悬臂法施工连续梁临时固结体系的计算探讨

苏克啟

摘 要：以连续梁悬灌施工现场实例，详细介绍临时固结体系的施工及检算方案，确保梁体结构的稳定和安全。

关键词：连续梁 悬臂法施工 墩梁临时固结体系；

中图分类号： U44 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）01（b）-0000-00

1 概述

预应力混凝土连续梁桥由于桥型美观、跨度适用范围大、桥位现场条件要求低等优点，广泛应用于公路、市政道路桥梁工程中。悬臂法施工是连续梁常见的一种施工方法，该方法在高桥墩、大跨度及跨河、跨路等情况的施工中显现出独特的优势。

对于采用挂篮施工的预应力混凝土连续梁，相关施工技术规范和设计文件均要求在悬臂浇筑前“应先将墩顶梁段与桥墩临时固定”。设计文件明确悬臂段的最大不平衡弯矩和竖向反力。同时，这个结构大多由施工单位自行设计施工。

查阅相关专业书籍，关于墩梁临时固结抗倾覆设计没有统一的计算方法。以设计文件为依据（最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N）所计算出来的临时支座反力大多为压应力。但是在施工组织设计时，有的临时支座上还是布置了预应力钢绞线或者精扎螺纹钢筋。这种设计布置与自己的计算结果不相符，不但无法说服自己，也无法解释别人的提问，这种计算方法理论说服性不强。

经过对各类跨度T构的研究以及业内同行的讨论，总结认为：以设计文件给定的M和N确定临时支座抗压强度；以挂篮连带悬臂节段混凝土状态坠落为最不利倾覆弯矩计算产生的拉应力，确定临时支座的锚固拉力；再以抗压混凝土和锚固钢筋一体化核算规范所要求的安全系数；以当地最大风荷载检算T构抗扭和抗平移能力。这样的计算方法既满足了设计抗倾覆要求，又满足了悬浇的最大风险因素要求，同时也满足施工中最大不平衡荷载的要求。锚固拉筋的设置有理有据，计算方法既合理又合情。

2 T构倾覆荷载的研究

2.1 最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N

经过多个设计文件比较，设计给的最大不平衡弯矩M与最大悬臂端挂篮重量产生的弯矩相当，竖向反力N与T构自重相当。按照设计给的最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N计算结果，墩顶临时支座大多为压应力，极少有拉应力。按此结果设置混凝土临时支座就可满足抗倾覆要求。

2.2 施工中特殊荷载

在施工中，悬臂浇筑到最后节段，发生挂篮连带混凝土坠落事故，这是施工单位最担心的特殊事件，此时也不希望引发T构倒塌，避免带来更大的损失。在这种工况下，最不利的倾覆弯矩会产生拉应力。对应这种拉应力，就该设置抗拉锚固钢筋。

2.3 风荷载的考究

由于T构中间的永久支座大多为移动支座，在水平力荷载的作用下，它不能有效约束箱梁的移动，箱梁的移动会使得临时支撑体系产生破坏，甚至T构倒塌。在出厂时，支座的上下座板带有临时栓接钢板。这个栓接钢板制约T构位移的能力是有限的。个别情况在支座安装前已经拆下或损坏。为保证T构的安全稳定，临时支撑体系不仅要有抗倾覆能力，还要有抗位移能力。箱梁水平位移和扭转主要是风力作用，因此要检算抵抗风荷载的位移能力。

3 墩梁临时固结的计算方法

3.1 墩顶设置临时支座计算方法

墩顶临时支座结构示意图如图1、a所示。按照设计文件提供的倾覆参数，临时支座的受力结构分析图示如图1、b所示。

按上述图一结构，临时支座结构计算方法钢筋混凝土结构计算理论更为合理。计算出混凝土的最大压应力，以确定混凝土标号；计算出竖向主筋（墩梁锚固钢筋）的最大压力和最大拉力，按最大值（一般拉应力偏大）配置墩梁锚固钢筋。计算时，按钢筋混凝土设计规范和桥梁施工技术规范选取材料安全系数和抗倾覆安全系数。受力主筋分别与墩梁锚固，宜应计算锚固长度。

3.2 临时钢管支撑柱计算方法

临时钢管支撑柱结构示意图如图2.a所示。按照设计文件提供的倾覆参数，临时钢管支撑柱结构受力分析图示如图2.b所示。

按照有效固结的原则，上下端应分别与墩梁锚固，宜应计算锚固螺栓的预埋锚固长度。

钢管上下端法兰盘、加劲肋宜应满足受压、受拉强度需要。

钢管支撑柱应具有梁体抗扭转、抗平滑需要，钢管间及与墩身间应进行刚性连接（较大的型钢），形成抗扭桁架体系。

4 運用实例

下面以某大桥（40+57+40）m为例，并借助桥博软件进行计算分析。

4.1 结构计算分析原则为：在最大悬臂阶段，在一侧加载一个40吨的不平衡荷载情况下，受压侧的钢管构件的稳定和强度验算满足要求，同时，在该荷载作用下，钢管的轴线压缩变形不得大于该侧钢管内的预应力钢铰线在初始张拉力下产生的伸长量，以确保在交替变化的不平衡荷载作用下，预应力钢束锚具不致因为松动而失效；受拉侧的预应力钢铰线则满足承载能力要求。

4.2 计算内力结果

拉索单元轴向力 ，为拉力；主墩永久支座反力 ，为轴压力；受压侧钢管轴向力 。

4.3 预应力钢铰线验算

（1）钢管轴向变形

（2）钢铰线张拉伸长量

单束钢铰线张拉力为 ， 钢铰线截面面积为 ，单根钢铰线的张拉伸长量为：

，因此，钢铰线在张拉后，在不平衡荷载作用下，钢铰线不会出现松动。

（3）钢铰线承载力验算

钢铰线容许承载力为：

在不平衡荷载作用下，受拉侧钢铰线承受的最大拉力为：

可见 ，钢铰线承载力满足要求。

4.4 钢管强度计算

（1）单根钢管承受的轴压力 ；钢管的屈服强度为 ，构件根据《钢结构设计规范》，按焊接b类构件计算，查询相关表格，得钢管稳定系数 ；

（2）钢管正压力计算

，

可见正应力计算满足要求。

5 体会及注意事项

（1）一般不考虑永久支座参与工作，忽略其受力荷载。

（2）除设计文件提供的倾覆参数外，根据桥梁所处的特殊线形条件，还应考虑曲线向心倾覆弯矩。当T构有较大坡度时，应根据施工线形控制情况，确定坡度纵移倾覆弯矩。当T构存在较大的不对称锯齿块时，应计算偏载倾覆弯矩。这些弯矩具有方向性，应叠加计算。

（3）T构倒塌的最大倾覆弯矩，是挂篮悬臂到最远节段时（连同未凝固混凝土）坠落。此倾覆弯矩对临时支座会产生拉应力。

（4）悬臂T构除计算抗倾覆稳定性之外，还应计算梁与墩间的相对抗扭转和抗平滑稳定性。

（5）在悬臂施工中，尽可能避免挂篮坠落的情况发生，特别是大跨径的连续梁。

参考文献

[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范 JTG D62-2004. 人民交通出版社.2004.06.28.

[2]范立础.桥梁工程（上册）[M]北京：人民交通出版社，2001.

[3]林颖等.连续刚构桥梁主墩设计浅析.公路.2004.02.

[4]上海市政工程设计研究总院.桥梁设计工程师手册.北京：人民交通出版社，2007.7.