悬臂浇筑连续梁(挂篮)墩梁临时固结设计计算

2012-10-16 03:14陈长军
黑龙江交通科技 2012年3期
关键词:垫板挂篮梁体

陈长军

(齐齐哈尔城建市政工程有限责任公司)

1 工程概况

盘营客专盘锦特大桥,131#~134#墩上部结构设计为32 m+48 m+32 m悬臂浇筑连续箱梁,梁体为单箱单室、斜腹板、变高度、变截面结构,全长113.5 m,梁体采用C50高性能混凝土,根据设计图纸和现有挂篮模板的情况,本着方便施工便于操作的原则,确定0#、1#块采用钢管支架的支撑形式,主桥箱梁2#~6#块采用菱形挂篮悬臂浇筑法施工。临时固结设计方案如下。

(1)临时支座设置:在墩顶顺桥向两侧设置四个临时混凝土支座,其尺寸为长×宽×高=250 cm×50 cm×60 cm。在施工时临时支座底面和顶面均与墩顶和梁底涂抹隔离剂进行隔离,另为防止临时支座混凝土受压时局部崩裂,在临时支座处布置三层钢筋网片,间距为200 mm,其中横桥向配置5根Φ12 mm螺纹钢筋,钢筋布置间距100 mm;顺桥向配置24根Φ12 mm螺纹钢筋,钢筋布置间距100 mm;

(2)墩梁固结:墩身与梁体的连接采用在墩身内两侧预埋24根 Φ32 mm精扎螺纹钢筋,其标准抗拉强度为930 MPa。待0#块混凝土浇筑完成,强度达到设计值的100%后,对24根精扎螺纹钢筋进行张拉完成对墩梁的临时固结来抵抗施工中的不平衡弯矩。

2 设计检算

根据设计文件要求,墩梁临时固结措施应能承受中支点处最大不平衡弯矩M设计=12 514 kN·m(未考虑安全系数与单侧挂篮脱落)和相应的竖向反力N=16 377 kN。

(1)为保证梁体悬浇过程的安全性,在施工设计时必须考虑1#~6#节段施工时单端挂篮脱落而增加的不平衡弯矩M1的影响,考虑挂篮单侧重量500 kN。

图1 1#~6#悬浇节段长度尺(单位:m)

表1 各节段悬浇挂篮脱落不平衡弯矩M1计算表

(2)计算临时支座结合梁体自重抵抗最大不平衡弯矩M2。

图2 梁体自重抵抗最大不平衡弯矩M2(单位:m)

如图2所示:

A、B点为两侧临时支座中心,距中支点1.22 m;G为悬臂段梁体的重力;G1为悬臂段梁体的重力垂直于梁体分力,距中支点Lm;G1'为重力水平分力,距离支点中心L'm;G0为墩顶处梁体的重力;M2为梁体自重所抵抗的不平衡弯矩N1、N2为临时支座反力。

当N2=0时,且梁体为一平衡的临界状态时,M2值最大。

此时,根据竖向力平衡得2G+G0=N1

根据中支点力距平衡得2G1'L'+M2=N1·1.22

得M2=2.44G+1.22G0-2G L'sin0.172=2.44G+1.22G0-2G L'×0.003

为了计算简便,G的形心距离支点中心距L'统一取6#节段形心距离支点中心距3 m,实际个T构形心距离支座中心小于3 m,可见结构偏安全。

图3 各节梁段重量(长度单位:m,重力单位:kN)

表2 各节段悬浇施工中弯矩M2计算表

(3)精轧螺纹钢筋抵抗最大不平衡弯矩M3计算。

图4 精轧螺纹钢筋抵抗弯矩M3计算简图

如图4所示:

A、B点为两侧临时支座中心,距中支点1.22 m;O点为中支点;F1、F2为精轧螺纹钢筋预拉力;N1、N2为临时支座反力;M3为精轧螺纹钢筋所抵抗的最大不平衡弯矩。

当N2=0时,且梁体为一平衡的临界状态时,精轧螺纹钢筋所抵抗的最大不平衡弯矩M3值最大。将梁体视为一轻质杆件,不考虑梁体自重进行计算。

精轧螺纹钢筋屈服强度75%,σ=0.75Rb=0.75×930 MPa=697.5 MPa。

单根精轧螺纹钢筋截面积A=3.14×0.016 2=8.038×10-4m2。

单根精轧螺纹钢筋预拉力F=σ·A=560.678 kN。

根据静力平衡得N1+N2=F1+F2。

N2=0得N1=F1+F2=13 456.3 kN。

根据中支点静力距平衡得M3+F1·1.22+N2·1.22=F2·1.22+N1·1.22。

N2=0,F1=F2得M3=N1·1.22=16 416.7 kN·m

(4)对各节段弯矩进行汇总计算。

表3 各节段悬浇施工中弯矩汇总计算表

根据以上计算结果本墩梁临时固结方案的抗倾覆性满足施工要求。

(5)临时支座承压检算。

在墩顶设置4个临时支座,每侧2个,其尺寸为250 cm×50 cm×60 cm,支座采用C50混凝土,根据设计文件要求,临时支座要满足竖向支反力16 377 kN。

取C50混凝土设计抗压强度fc=19.1 MPa。

单侧临时混凝土支座承压面积为2.5 m2。

单侧临时混凝土支座在竖向支反力作用下得压应力

安全系数k=19.1/2.6=7.3。

临时支座承压也满足设计文件要求。

(6)精轧螺纹钢锚固长度计算。

预应力钢筋的锚固La=аfpyd/ft

式中:La为受拉钢筋的锚固长度;fy、fpy为普通钢筋、预应力钢筋的抗拉强度设计值;ft为混凝土轴心抗拉强度设计值;当混凝土强度等级高于C40时,按C40取值;d为钢筋的公称直径;а为钢筋的外形系数,按表4取用。

表4

据本工程实际情况,a=0.13,fpy=930 MPa,d=0.003 2 m,ft=1.43 MPa。

Ф32精扎螺纹钢锚固长度La=аfpyd/ft

根=0.13×930×0.032/1.43=2.7 m

施工时在预埋精轧螺纹钢的同时设置锚垫板(0.15 m×0.15 m)。设置锚垫板后,利用锚垫板锚固Ф32精扎螺纹钢筋,并利用锚垫板取代Ф32精扎螺纹钢筋与混凝土之间的粘结力。受力计算:

应力σ=930×803.8×10-6/0.0205=36.5 MPa<210 MPa

锚垫板采用标准构件屈服强度为210 MPa(Q235),能够承受。

为防止锚垫板上方混凝土因局部受压过大产生破坏,锚垫下部设置 Φ10螺旋筋。螺旋直径为100 mm,间距为50 mm,4圈长度。

3 结论

临时固结主要考虑其抗倾覆能力、临时支座的抗压承载能力和其配筋的锚固长度。临时固结的抗倾覆能力主要是其抵抗施工过程中不平衡弯矩的能力,施工过程中的不平衡弯矩主要是设计给定的最大不平衡弯矩和挂篮单侧脱落产生的不平衡弯矩,抵抗不平衡弯矩的因素主要是梁体自重和临时固结配筋的承载能力,临时固结措施的抗倾覆系数应为1.5。临时支座的抗压承载能力是对临时支座的局部抗压承载力进行验算,其安全系数应满座2.0。同时应对临时固结配筋的锚固长度进行计算,施工时不小于理论值,若长度不满足,可通过端部设锚垫板进行局部加强的措施保证施工安全。

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