悬浇变截面预应力砼箱梁桥连续墩墩梁临时固结的受力浅析

刘海青（福建省交通规划设计院，福州350004）

悬浇变截面预应力砼箱梁桥连续墩墩梁临时固结的受力浅析

刘海青
（福建省交通规划设计院，福州350004）

悬浇变截面预应力砼箱梁桥在国内得到应用广泛，其连续墩悬浇施工过程中的墩梁临时固结措施有两种主要方式即墩顶临时支座固结、墩旁支架临时固结，工艺均较成熟。但连续墩墩梁临时固结作为悬浇施工的关键节点，其处理不当将引起悬浇梁体倾覆等重大事故。本文针对悬浇变截面预应力砼箱梁桥连续墩墩梁临时固结的受力进行探讨，以资借鉴。

悬浇施工连续墩墩梁临时固结不平衡荷载

悬浇变截面预应力砼箱梁桥，根据墩梁间的连接方式（支座连续及墩梁固结），可分为刚构桥、连续梁桥、及刚构连续梁桥三种，属中等跨越能力的常规桥型。墩梁间设置支座的连续墩，其悬浇施工过程中的墩梁临时固结措施主要有墩顶临时支座固结、墩旁支架临时固结两种方式，均有较广泛应用。

连续墩墩梁临时固结作为悬浇施工的关键节点，其主要目的是为了克服施工过程中的纵桥向悬浇施工不平衡荷载，虽然有较成熟工艺，但如果不清晰其受力机理，一旦处理不当将引起悬浇梁体倾覆等重大事故。当前国内已发生多起类似事故应引起足够重视。具体桥梁施工中应针对临时固结方案进行妥善的受力分析，以确保桥梁施工安全。

1 悬浇施工荷载

悬浇施工荷载分为平衡及不平衡荷载。悬浇施工平衡荷载主要有悬浇变截面预应力砼箱梁的自重（含墩顶临时支座固结竖向预应力粗钢筋预压力）、平衡的施工荷载（如对称挂栏重）。但悬浇施工不平衡荷载的产生因素较多，主要有不均匀梁重、不同步施工、不平衡堆荷、施工动力、构件坠落、风力作用等。不平衡堆荷指悬臂梁体上机具材料的不平衡堆放，可在施工中予以控制克服。构件坠落包括挂篮和现浇梁段等的突然坠落，产生大的冲击力，经验冲击系数取值2，对靠有限临时锚固的墩较难满足要求，通过施工中严密监控和采取可靠措施可予以避免。设计中一般可预先考虑的不平衡荷载有：

⑴不均匀梁重，可按一侧悬臂梁重提高3%计取；

⑵悬浇不同步施工，可按悬浇梁段相差一个梁段的不平衡荷载；

⑶施工动力不平衡，指挂篮和施工机具移动时的动力作用，可按动力系数1.2（两侧反向施加）计取；

⑷风力作用不平衡，一般可只考虑单侧竖向风力作用。

悬浇施工不平衡荷载用⑴+⑵+⑶和⑴+⑷两种组合进行计算可基本满足要求。但施工不平衡荷载的出现及大小，与施工单位的技术水平、管理能力、设备投入等施工因素密切相关，应要求施工中根据具体情况进行合理确定。

悬浇施工的平衡及不平衡荷载，通过荷载组合可简化为连续墩中心线上的组合竖向力N（平加组合，基本组合Nz）及组合弯距M（平加组合，基本组合Mz）。

2 连续墩墩梁临时固结

2.1 连续墩墩梁临时固结的受力图式

连续墩的墩顶临时支座固结、墩旁支架临时固结两种方式，其纵桥向临时固结点一般均位于零号块内，使在悬浇施工前即处于受压状态。一般情况下，连续墩墩梁临时固结为纵桥向两侧完全对称布置。连续墩的永久支座，通常与临时固结一起同步安装在零号块内，在悬浇施工前处于密贴受压。

墩顶临时支座固结，如图1所示，通过在墩顶永久支座纵桥向两侧利用墩顶结构预留宽度内设置竖向受力临时支座的方式来达到临时固结的目的。

墩旁支架临时固结，如图2所示为连续墩承台上墩旁支架临时固结，通过在墩旁设置临时支墩，支墩顶设置竖向受力临时支座的方式来达到临时固结的目的。

图1 墩顶临时支座固结

图2 墩旁支架临时固结

两种连续墩墩梁临时固结方式的受力可用如下图3的受力图式统一表示，为一次超静定受力。

从图3，若临时支座出现一侧脱空，则受力体系从三支点转换为两支点。考虑悬浇施工不平衡荷载方向的不确定性，受力体系在三支点、左两支点、右两支点间随时进行不确定的转换，表现为非静定结构，应避免。

为保证施工安全及始终处于受力可控状态，在任何工况下，临时支座均不应出现脱空现象。

图3 连续墩墩梁临时固结受力图式

2.2 有关工艺做法的探讨

从临时支座要求不出现脱空现象出发，对目前工艺中的有关做法进行初步探讨如下：

⑴临时支座

目前主要有硫磺砂浆块、钢砂筒两种。考虑钢砂筒内灌砂的密实度问题，钢砂筒临时支座必然存在一定的不密贴和不可控压缩沉降值，临时支座竖向力分配不可控，乃至可能出现脱空现象。临时支座宜采用硫磺砂浆块，密贴性直观有保证。

⑵墩旁临时支墩

目前主要有连续墩承台上、连续墩承台外墩旁临时支墩两种方式。考虑连续墩承台外墩旁临时支墩的基础沉降与地质情况、基础型式、基础尺寸等情况有关，临时支墩总体竖向抗压刚度，相对于连续墩本身总体竖向抗压刚度，差异较大，受其他因素干扰的可能性也较大，除支撑于刚性地基如岩层外，其临时支座竖向力分配不易控制，且工艺较复杂，一般不采用。墩旁临时支墩一般采用连续墩承台上墩旁临时支墩。另外，同样从考虑支墩压缩可控出发，支墩不宜采用可能存在构件接头非弹性变形的拼装结构等，一般采用钢管砼柱。

⑶永久支座

永久支座有密贴安装、先期架空两种情况。

目前永久支座一般与临时固结一起同步密贴安装在零号块内共同受压。如图3所示，考虑到永久支座本身一般竖向抗压刚度大，可近似刚体。相比临时固结竖向抗压刚度KL，永久支座处的竖向抗压刚度KD对应为垫石较大，且临时固结可能发生的沉降与不密贴，易形成类似“扁担挑”的不利效应。

对于永久支座先期架空情况，在悬浇箱梁合拢形成稳定结构后，可通过顶升落梁工艺（通过专门顶升设备进行顶升、临时固结解除、及箱梁落梁）达到支座转换目的，此时悬浇施工过程中图3的临时固结受力图式转化为受力明确的两支点简支型式，可控性高。永久支座先架空后落梁方式，工艺较复杂，适用于悬浇不平衡荷载更大、固结程度要求更高的大跨径悬浇变截面预应力砼连续箱梁桥，本文不再烦述。

对于永久支座密贴安装、且采用墩顶临时支座固结方式的情况，直观的，若取消永久支座下垫石的设置，则KD趋无穷大，临时支座在较小的不平衡荷载下即脱空。因此，对于墩顶临时支座固结方式，为降低临时支座出现脱空的可能性，永久支座下设置具有一定竖向受压刚度的垫石是可取的。为避免临时支座脱空，一般尚通过设置竖向预应力筋（一般为预应力粗钢筋）等来抵抗临时支座的竖向拉力，即此时临时支座相当于变刚度拉压支座（受压时按临时支座抗压刚度，受拉时按竖向预应力筋抗拉刚度），此时竖向预应力筋所施加竖向临时预压力可视作与梁体自重类似的作用力进行施加及受力分配。

2.3 纵桥向对称布置的连续墩墩梁临时固结的受力分配及验算

计算假定：永久支座竖向抗压为刚体，且永久支座密贴安装；临时固结为密贴结构。并注意：根据现行规范，施工阶段构件的极限承载能力验算时应采用基本组合。

⑴墩旁支架临时固结

总结常规算法，按偏保守的建议进行以下两方面验算（一般，先通过临时支座不脱空验算初拟临时支墩尺寸，再进行临时支墩承压验算）：

①临时支座不脱空（始终承压）验算

应考虑永久支座影响，临时支座承压的平加组合值应大于0，即：

式中，KL——临时支墩抗压刚度KL=ELc·AL/LL，支墩为钢管砼柱且未考虑柱上段临时支座刚度时，AL=nALg+ALc，n=ELg/ELc；

KD——连续墩抗压刚度KD=KD0·KD1/（KD0+KD1），墩身KD0=、垫石KD1=D1，近似地，不考虑垫石时即KD1=0，KD≈KD0；

ALc、AD0、AD1——临时钢管砼柱支墩、连续墩墩身、连续墩上垫石的截面积；

ELc、ED0、ED1——临时钢管砼柱支墩、连续墩墩身、连续墩上垫石的砼弹性模量；

ALg、ELg、n——临时钢管砼柱支墩的钢管截面积、弹性模量、以及钢砼弹模比。

令ELc=ED0，LL≈LD0，则，临时支座承压的平加组合值验算可简化为：

从上式可知，临时支墩应有足够的尺寸，才能与连续墩墩身尺寸相匹配以进行同一量级的垂直力分配。

②临时支墩承压验算

一般偏保守的不考虑永久支座影响，即图3受力图式中取消KD进行简化。临时支墩两端有可靠平移限位措施时，临时支墩可近似按轴心受压构件计算。临时支墩承压的基本组合值：

在进行临时支墩轴心受压构件承载力验算时，构件长细比计算中，当临时支墩墩间无其他限位措施时，可近似按两端均为不移动铰考虑，构件计算长度系数取为1.0。当临时支墩墩间采取与连续墩可靠连接的限位措施时，构件计算长度系数可根据计算相应提高。

⑵墩顶临时支座固结

也宜偏保守的进行以下两方面验算∶

①临时支座（变刚度拉压支座）不脱空验算，

应考虑永久支座影响。竖向预应力筋的抗拉刚度（ELbALb/LLb）一般不大于临时支座抗压刚度（ELc·AL/LL），并近似认为永久支座KD趋无穷大，可偏保守得出竖向预应力筋拉力的基本组合值：

②临时支座承压验算

一般偏保守的不考虑永久支座影响，临时支座承压的基本组合值：

3 结语

综上介绍，悬浇变截面预应力砼箱梁桥连续墩墩梁临时固结方式的取用应考虑：

⑴悬浇施工不平衡荷载宜根据具体情况合理确定。

⑵临时支座应采用密贴结构，如硫磺砂浆块，且在各施工工况下不脱空。

⑶采用墩顶临时支座固结方式时，临时支座内设置一定的竖向预应力筋是必要的。

⑷采用墩旁支架临时固结方式时，一般采用承台上非拼装临时支墩，如钢管砼柱。

⑸大跨径悬浇变截面预应力砼连续箱梁桥的连续墩墩梁临时固结方式，可考虑采用永久支座先架空后落梁方式。

⑹连续墩墩梁临时固结应进行临时支座不脱空、临时固结构件承压两方面验算。