连续梁桥悬臂拼装墩顶临时锚固设计与验算

邹燕

【摘 要】文章以台州湾跨海大桥非通航孔桥连续梁为背景,结合桥梁跨径、桥梁上部结构形式确定其锚固方式,介绍了悬臂拼装连续梁现场临时锚固的具体施工工艺,并考虑施工过程中产生的最大不平衡弯矩对墩顶临时锚固进行设计,验算了钢绞线抗拔承载力和锚固垫块抗压承载力,验算结果满足要求,为今后类似工程提供了借鉴和参考.

【期刊名称】《工程与建设》 【年(卷),期】2017(031)002 【总页数】3页(P225-226,240)

【关键词】悬臂拼装;临时锚固;不平衡弯矩;抗拔承载力;抗压承载力 【作 者】邹燕

【作者单位】安徽师范大学 皖江学院,安徽 芜湖 241008 【正文语种】中 文 【中图分类】U455.4

台州湾跨海大桥非通航孔桥采用 60 m 跨径预应力混凝土连续箱梁(节段拼装),北侧非通航孔桥起点桩号 147 km+768.0 m,终点桩号148 km+968.0 m,处于直线段上。北引桥标准联长5跨一联,桥跨布置为:4×(5×60 m)=1 200 m,共4联;南侧非通航孔桥起点桩号149 km+916.0 m,终 点 桩 号151 km+416.0 m。南引桥标准联长5跨一联,桥跨布置为:5×(5×60 m)=1 500 m,共5联。左、右幅箱梁端部翼

缘加厚段长度相同,中间墩支座、过渡墩支座沿桥梁中心线径向布置。

箱梁均采用等高度单箱单室斜腹板断面型式,上下行分幅布置,如图1所示。箱梁设计高程为中护栏底座与桥面铺装的交点,箱梁顶板横坡由箱梁沿结构顶板顶缘中点旋转形成。梁主体采用预制结构,中心梁高 3.6 m,箱梁翼缘悬臂 3.50 m,悬臂端厚度20 cm,悬臂根部厚度 50 cm。全桥箱梁顶板厚度均为 28 cm。跨中箱梁截面腹板厚 45 cm,底板厚27 cm;根部箱梁截面腹板厚 70 cm,底板厚 60 cm。箱梁过渡墩处墩顶梁段和中间墩墩顶0#梁段采用节段预制、横隔梁后浇结构形式,0#梁段长2.9 m;箱梁其余节段均采用分节段在工厂预制完成,运送至桥位进行现场拼装。箱梁在体外预应力钢束转向位置设置转向块,高 40 cm,顺桥向宽度 110 cm,转向块肋板厚 40 cm。60 m 跨单个边跨和中跨主梁分为 19个节段。预制箱梁单节段最大长度 3.6 m。边跨在跨中和过渡墩附近设置两道湿接缝进行边跨合龙,中跨在跨中设置一个合龙段进行合龙。预制梁段拼接面采用密齿型剪力键相咬合,采用环氧树酯涂刷接缝面。

随着桥梁建设的发展,目前桥梁的形式和桥梁施工方法的不断更新,不管是预制梁还是现浇连续梁,墩临时固结是上部结构施工安全和质量的关键工序及其临时锚固的方式主要受桥梁的主跨跨径、主墩高度及其施工现场条件等的影响。由于连续梁在悬臂施工过程中会因为施工荷载的不对称而导致墩顶中心产生不平衡力矩,为抵抗各种原因产生的不平衡力矩,故需设置临时支座,并预埋锚固钢筋[1-3]。

本工程实际施工中,墩顶临时固结采用预应力束和混凝土垫块结合的方法,在墩顶设置4个临时支座,每个临时支座采用相同截面尺寸为100×50 cm的矩形体,每个临时支座预埋了2束预应力束,每个墩布置8束预应力与0#块锚固,预应力束型号采用Φs15-12,预埋波纹管内径9 cm。每个墩顶0#块采用8个混凝土垫块支撑,临时锚固垫块分上下两层:下层为C40混凝土预制块,厚度为50 cm,上层为C55混凝土现浇调平,如图2所示。

3.1 临时锚固计算假设

不考虑一侧某梁段在悬臂拼装时突然坠落等极端情况,在充分考虑施工安全的情况下,按施工中T构最后一个节段梁的一侧已悬臂拼装到位,另一侧未安装的工况,且将永久支座视为不受力进行最不利工况进行计算[4-5]。悬臂T构抗倾覆固结结构的力学分析简图如图3所示。 由计算简图以及平衡条件可知[6-8]: 由(1)、(2)式可求得: 3.2 竖向荷载计算

临时支墩所承受的竖向力主要包括混凝土自重、施工机械荷载以及施工人群荷载。根据设计图纸提供技术参数,悬拼T构节段梁的自重以及长度信息如表1所列。施工机械荷载考虑取值为200 kN,人群荷载考虑取值为50 kN。 则最大竖向荷载为:

N=(1 008.0+1105.4)+(863.2+988.0+982.8+982.8+1 086.7+925.6+1 084.1+928.2+951.6+907.4)×2+300+200=20 048.6 kN 3.3 考虑最大不平衡弯矩产生的不平衡荷载

根据以上计算假定,最大不平衡弯矩产生工况为施工中T构最后一个节段梁(9号块)的一侧已悬臂拼装到位,且另一侧9号块未安装。 (1) 最大悬臂节段9#块吊装产生不平衡弯矩 M1=907.4 kN×27.35 m=24 817.39 kN·m (2) 单侧节段梁预制过程超方产生不平衡弯矩

在所有节段梁预制过程中可能产生局部超方,但根据概率论原则,本次超方量计算偏安全考虑取一侧节段梁混凝土总量的1%。

M2=(1 008.0/2+1 105.4/2+863.2+988.0+982.8+982.8+1 086.7+925.6+1 084.1+928.2+951.6+907.4)×1%×29/2 kN·m=1 417.27 kN·m

(3) 部分材料、设备总重偏载产生不平衡弯矩,考虑放在距离墩顶2/3悬臂位置。 M3=200×29×2/3 kN·m=3 866.67 kN·m

(4)考虑人群的偏载产生不平衡弯矩,考虑放在最大悬臂位置。 M4=50×29 kN·m=1 450.00 kN·m

所以各种不平衡荷载产生的最大不平衡弯矩为:

M=M1+M2+M3+M4=(24 817.39+1 417.27+3 866.67+1 450.00) kN·m=31 551.33 kN·m3.4 临时锚固结构验算

将以上计算所得的最大竖向荷载N以及不平衡荷载产生的最大不平衡弯矩M带入公式(3)、(4),可求得:

FA=-5 751.36 kN FB=25 799.96 kN

(1) 钢绞线抗拔承载力验算:根据上述计算,在最大倾覆荷载作用下,每个T构产生的抗拔力FA=5 751.36 kN,每束钢绞线分担荷载F=FA/4=1 437.84 kN。 选用的钢绞线标准强度为f=1 860 MPa,弹性模量为E=1.95×105MPa,锚下张拉控制应力为1 395 MPa。每束钢绞线的抗拉力为:

F′=12×140 mm2×1 395 N/mm2=2 343.6 kN>F=1 437.84 kN 且安全系数K=2 343.6/1 437.84=1.63>1.4,抗拉强度满足要求[9-10]。 (2) 锚固垫块抗压承载力验算:锚固垫块受压侧临时垫块总面积:A=0.5×(0.55+1.0+1.0+0.55) m2=1.55 m2 C40混凝土的轴心抗压强度设计值为:fc=19.1 MPa

单侧临时锚固垫块可承受荷载:P=19.1×106 N/m2×1.55 m2=29 605.00 kN>FB=25 799.96 kN,混凝土抗压强度满足要求。

(1) 本桥在悬臂拼装施工过程中永久性支座会受一定的竖向荷载,而本次锚固设计计算中未考虑其受力,故有利于减少临时支座的受力,因此墩顶临时锚固设计偏于安全。 (2) 本次墩顶临时锚固设计计算的最大倾覆荷载是按最不利工况来计算的,能够满足

最大悬臂节段的抗倾覆要求,但实际施工仍应尽量避免或减小设计计算的倾覆荷载。 (3) 通过墩顶临时锚固计算可知,钢绞线抗拔承载力和锚固垫块抗压承载力均不超过规范允许范围,锚固措施满足实际施工要求,可为今后类似工程提供借鉴和参考。

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