挂篮悬浇连续梁墩顶砂筒和精轧螺纹钢筋组合临时固结方案研究

2014-04-03成崇山

江苏科技信息 2014年10期

成崇山

（盐城市路桥建设工程有限公司，江苏盐城 224000）

1 工程背景

盐城市振兴路蟒蛇河大桥工程位于盐都区张庄镇，为规划振兴路上的一座桥梁，桥梁中心线与航道中心线交角约89°。主桥采用63+90+63m变高度预应力砼连续箱梁，桥梁全宽为28m。箱梁0#块节段长10m，中支点处箱梁高5.2m，跨中箱梁高2.4m，梁高按二次抛物线变化。两侧各有10个悬浇节段，节段长度为4×3.5m+4×4m+2×4.5m，悬浇梁段最大节段重量为143.5t。该桥7#～10#墩为挂篮悬浇连续箱梁，为抵抗悬臂施工期间不平衡荷载，在8#、9#主墩0#块底部采用砂筒和钢筋组合临时固结方案，以避免悬浇连续箱梁在合拢前倾覆。

2 方案设计

在墩顶和梁底之间、永久支座外侧，墩身施工时预埋16mm厚尺寸为715×35mm钢板，其上设置刚性支撑的砂筒，砂筒由上顶盖和下筒体两部分组成。在砂筒的外侧，沿墩身竖向主筋方向布置JL32精轧螺纹钢筋，每个墩身设48根，JL32精轧螺纹钢筋从墩身上预埋，穿过墩身箱梁梁体，最终在底板上张拉。JL32精轧螺纹钢筋强度为785MPa，截面积804.2mm2，破断力为631.3kN。砂筒和JL32精轧螺纹钢筋组合，共同组成临时固结体系，体系转换时先放松精轧螺纹，后解除刚性支撑，固结体系的建立和解除操作简单、施工方便、使用安全可靠。临时固结纵断面图、平面图、横断面图如图1所示。

3 构造设计

（1）JL32精轧螺纹钢筋的计算。①JL32精轧螺纹钢筋锚固长度计算：L=k×a×（f1/f2）×d 式中，L 为钢筋在砼中锚固长度，单位以cm计；k为安全系数，本工程k＝2，a为钢筋外形系数，光面钢筋取0.16，带肋钢筋取0.14，本工程a=0.14；f1为钢筋的抗拉设计强度，本工程JL32精轧螺纹钢筋强度为785MPa；f2为混凝土抗拉强度，本工程墩身C30砼，f2=1.75 MPa，0#块箱梁C55砼，f2=2.55 MPa，计算取f2=1.75 MPa；d为钢筋的公称直径，JL32 精轧螺纹钢筋，d=3.2cm。L=k×a×（f1/f2）×d=2×0.14×（785/1.75）×3.2=402cm，计算取435 cm。②JL32精轧螺纹钢筋下料长度计算：L下料=L1（底板厚度）+L2（下端锚固）+L3（支座+支座垫石）+L4（上端锚固）。根据设计文件，底板厚度为98cm，设计取L1=100cm；支座+支座垫石为40 cm；上端锚固L4取25 cm。所以，L下料=L1（底板厚度）+L2（下端锚固）+L3（支座+支座垫石）+L4（上端锚固）=600cm。

图1 临时固结纵断面图、平面图、横断面图

（2）桥墩临时固结受力计算分析。①荷载分布图（见图2）。取现浇至L10时计算，已浇筑块件体积差取±3%；悬浇进度差、施工荷载差、堆积材料差、风力影响等采用在浇悬臂端作用G1=250kN集中力（一般采用一个底板重加其他）取代进行近似计算，挂篮自重G2=32.5T。②墩顶垂直荷载和偏载力矩计算。作用在墩顶上所有垂直荷载 Q 计算：Q=Q0+Σ（Q1～Q10）×2+（G1+G2）×2=6399+（1435+1347+1266+1196+1292+1222+1147+1063+1144+1128）×2+（325+250）×2=89630kN。以永久性支座为支撑点，计算偏载所产生的力矩M：M=Σ（Qi×3%×ei）×2+（G1+G2）×e=（1435×3%×6.75+1347×3%×10.25+1266×3%×13.75+1196×3%×17.25+1292×3%×21+1222×3%×25+1147×3%×29+1063×3%×33+1144×3%×37.25+1128×3%×41.75）×2+（325+250）×44=41935.81kN·m。③精轧螺蚊拉应力验算。偏载端（即受压侧）压应力由条形砂筒支座承担，抵抗偏载端（即受拉侧）拉应力由精轧螺蚊钢筋承担。永久性支座脱空是不安全的，若脱空在体系转换时会引起梁的横向扭转，这种情况是绝不允许的。一般按盆式支座承受垂直力的80%考虑。P=Q/2×20%-M/e0=89630/2×20%-41935.81/2.7=-6568.78kNσ=P/（n×S）=-6568.78×103/（24×π×162）=-340.5MPa＜fpk（抗拉强度标准值）=785MPa。精轧螺蚊钢筋fpd（抗拉强度设计值）=650MPa，则安全系数K≈2。

图2 荷载计算简图（单位：t）

（3）砂筒的筒壁拉应力验算。砂筒上顶盖筒体外径为30cm，壁厚0.8cm，高度6cm，顶盖筒体内灌注C30砼；下筒体外径32.5cm，壁厚0.8cm，下口焊接1cm封底。因上顶盖筒体采用砼封灌，故只计算下筒体钢板的受力情况，下筒体内放置干燥的黄砂，以便于能快速卸载。单侧单个砂筒所承受的最大拉力（不考虑永久性支座）为：F=Σ（G块件+G1+G2）/20；F=（6399+1435+1347+1266+1196+1292+1222+1147+1063+1144+1128+325+250）/20=960.7kN；单个砂筒侧壁钢板所承受的最大拉力为：T=Fd1H/d02=960.7×309×100/3002=329.8kN；砂筒侧壁钢板所承受的最大拉应力为：σ=T/［（H+h）×2δ］（δ 为砂筒下筒体钢板的厚度=8mm）=329.8×103/［（100+90）×2×8］=108.5 MPa＜【σ】=140MPa说明方案中所设计的砂筒满足不考虑永久性支座承受荷载情况下的受力要求。

4 该固结法优缺点

在实际施工过程中，我们发现此法有如下的优缺点。优点：（1）对于梁体较重、设计考虑的偏载较大，该种固结法较为稳定；（2）砂筒作为墩梁固结的受压体系拆卸较为方便，加快了合拢时间；（3）砂筒可对称拆除，避免了没有对称拆除墩梁固结而产生偏载；（4）砂筒标高易控制准确；（5）对于专业施工挂篮的队伍，砂筒可作为周转材料准备，有利于节约工程成本。缺点：砂筒在梁体重量和施工荷载的作用下会有较小的沉降，造成砂筒受力不均匀。