中国铁道出版社，２００５．ＲＡ『Ｌ¨饵ｙＣ０～Ｓ丁ＲＵＣ丁ｆＯ～丁ＥＣＨ～０ＬＤＧｙ２０７４’ｆ增Ｊ万方数据