懸澆連續(xù)箱梁臨時固結體系設計與施工技術

懸澆連續(xù)箱梁臨時固結體系設計與施工技術摘要：以廣珠城際軌道交通工程順德水道特大橋(44.85+2x75+44.85)m預應力混凝土連續(xù)梁臨時固結體系施工為例，主要對鋼管混凝土臨時固結體系的設計與施工進行闡述，供類似施工參考借鑒。關鍵詞：連續(xù)箱梁；臨時固結體系；機理；鋼管混凝土；設計驗算；施工要點八、、Abstract:theguangzhou-zhuhairailtrafficengineeringshundewaterwaybigbridge(44.85+2x75+44.85)mprestressedconcretecontinuousbeamtemporaryrigidfixitysystemconstruction,forexample,mainlytotheconcretefilledsteeltubetemporaryrigidfixitysystempaperexpoundsthedesignandconstructionof,forsimilarconstructionforreference.Keywords:continuousbox;Temporaryrigidfixitysystem;Mechanism;Steeltubeconcrete;Checkingthedesign;Keypointsofconstruction1工程概況廣珠城際軌道交通工程順德水道特大橋，位于佛山市順德區(qū)，橫跨順德水道（III級航道）。其中，順德水道特大橋主橋（62#?66#墩）為（44.85+2x75+44.85）m預應力混凝土連續(xù)梁，下部構造為低樁承臺、薄壁實心墩。連續(xù)箱梁截面采用單箱單室、變高度、變截面斜腹板型式。全橋箱梁頂寬11.6m，中支點處箱梁底寬5.6m，邊支點處箱梁底寬6.628m。箱梁中支點處梁高5.0m，端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高為3.20m；梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=331.525m；頂板厚34cm，腹板厚分別為40cm、70cm，底板厚度由跨中的36cm按圓曲線變化至中支點梁根部的80cm，中支點處加厚到130cm。中支點處設置厚2.0m的橫隔梁，邊支點處設置厚1.2m的端隔梁，跨中合攏段設置厚0.6m的中橫隔梁。主橋0#塊梁段長度為13m，邊跨現(xiàn)澆段及合攏段長度為8.35m，最大懸臂澆筑塊重1219.4KN。連續(xù)梁設計采用掛籃懸澆施工方案。為確保懸臂澆筑T構抗傾覆穩(wěn)定性，墩梁需要臨時固結。2臨時固結體系機理及方案必選2.1臨時固結體系機理在連續(xù)梁懸臂施工時，墩頂箱梁理論上完全對稱澆筑，并且不會產生極端不平衡條件，但在實際施工中，由于風荷載、梁體自重不均勻（如脹模等）、混凝土澆注不同步、施工機具(如掛藍、吊具等)不同步等原因引起的不平衡彎矩，可能導致梁體的傾覆。為克服此不平衡彎矩，確保梁體結構的穩(wěn)定、安全，需對墩、梁間實施臨時固結。2.2臨時固結體系方案必選墩梁臨時固結體系主要分體內和體外固結體系兩種型式。體內固結體系通常采用墩頂預埋鋼筋和混凝土組成的墩梁臨時固結體系；體外固結體系主要采用鋼管混凝土柱與柱內預埋鋼筋組成墩梁固結體系。針對本項目，連續(xù)梁梁體較重、懸臂較長，橫跨III級航道(不斷航)，上橋的機具較多，混凝土每節(jié)段澆筑方量較大都增加了不平衡彎矩產生的因素。為了盡量增大固結力臂，從而增加臨時固結體系抵抗不平衡彎矩的能力，因此采用鋼管混凝土柱與柱內預埋鋼筋為主和墩頂預埋預應力鋼筋組成體內、體外聯(lián)合固結體系。本設計主要考慮體外固結體系受力，體內固結體系只做為輔助固結作用。故本文只對體外固結體系進行設計驗算。3臨時固結體系設計3.1臨時固結體系的設定(1)本方案視為永久支座不受力，最大豎向支反力由一側的臨時固結體系承受，不考慮永久支座參與工作，忽略其受力荷載。(2)本方案按極端不利工況設計計算的，懸澆箱梁的最大不平衡彎矩是由一側掛籃傾覆及由此引起的一個節(jié)段的砼全部墜落所產生，其他因素忽略不計。此最大不平衡彎矩引起的拉力由一側的臨時固結體系中預埋鋼筋承受。根據(jù)設計圖紙所提供的數(shù)據(jù)及掛籃自重，最不利工況為掛籃及最后階段墜落，所引起的最大不平衡彎矩為50000KN-m和最大豎向支反力為35769.4KN，并以此計算數(shù)據(jù)進行臨時固結體系設計驗算。3.2臨時固結體系設計本設計采用體外為主、體內為輔的聯(lián)合臨時固結體系。體外臨時固結體系采用直徑中1000mm、壁厚S=10mm的Q235鋼管混凝土柱與柱內預埋032型精軋螺紋鋼組成。根據(jù)墩身與箱梁結構尺寸及相對位置，鋼管混凝土柱下端置于承臺上，上端支撐于箱梁底的腹板處。每個O#塊合計布置4根鋼管混凝土柱，每側兩根，形心距離為6.0m。鋼管混凝土柱設計強度為C55，與梁體同標號。在每個鋼管混凝土柱內預埋20根032型精軋螺紋鋼與箱梁底板相連，以保證抵抗傾覆的錨固力。鋼管混凝土柱結構示意圖如圖1所示。體內臨時固結體系采用沿墩頂橫橋向距墩頂邊緣50cm埋設一排間距為30cm①32型精軋螺紋鋼。待邊跨合攏完成后，解除主墩臨時固結措施，然后合攏中跨。3.3臨時固結體系內力計算根據(jù)設計提供數(shù)據(jù)及本方案假定，懸澆連續(xù)箱梁可能傾覆的最大豎向支反力為N=35769.4KN和最大不平衡彎矩為M=50000KN-m，鋼管混凝土支墩支反力示意圖如圖2所示，假定豎向反力R1、R2。則有以下公式：經計算所得:R1=-8333.3KN、R2=35769.4KN，主墩兩側臨時支墩各有兩根鋼管混凝土支撐，其單肢柱受力為F1=4166.65KN，F(xiàn)2=17884.7KN。3.4臨時固結體系驗算3.4.1鋼管混凝土柱承載力驗算鋼管混凝土承載力按下列公式進行驗算：式中：一鋼管混凝土單肢柱承載力設計值；一鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力設計值；一鋼管混凝土的套箍指標，按公式計算；一按柱等效計算長度的長細比，由《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017-2003)b類圓管截面構件所確定的穩(wěn)定系數(shù)；—長細比影響折減系數(shù)，當，，當時，；—偏心影響折減系數(shù)，本工程設計按無偏心考慮，故取值為1；-柱的等效計算長度；—鋼管外徑；—鋼管的抗拉或抗壓強度設計值為215MPa；—混凝土的抗壓強度，根據(jù)《混凝土結構設計規(guī)范》取25.3MPa；—鋼管內混凝土的橫截面面積；—鋼管的橫截面面積。本工程鋼管為=100cm，=18m，壁厚8=1cm。一個鋼管混凝土支墩混凝土承壓面積=3.1415*0.492=7542.7cm2，鋼管的橫截面面積=3.1415*(0.502-0.492)=311cm2，則套箍指標：鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力設計值:因，故。鋼管混凝土柱等效計算長度的長細比=72，由《鋼結構設計規(guī)范》(GB50017—2003)b類圓管截面構件所確定的穩(wěn)定系數(shù)，查表可得=0.739，則:鋼管混凝土單肢柱承載力設計值為：>N=17884.7KN，由此計算結果可知，中1000mm、壁厚S=10mm的Q235鋼管混凝土柱能滿足承載力要求。3.4.2鋼管混凝土柱頂柱梁接觸面局部承壓驗算式中：一鋼管混凝土在局部受壓下的承載力設計值；一局部受壓面積；一鋼管混凝土的局部受壓強度提高系數(shù)，當時，??；本工程柱頂混凝土墊塊尺寸為68cmx68cmx5cm，^U=68x68=4624cm2。>N=17884.7KN，滿足要求，因此柱頂可不設加強箍筋。3.4.3鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性驗算鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性按下式計算：(設計提供值)，故鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。3.4.3鋼管混凝土柱柱腳受力計算承臺混凝土設計強度等級為 C30。設柱腳底板采用120x120x3cm，則A=1.2x1.2=1.44m2。柱腳內力N=F2+G柱=17884.7+(18x7542.7x10-4x24+18x311x10-4x78.5)=18254.5KN。臨時支墩與承臺之間所受最大壓應力為：故滿足要求。柱腳底板近似按懸臂板進行計算，其懸臂長度50mm。，故柱腳底板厚度取。為了提高安全系數(shù)，在基礎頂層設置三層鋼筋網片，并在其頂面預埋130x130x2cm的鋼板及相應數(shù)量的錨栓，與柱腳底板連接牢固。3.4.4鋼管混凝土柱抗傾覆驗算最不利工況假設：當最大傾覆力矩發(fā)生時其受壓側鋼管混凝土柱承受最大壓力，另一側鋼管混凝土柱承受最大拉力，此拉應力主要通過預埋在鋼管混凝土柱中的40根032精軋螺紋鋼（根據(jù)設計可知）克服，其值設為P，則有：安全系數(shù):，可見，抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。3.4.5預埋精軋螺紋鋼錨固長度計算預埋精軋螺紋鋼錨固長度按下式計算式中：一鋼筋計算錨固長度；—鋼筋基本錨固長度；一鋼筋外形系數(shù)，按《規(guī)范》取0.14；一鋼筋抗拉設計強度；一混凝土抗拉設計強度;一鋼筋公稱直徑，取3.2cm；F—實際拉拔力；d一鋼筋直徑（采用032螺紋鋼）；一粘結強度，查《規(guī)范》，本式中取2.07MPa。根據(jù)《規(guī)范》要求，當帶肋鋼筋的直徑大于25mm時，錨固長度應乘以修正系數(shù)1.1。精軋螺紋鋼筋=675MPa（設計提供），C55混凝土=3.3MPa（查表），則：因錨固處底板厚度為80cm，有效錨固長度取75cm，小于基本錨固長度及計算錨固長度，故采用預埋精軋螺紋鋼筋端頭加8cmx8cmx2.6cm墊片結構或增加錨固鋼筋數(shù)量來增加錨固力。有效錨固長度取75cm，所產生的錨固力：考慮1.5倍安全系數(shù)，每根精軋螺紋鋼筋所需錨固力為:F=F單x1.5=8333.3/40x1.5=312.56KN。為滿足平衡要求錨固力Fm=312.5-156.1=156.4KN。按采用預埋精軋螺紋鋼筋端頭加8cmx8cmx2.6cm墊片結構增加錨固力進行計算。根據(jù)設計C55混凝土允許應力，墊片可承受的最大力為Pd=37x0.08x0.08x1000=236.8KN>Fm=156.4KN，因此在加8cmx8cmx2.6cm墊片的情況下，精軋螺紋鋼錨固深度L>75cm即可滿足要求。根據(jù)上述計算結果，精軋螺紋鋼筋在鋼管混凝土中加墊片錨固深度取L=120cm，在箱梁底板處取75cm。4臨時固結體系轉換施工合攏前首先將鋼管混凝土柱頂部30cm厚（即梁底面一下30cm）混凝土鑿除，此時梁體垂直受力從鋼管混凝土柱轉移到支座上，不平衡彎矩由精軋螺紋鋼抵抗，保證結構穩(wěn)定。用勁型骨架將合攏段兩側懸臂結構進行鎖定，同時割斷臨時支墩精軋螺紋鋼筋，此工作不要過早或過遲。經中跨合攏段混凝土澆筑，完成體系轉換。5臨時固結體系施工要點（1） 在懸臂澆筑時應盡量平衡澆筑，移動掛籃以及材料堆放也應注意避免不平衡荷載的產生。不平衡澆筑荷載不應超過10m3混凝土的重量。（2） 鋼管混凝土柱的接長必須順直、上下同心、搭接或拼裝板厚度、焊縫均要滿足鋼管截面強度要求。接縫處增加加強板進行補強。（3） 鋼管混凝土柱及預埋精軋螺紋鋼定位準確，嚴格按照施工設計圖紙進行布設。（4） 鋼管混凝土柱長細比較大，應設置支撐間的聯(lián)系桿件以保證穩(wěn)定性。（5） 鋼管混凝土柱下法蘭盤焊接必須保證焊縫質量。（6） 加強鋼管混凝土施工質量控制。（7） 精軋螺紋鋼筋錨栓在鋼管混凝土柱內錨入不小于1.2m，在梁內錨固長度不小于0.75cm，且錨下安放螺旋鋼筋。（8） 精軋螺紋鋼筋錨栓上下必須同軸、安裝牢固，螺母必須擰過端頭，且外露長度大于3.5cm，杜絕使用銹蝕的鋼筋。（9） 箱梁底板及承臺頂面與鋼管混凝土支撐柱接觸部位必須做成楔形塊，使其垂直、均勻受力。（10） 由于本工程位于河道中，故要增設防撞措施，避免船只及其他漂浮物撞擊鋼管混凝土柱。（11） 在兩側邊跨合攏后及中跨合攏前，應解除臨時固結體系。6臨時固結體系問題應對措施（1）本方案視為永久支座不受力，不考慮永久支座參與工作，忽略其受力荷載。在實際中支座不可能不受力，其受力有利于減輕鋼管混凝土柱的壓應力。（2）本方案按極端不利工況設計計算的，懸澆箱梁的最大不平衡彎矩是由一側掛籃傾覆及由此引起的一個節(jié)段的砼全部墜落所產生。制定好安全應對措施，防止此類安全隱患發(fā)生，避免此傾覆彎矩所產生。（3）永久支座必須臨時鎖定，待體系轉換后方可解除。永久支座在出廠時上下座板間安裝了臨時連接拉板，在現(xiàn)場安裝前必須保持完好。若發(fā)現(xiàn)損壞應加固后再安裝。這個臨時鎖定拉板需要在全部懸澆連續(xù)梁合攏段勁型骨架鎖定同時拆除，不得提前或過遲拆除。臨時固結支撐的位置盡量靠近橋墩位置。離橋墩距離越近，對于各施工階段梁體擾度影響越小，反之則可能對撓度產生較大影響，分析應該予以考慮，以保證施工監(jiān)控時立模標高的準確。除設計文件提供的傾覆參數(shù)外，根據(jù)橋梁所處的特殊線形條件，還應考慮曲線向心傾覆彎矩(若設計存在的話)。當懸澆連續(xù)梁有較大坡度時，應根據(jù)施工線形控制情況，確定坡度縱移傾覆彎矩。當懸澆連續(xù)梁存在較大的不對稱鋸齒塊時，應計算偏載傾覆彎矩。