悬臂浇筑连续箱梁的临时固结受力分析研究

程健，田俊，尹晓文

（青岛理工大学（临沂），山东临沂 273400）

悬臂法施工是预应力连续梁常见的一种施工方法，广泛应用于铁路、市政、公路等桥梁工程中，在大跨度连续梁施工中更具有显著的优势。连续梁悬臂施工时，墩顶箱梁在理论上宜完全对称浇筑，并且要求不能出现不平衡情况，但实际施工中可能会出现不平衡荷载甚至极端情况的发生，在悬臂施工时由于墩梁铰接而不能承受弯矩，因此，为确保梁体结构的安全和稳定，施工时要采取措施临时将墩、梁固结[1-2]。

临时固结是连续梁需采用悬浇施工工艺施工作业时，且连续梁与桥墩间具有（设计）桥梁支座支撑而采用的一种施工工艺。临时固结装置是箱梁施工过程中的主要受力构件，施工期间的所有荷载以及出现不平衡荷载时，都要依靠临时固结装置来承受。因此，临时固结体系是保证箱梁施工安全及悬臂倾覆稳定的重要措施。

本文以临沂市香榭丽大桥(40+2X70+40)m连续梁为例对临时固结体系进行受力分析研究。

1 工程概况

该大桥位于山东临沂市费县城香榭丽大道上跨越温凉河的一座桥梁，桥梁采用与主河道正交布置。桥跨组合为（40+2X70+40）m四跨PC变截面连续箱梁，分上、下行分离的两个单箱单室型截面组成。单个箱体顶板宽12.0m，厚0.25m，设2%的横坡；底板宽6 m，厚度从跨中的0.25m按二次抛物线变化成距桥墩中心1.75m处的0.6m，横桥向底板保持水平；箱梁根部高度5.0m，跨中高度2.0 m，箱梁梁高从跨中至距主墩中心1.75m处按二次抛物线变化；腹板等厚度为0.50m；翼缘板悬臂长为3.0m，根部厚0.65m，内侧端部厚0.25m，外侧端部厚0.18m。施工方法采用悬臂平衡浇筑施工，边跨直线段采用满堂支架施工，主桥总体布置如图1。

图1 大桥主桥总体布置图（单位cm）

临时固结设计临时垫块为现浇C50混凝土，在浇筑垫块和箱梁前先在墩顶面及垫块顶面涂抹隔离剂，以便于拆除临时锚固垫块。垫块分上下两层，中间夹5cm厚的硫磺砂浆，墩身与梁体的连接采用在墩身内两侧各预埋31根Φ40mm精扎螺纹钢筋，下端锚固在墩身1.79m，穿过临时固结在箱梁底板内锚固1.8m，并设弯钩加强锚固作用，临时固结立面图、断面图如图2和图3所示。

图2 临时固结立面图（单位cm）

图3 临时固结断面示意图（单位cm）

2 临时固结体系计算

2.1 梁体产生不平衡弯矩的因素分析[3]

（1）施工不平衡荷载产生的纵向不平衡弯矩。考虑混凝土的不平衡浇筑(相差2m)，施工机具、人员的两侧不平衡分布等，不平衡荷载按照 《公路桥涵施工技术规范》(JTG TF50-2011)其值不宜超过梁段重的1/4，施工时严格控制，不得超过。

（2）由于两侧挂篮前移的不同步产生的不平衡弯矩，最不利情况为一侧挂篮前移一个节段（最大悬臂时为3.5m），另一侧挂篮没有前移。

（3）一侧挂篮坠落情况。浇筑完混凝土后移动一侧挂篮时坠落，产生不平衡弯矩。最不利情况按最大悬臂处考虑，一侧挂篮坠落，冲击系数按2.0计算。

2.2 纵向不平衡弯矩及抵抗力矩计算

2.2.1 情况1：施工不平衡荷载产生的不平衡弯矩(未考虑安全系数及挂篮坠落的情况)，不平衡荷载按25t考虑。其中各悬浇节段长度尺寸如图4所示，则计算得各节段悬浇施工中不平衡弯矩M1见表1所示。

图4 悬浇节段长度尺寸(单位：cm)

表1 各节段悬浇施工中不平衡弯矩M1计算表

2.2.2 情况2：挂篮前移的不同步产生的不平衡弯矩，挂篮重取40t考虑。计算得各节段挂篮前移不同步时不平衡弯矩M2见表2所示。

2.2.3 情况3：挂篮坠落产生的各节段不平衡弯矩M3见表3所示，冲击系数按2.0计算。

临时固结约束的抵抗力矩按 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTG D62-2004)[4]对偏心受压构件按照下列公式计算：

表2 各节段挂篮前移不同步时不平衡弯矩M2计算表

表3 各节段挂篮脱落时不平衡弯矩M3计算表

其中：γ0—桥梁结构的重要性系数，该工程取1.0；

Nd—轴向力组合设计值；

e'—轴向力作用点至截面受压较大边纵向钢筋A's和A'p合力点的距离；

fcd—混凝土轴心抗压强度设计值，C50混凝土为22.4MPa；

b—矩形截面宽度，b=600cm；

h—混凝土受压区高度，h=260cm；

h0—截面受压较小边边缘至受压较大边纵向钢筋合力点的距离，h0=235cm；

f'sd—普通钢筋抗压强度设计值，HRB335级钢筋f'sd=280N/mm2；

A's—构件受压区纵向普通钢筋的截面面积，A’s=31X1256.6=38954.6 mm2；

a's—构件受压区普通钢筋合力点至受压区边缘的距离，a's=25cm。

临时固结的最大理论抵抗力矩为M=389817.3÷1.3=299859.5kN·m。因此，各因素引起的不平衡弯矩均小于其临时固结的抵抗力矩299859.5kN·m，故预埋精轧螺纹钢满足承载能力要求。

3 临时固结体系的分析

各节段悬浇施工中弯矩汇总计算表如表4所示。

表4 各节段悬浇施工中弯矩汇总计算表

由以上分析可知，采用临时固结这种施工方法，既解决了主梁倾覆，又具有较高的安全储备。与传统的悬臂浇筑法比较具有较明显的优点：

（1）传统的悬浇法要求遵循对称、均衡、同步的原则进行施工，并且为了达到对称均衡施工要实时配重，因此，传统施工方法要完全达到非常困难，适用性不强，并且耗时延误工期，增加资金投入等缺点，采用临时固结措施后，可以在很大范围内提高其抗倾覆能力，梁体施工过程中比较稳固安全，为工程减少资金投入，缩短工期。

（2）传统悬浇法为了承受施工过程中可能出现的不平衡力矩，需要在墩旁搭设临时塔架（或托架），塔架顶设置千斤顶，支承墩顶梁段，这种方法施工相对繁琐，施工时间长，而采用临时固结措施，可简化桥墩处支撑，可以较大的缩短施工时间。

（3）该桥临时固结体系在临时支墩上部施作一层 5cm厚的硫磺砂浆，在砂浆中部预埋电阻丝，拆除时只需要对电阻丝通电至硫磺融化，即可轻松快捷拆除临时固结体系，安全隐患较小，施工方便快捷缩短了合龙工期。

4 总结

实践证明该桥的临时固结方案设计较为合理，施工难度较小，安全隐患较小，工程费用比较经济，为安全、有效的施工打下坚实的基础。

[1]丁键，胡成.PC梁桥悬臂浇筑临时支撑的分析研究[J].安徽建筑工业学院学报：自然科学版，2010，18(6)：18-21.

[2]董立功.PC连续箱梁悬臂施工支撑式临时固结的计算分析[J].现代交通技术，2009，6(1)：65-67.

[3]张艳艳.某特大桥（40+64+40）m连续梁主墩墩顶临时固结设计[J].北方交通，2011（5）：101-103.

[4]中国公路规划设计院.JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]中交第一公路工程有限公司.JTG TF50-2011公路桥涵施工技术规范[S].北京：人民交通出版社，2011.

[6]杨重虎.高脚水库大桥悬臂梁施工零号块临时固结措施[J].重庆建筑，2011，10(97)： 29-31.