連續(xù)梁懸臂澆筑臨時(shí)固結(jié)驗(yàn)算書

1、鶴壁至輝縣高速公路工程南水北調(diào)大橋(7012070)m連續(xù)梁懸臂澆筑0#塊墩梁臨時(shí)固結(jié)驗(yàn)算書施工單位:中城建鶴壁至輝縣高速公路項(xiàng)目部計(jì)算:江光軍2014年3月121. 計(jì)算依據(jù)(1) 鶴壁至輝縣高速公路南水北調(diào)大橋設(shè)計(jì)圖；(2)公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范JTG D60-2004；(3)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 28 : 2012；(4)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50010-2002；(5)鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50017-2003。 2. 臨時(shí)固結(jié)概述懸臂法施工時(shí)，主墩臨時(shí)固結(jié)（臨時(shí)支座）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

2、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。同時(shí)，驗(yàn)算不考慮固定支座受力（并不是固定支座不能受力，而是因?yàn)槎樟汗探Y(jié)后，在懸臂荷載作用下，固定支座受力很小，所以不予考慮，這樣偏安全），所有荷載均由臨時(shí)支座(支撐)承擔(dān)。本橋設(shè)計(jì)文件提供了臨時(shí)固結(jié)方案，采用“墩頂臨時(shí)墊塊”和“墩外鋼管支撐加預(yù)應(yīng)力”兩套措施。并要求施工單位“自行補(bǔ)充構(gòu)造細(xì)節(jié)”，作必要的計(jì)算，選擇支撐鋼管的根數(shù)、尺寸、規(guī)格及預(yù)應(yīng)力數(shù)量。根據(jù)現(xiàn)行連續(xù)梁懸臂施工臨時(shí)固結(jié)的習(xí)慣做法，一般只在墩頂或墩外采用一套固結(jié)措施，以提供豎向支撐、抵抗施工中產(chǎn)生的不平衡力矩。本著這

3、一思路，施工單位擬對(duì)本橋采用墩外鋼管柱加錨固鋼筋，取消預(yù)應(yīng)力，取消墩頂臨時(shí)墊塊的施工方案。3. 臨時(shí)固結(jié)驗(yàn)算3.1懸臂施工荷載組合設(shè)計(jì)文件未提供不對(duì)稱荷載作用時(shí)的支座不平衡彎距數(shù)據(jù)，現(xiàn)對(duì)橋墩兩側(cè)懸臂施工不平衡荷載設(shè)定為：a、澆筑混凝土相差1/4個(gè)梁體節(jié)段；b、移動(dòng)掛籃時(shí)相差一個(gè)梁段；c、風(fēng)荷載；d、結(jié)構(gòu)自重；e、其它施工荷載，以荷載系數(shù)計(jì)入。a、b兩項(xiàng)取其中最大者與c、d進(jìn)行荷載組合，計(jì)入荷載系數(shù)，以此計(jì)算出單根臨時(shí)固結(jié)立柱的最大軸力及最小軸力。臨時(shí)固結(jié)支撐布置圖3.2不同工況下不平衡力距產(chǎn)生的支座反力(軸力)計(jì)算連續(xù)梁在雙伸臂過程中所產(chǎn)生的不平衡力矩，當(dāng)條件相同時(shí)，距離越遠(yuǎn)力矩越大，所以取最

4、后一個(gè)節(jié)段即第15節(jié)段計(jì)算。a、澆筑混凝土相差1/4個(gè)梁體節(jié)段假定澆筑混凝土?xí)r相差1/4梁段，當(dāng)澆筑第15節(jié)梁段時(shí)，示意圖如下 ：該段梁體長(zhǎng)為4m，重量為1045KN，考慮混凝土超灌系數(shù)1.05，動(dòng)載系數(shù)1.2，不平衡荷載為：1045/4×1.05×1.2=329KN，取節(jié)段中點(diǎn)為力作用點(diǎn),距一側(cè)支撐距離為54m，不平衡荷載產(chǎn)生的支座反力計(jì)算如下：R拉 =329×54/6=2961KN R壓 =329+2961=3290KNb、移動(dòng)掛籃時(shí)相差一個(gè)梁段澆筑第15節(jié)梁體前，掛籃在第14節(jié)梁體上移動(dòng)，當(dāng)一側(cè)掛籃到位時(shí)，距臨時(shí)支撐52m，另一側(cè)掛籃如果未動(dòng)，距臨時(shí)支撐48

5、m，掛籃重量按80T=80×10=800KN計(jì)算，如下圖所示： 由此不平衡荷載產(chǎn)生的支座反力計(jì)算如下：R拉 ×6800×54=800×52R拉 =800×(52-54)/6=-267KNR拉為負(fù)值,說明計(jì)算結(jié)果臨時(shí)支座未出現(xiàn)拉力。顯然，“澆筑混凝土相差1/4個(gè)梁體節(jié)段”比“移動(dòng)掛籃時(shí)相差一個(gè)梁段”產(chǎn)生的不平衡反力大得多，所以，不平衡荷載組合只需考慮a項(xiàng)。c、風(fēng)荷載計(jì)算（1）風(fēng)荷載參照公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范提供的公式計(jì)算：Fwh=K0F1F3WDAWH式中：Fwh橫橋向風(fēng)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（KN）；WD設(shè)計(jì)基準(zhǔn)風(fēng)壓（KN/）；按當(dāng)?shù)?0年一遇的基本風(fēng)壓，查

6、表得0.4 KN/；AWH橫向迎風(fēng)面積（）；K0設(shè)計(jì)風(fēng)速重現(xiàn)換算系數(shù)，對(duì)施工架設(shè)期橋梁K0=0.75；K1風(fēng)載阻力系數(shù)，按橋面系構(gòu)造的風(fēng)載阻力系數(shù)取值，K1=1.0；K3地形、地理?xiàng)l件系數(shù)，一般地區(qū)K3=1。（2）橫向迎風(fēng)面積迎風(fēng)面積按上圖計(jì)算：AWH1=59×3=177AWH2=4.5/2×59=133（3）風(fēng)荷載計(jì)算將以上各項(xiàng)數(shù)據(jù)代入公式：Fwh1=K0F1F3WDAWH=0.75×1×1×0.4×177=53KNFwh2=K0F1F3WDAWH=0.75×1×1×0.4×133=40KN(

7、4)由風(fēng)荷載產(chǎn)生的不平衡拉(壓)力風(fēng)荷載受力簡(jiǎn)圖如上圖所示，單側(cè)立柱4根，上端與梁體錨固，下端錨固在橋墩承臺(tái)上，為一框架結(jié)構(gòu)，可用結(jié)構(gòu)力學(xué)求解器解算。將梁體視為剛體，下端支座按固結(jié)，計(jì)算參數(shù)只需計(jì)算立柱的EA、EI值。EA、EI值計(jì)算表材質(zhì)規(guī)格E(KN/m2)I(m4)A(m2)EIEAQ235630×10mm2.06×1080.0007560.01561557363213600C40614mm3.25×1070.0070.2961227500 9623250風(fēng)荷載受力圖風(fēng)荷載軸力圖如上圖所示,由風(fēng)荷載產(chǎn)生的不平衡軸力為±96KNd、結(jié)構(gòu)自重計(jì)算該橋位于

8、R=2200m曲線上，如上圖所示,與直線梁比較,曲線梁每個(gè)節(jié)段重力作用點(diǎn)都偏離墩中心，以0號(hào)段為例，偏心值f如下圖所示:f=2200-2200×cos（弧度）設(shè)偏心距離為e,各梁段對(duì)墩中心的力距為M，梁段重力為N，e等于各梁段對(duì)墩中心力距之和除以各梁段重力之和，即：e=0.19各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算見下表：梁體偏心各項(xiàng)參數(shù)計(jì)算表節(jié)段編號(hào)節(jié)段長(zhǎng)(m)L(m)圓心角(弧度)f(m)N(KN)M(KN.m)052.50.0011363640.00142054323.76 136.50.0029545450.00960231831.418 239.50.0043181820.02051131758.8

9、36 3312.50.0056818180.03551131684.260 4315.50.0070454550.0546021605.588 53.518.750.0085227270.07990011678.4134 63.522.250.0101136360.11251321489.9168 73.525.750.01170454507213 83.529.250.0132954550.19444321341.5261 94330.0150.24749541454.4360 104370.0168181820.3111291302.2405 114410.018

10、6363640.38203441165445 124450.0204545450.46021121120.2516 134490.0222727270.54565931084.9592 144530.0240909090.63837821059.4676 154570.0259090910.73836781045772 合計(jì)N：25357.2M：4748 對(duì)于橋墩一側(cè)立柱,荷載取1/2T構(gòu)重量減去15號(hào)梁段1/4重量加掛籃重，考慮超灌及鋸齒塊等其它荷載， 取1.1系數(shù)，則驗(yàn)算荷載為P=（25357-1045/4）×1.1+800=28405結(jié)構(gòu)計(jì)算簡(jiǎn)圖如下：梁體自重偏載受力圖梁體自重

11、偏載軸力圖彎距圖由于曲線梁相對(duì)橋墩存在梁體偏心，臨時(shí)固結(jié)單根立柱受力不均勻，最大軸力7780KN（壓力），最小6423KN（壓力）。3.3單根立柱最大與最小軸力組合單根立柱軸力組合計(jì)算表（KN）工況梁自重不對(duì)稱砼風(fēng)荷載合計(jì)最大值（KN）77803290/4968699最小值（KN）6423-2961/4-965587單根立柱Nmax=8699KN。計(jì)算結(jié)果表明，采用此種結(jié)構(gòu)的臨時(shí)支撐，在任何情況下都不會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，無需設(shè)置預(yù)應(yīng)力抗拉鋼筋。但對(duì)支撐的抗壓強(qiáng)度要求很高，且在鋼管兩端與承臺(tái)和梁底接觸處需配制與鋼管等強(qiáng)度的抗壓鋼筋,一方面起錨固作用,另方面替代鋼管承壓。3.4單根立柱承載力驗(yàn)算計(jì)算參數(shù)

12、：鋼管采用DN600螺旋管，外徑630mm，壁厚8mm，截面面積15633mm2，材質(zhì)Q235，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值215N/mm2；混凝土采用C45，截面面積296092mm2，強(qiáng)度設(shè)計(jì)值21.1N/mm2；鋼管混凝土柱軸向受壓承載力按鋼管混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程CECS 28 : 2012提供的公式計(jì)算，應(yīng)滿足下式要求:NNu 式中:N軸向壓力設(shè)計(jì)值；Nu鋼管混凝土柱的軸向受壓承載力設(shè)計(jì)值。Nu =1eNo當(dāng)0.5時(shí)，No=0.9ACfc(1+)=0.9×296092×21.1×(1+2×0.538) =11672906N=11673KN=0.538式中:No鋼管混

13、凝土軸心受壓短柱的承載力設(shè)計(jì)值；鋼管混凝土的套箍指標(biāo);與混凝土強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)的系數(shù)，當(dāng)混凝土強(qiáng)度C50時(shí)，=2；與混凝士強(qiáng)度等級(jí)有關(guān)的套箍指標(biāo)界限值，當(dāng)混凝土強(qiáng)度C50時(shí)，=1；Ac鋼管內(nèi)的核心混凝土橫截面面積=296092mm2；fc核心混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，C45為21.1N/ mm2；Aa鋼管的橫截面面積=15633mm2；fa鋼管的抗拉、抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，Q235鋼為215N/ mm2；1一考慮長(zhǎng)細(xì)比影響的承載力折減系數(shù)；e 鋼管混凝土柱考慮偏心率影響的承載力折減系數(shù)，按下列公式計(jì)算:當(dāng)eo/rc1.55時(shí)，e=0.93e0=0.013式中:e0柱端軸向壓力偏心距之較大者;rc核心混

14、凝土橫截面的半徑;M2柱端彎矩設(shè)計(jì)值的較大者;N軸向壓力設(shè)計(jì)值。1按下式計(jì)算1=1-0.115Le=L式中：Le柱的等效長(zhǎng)度；D鋼管的外直徑，D=0.63；考慮柱端約束條件的計(jì)算長(zhǎng)度系數(shù)，根據(jù)梁柱剛度的比值，按鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50017確定，當(dāng)兩端固結(jié)時(shí)，=0.549；考慮柱身彎距分布梯度影響的等效長(zhǎng)度系數(shù)，無側(cè)移框架柱，=1；L柱的實(shí)際長(zhǎng)度，L=7.2m。代入公式：Le=L=0.549×1×7.2=3.951=1-0.115=1-0.115=0.83所以Nu =1eNo =0.83×0.93×11673=9010KNNmax=8699KN單根立柱承載

15、力符合要求。3.5臨時(shí)支撐承壓鋼筋配置（1）承壓鋼筋根數(shù)計(jì)算在鋼管兩端與梁底及承臺(tái)接觸處，需要配置與鋼管等強(qiáng)度的抗壓鋼筋，以保證梁底與承臺(tái)混凝土不被壓壞，同時(shí)起連接錨固作用?？紤]采用HRB25螺紋鋼，材料屬性為：截面面積A490.9mm2,標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為300N/mm2，單根力490.9×300/1000147kN。臨時(shí)支撐鋼管截面積156cm2，所能承受的壓力為156×102×215/1000=3354KN，每根鋼管支撐需要配置HRB25螺紋鋼筋根數(shù)為：3354÷147=23(根)（2）鋼筋錨固長(zhǎng)度計(jì)算鋼筋的錨固長(zhǎng)度按混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定計(jì)算，普通鋼筋：La=a(fy/ft)d式中fy普通鋼筋的抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，HRB鋼筋為300 Mpa；ft混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)高于C40時(shí)，按C40取值，為1.71Mpa；d鋼筋