客运专线大跨度预应力连续梁临时支座抗倾覆施工安全简算

于壮飞，钟右鹏

1.京沈铁路客运专线辽宁有限责任公司，辽宁沈阳 110006

2.中铁九局集团第七工程有限公司，辽宁沈阳 110006

1 工程概况

新建盘营客运专线绕阳河特大桥全长21199.89m，结构形式为双线客运专线。盘营客专线路在盘锦市盘山县胡家镇以80m+128m+80m连续梁跨越京沈高速公路。主梁采用预应力混凝土连续箱梁结构，计算跨度为80.6m+128m+80.6m，支座中心线至梁端0.85m，梁全长290.9m。截面采用单箱室、变高度、变截面直腹板形式。主跨为128m，主墩高度分别为16.5m和15.5m；两个边跨均为80m，边墩高度分别为20.5m和19m。该连续梁采用挂篮悬臂浇筑分20节段施工，为实现合拢时桥梁体系转换，确保连续梁施工安全，在连续梁主墩设计预应力钢绞线临时支座。

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为93178kN·m（此不平衡荷载考虑了中墩两侧梁体结构的不均匀性、施工不平衡荷载和风荷载影响，未考虑安全系数与单侧挂篮脱落地情况）和相应的竖向反力N=77193kN。在主墩墩顶设置4个临时支座，每侧2个，其尺寸为长×宽×高=350cm×50cm×60cm，支座采用C50混凝土。在墩帽施工时预埋钢绞线，单侧埋置10束9-7Φ5钢绞线。

本文将梁体视为质杆构件，运用静力平衡法，对梁体各节段在单侧挂篮脱落和设计考虑荷载组合作用为最不利因素进行抗倾覆检算；结合设计给出竖向反力对临时支座的竖向承压进行检算。

2 抗倾覆性检算

2.1 单端挂篮脱落弯矩计算

为保证梁体悬浇过程的安全性，在施工设计时考虑1-20#节段施工时单端挂篮脱落而增加的不平衡弯矩M1的影响，根据本桥挂篮设计图单端挂篮总重量为650kN。

由（1）得出1iM 计算结果见表1。

其中1iM 为i#块单端挂篮脱落产生不平衡弯矩；Fg为单端挂篮总重量；Li为i#块挂篮中心至中支点间距。

表1 各节段悬浇挂篮脱落不平衡弯矩M1计算表

2.2 自稳弯矩计算

在每一节段后，梁体自重会产生最大不平衡弯矩，计算临时支座结合梁体自重抵抗最大不平衡弯矩M2，图1为梁体自重产生弯矩示意图。

当NB=0时，且梁体为一平衡的临界状态时，M2值最大。

其中，A、B点为两侧临时支座中心，距中支点1.85m；1G为悬臂段梁体施工中的重力，重心距中支点Lm；G0为墩顶处梁体的重力为21044.9 kN；M2为梁体自重所抵抗的不平衡弯矩；NA、NB为临时支座反力。

图1 梁体自重所受弯矩示意图

由式（4）得具体计算结果见表2。

表2 各节段悬浇施工中弯矩M2计算表

2.3 钢绞线抵抗最大不平衡弯矩计算

如图所示，当NB=0时，且梁体为一平衡的临界状态时，普通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，钢绞线锚下控制应力：σ= 75%fpy=1395MPa

单根钢绞线截面积：A=3.14×0.00762=1.8137-4m2

单根钢绞线预拉力：F=σ×A=253.011kN

在悬臂浇筑过程中，预设钢绞线平衡梁体产生弯矩，图2为钢绞线抵抗弯矩计算简图。

图2 钢绞线抵抗弯矩M3计算简图

根据静力平衡得：

由NB=0得 NA=FA+FB=45541.98kN根据中支点静力距平衡得：：

由NB=0，FA=FB，由式（6）得：

M3=NA×1.85=84252.663kN·m综上可知，各节段悬浇施工中安全系数 K=（M2+M3）/（M设计+M1）

表3 各节段悬臂浇筑施工中安全系数计算值

计算结果见表3。根据设计文件要求，墩梁固结抗倾覆系数不小于1.3。由表3计算结果表明，本墩梁临时固结方案抗倾覆性除1#块不满足施工要求，其他节段均满足设计要求。由于一般情况下钢绞线锚下控制应力取80%fpy，本方案钢绞线锚下控制应力取75%fpy，1#块的安全系数为1.293657758能满足施工安全要求。

3 钢绞线锚固长度计算

预应力钢绞线的锚固长度为计算公式为：

式中：

La为受拉钢绞线的锚固长度；fpy为钢绞线的抗拉强度设计值，取1860MPa；

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1.71 MPa；d为钢绞线的公称直径，取0.0152m；a为钢筋的外形系数，本方案采用七股刚交线a=0.17。由式（7）得La=4.806m

设置锚具（r=93mm）后，利用锚具锚固钢绞线，并利用锚具取代钢绞线与混凝土之间的粘结力。

由式（8）得σ=12.42MPa＜210MPa

锚具采用标准构件屈服强度为210 MPa（Q235钢材），能够承受。

为防止锚具上方混凝土因局部受压过大产生破坏，设置10Φ螺旋筋。螺旋筋直径为120mm，间距为50mm，5空长度。

安装螺旋筋后，混凝土受压强度（按等效网片）计算：

根据计算结果在设置锚垫板和布置了相应的螺旋筋后，可以充分承受应力。因此，与锚固钢筋长度没有关系，根据现场情况预钢绞线与墩身伸入墩帽的普通钢筋冲突，而墩身纵向主筋为25Φ螺纹钢筋，且双筋并排，移动和弯折都很困难，所以对发生冲突的钢绞线适当调整，调整后锚固长度不小于0.3m。但考虑到安全，现场施工时保证锚固长度在2.5m～3m范围。钢绞线下端预埋在墩帽（身）中；上端是钢筋穿过临时支座和箱梁的底板、腹板和顶板，钢筋穿过底板、腹板、顶板和临时支座时，要用90Φ波纹管管将钢筋套作，用锚具锚固在箱梁的顶板和底板的横梁上面。

4 临时支座承压检算

C50混凝土设计抗压强度fc=23.1 MPa

单侧临时混凝土支座承压面积为3.5m2

单侧临时混凝土支座在竖向支反力作用下得压应力

式中，σ单为单侧临时混凝土支座在竖向支反力作用下得压应力；为设计竖向反力77193kN；A为单侧支座垫石面积3.5m2。

由（9） 得 σ单=22.055MPa

临时支座承压满足设计要求，为保证施工安全，在临时支座中配置钢筋骨架以提高混凝土临时支座的抗压性能，提高安全系数。

5 结论

1）盘营客专跨京沈高速公路连续梁临时支座设计方案考虑了设计给出最大不平衡弯矩荷载和一端挂篮脱落产生弯矩荷载，以两种荷载在悬臂浇筑过程中同时作用于连续梁一端为最不利荷载因素，通过弯矩叠加计算该连续梁临时支座加固方案安全系数，墩梁固结抗倾覆系数满足设计要求；

2）本文对预应力钢绞线的锚固长度进行了计算，检算了锚具取代钢绞线与混凝土之间的粘结力，锚具上方混凝土预埋螺旋筋后混凝土的受压强度；并考虑了单侧临时混凝土支座在竖向支反力作用下得压应力满足施工安全要求；

3）采用悬臂浇筑挂篮施工法连续梁，墩粱固结方案必须得到重视，设计时必须保证施工过程中最不利因素荷载作用下满足施工安全要求，才可以减少工程事故的发生。

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