悬臂浇筑桥梁计算分析

杨新刚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司天津分公司,天津市 300042)

悬臂浇筑桥梁计算分析

杨新刚

(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司天津分公司,天津市 300042)

悬臂浇筑法充分利用了预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩,提高了桥梁的跨越能力,在工程当中应用较多。结合工程实例对悬臂浇筑桥梁进行分析计算,有关经验可供相关专业人员参考。

悬臂浇筑;全预应力;变截面

0 引言

悬臂浇筑法是在已建成的桥墩上,沿桥梁跨径方向对称逐段施工的方法。它不仅在施工期间不影响桥下通航或行车,同时密切配合设计和施工的要求,充分利用了预应力混凝土承受负弯矩能力强的特点，将跨中正弯矩转移为支点负弯矩,提高了桥梁的跨越能力。本文结合工程实例分析悬臂浇筑桥梁计算问题。

悬臂浇筑特点:

(1)从桥墩处开始向两侧对称分节段悬臂施工,桥梁在施工过程中承受负弯矩,桥墩也要承担不平衡弯矩。

(2)非墩梁固结的预应力混凝土梁桥,采用悬臂施工时应采取措施,使墩、梁临时固结,因而在施工过程中应进行结构体系转换。对于带挂梁的T形刚构桥,主梁在施工中的受力状态与在运营荷载作用下的受力状态基本一致,结构的体系没有改变。

(3)可供悬臂施工法采用的机具设备较多,就挂篮而言,就有桁架式、斜拉式等多种形式,可根据实际情况合理选用。

(4)悬臂浇筑法施工简便,结构整体性好,施工中可不断调整标高,常用于跨径大于100m的桥梁。

(5)悬臂施工法可不用或少用支架,施工不影响通航或桥下交通,适合于跨越深水、山谷、海洋等处,并适用于变截面预应力混凝土桥。

1 工程概况

本工程桥梁跨径布置为45 m+70 m+45 m,为变截面预应力混凝土梁桥，采用全预应力混凝土构件设计方法。全桥共划分为39个节段,其中悬臂浇筑段34节,中跨合龙段1节,边跨合龙段2节,边跨现浇段2节。

结构断面采用大挑臂断面,为单箱三室。0#墩顶梁高4.2 m,跨中梁高2.0 m,边跨墩顶梁高2.0 m。

计算模型见图1。

图1 计算模型

2 计算参数

(1)计算行车速度:80 km/h;

(2)桥梁设计基准期:100 a;

(3)桥梁设计使用年限:100 a;

(4)车行荷载等级:公—Ⅰ级;

(5)桥面宽度:0.5 m(防撞护栏)+24 m(机动车道)+0.5 m(防撞护栏)=25 m;

(6)安全等级一级,重要性系数γo=1.1;

(7)耐久性设计:根据地勘报告,环境类别为Ⅱ类;

(8)抗震要求:抗震设防烈度为Ⅶ度,地震动峰值加速度0.1 g;抗震设防类别:B类;抗震设防措施等级:8级;抗震重要性系数:桥梁E1作用下取0.5,E2作用下取1.7。

3 结果分析

结果分析见图2～图6。

图2 承载能力极限组合下弯矩包络图(单位:kN·m)

图3 承载能力极限组合下剪力包络图(单位:kN)

图4 长期组合下上下缘最大最小正应力图(单位:MPa)

图5 短期组合下上下缘最大最小正应力图(单位:MPa)

图6 使用阶段短期组合下主拉应力图(单位:MPa)

全预应力混凝土构件正截面抗裂验算要求:分段浇注构件:荷载短期效应组合下σst-0.8σpc≤0。

斜截面抗裂要求:短期效应组合下主拉应力σtp≤0.4ftk=0.4×2.65=1.06 MPa。

经计算,模型结构抗裂验算满足规范规定。

图7 活载挠度(单位:m)

挠度计算采用荷载短期效应组合并考虑长期效应组合的影响,即按照荷载短期效应组合和规范规定的刚度计算的挠度值,乘以挠度长期增长系数(C50混凝土为1.425)。活载挠度17× 1.425=24.225 mm,小于L/600=117 mm,见图7。

经计算,结构抗裂验算满足规范规定。

4 施工措施

45 m+70 m+45 m悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁在施工过程中必须保证墩与梁固结,需要采取临时墩梁固结措施。

4.1 施工设备要求

(1)墩旁托架

设置在中墩墩身旁的由钢管和万能杆件组成的临时托架(或其它可行的支架),作为浇筑0#节段的支架。为防止箱梁在浇筑过程中由于托架变形而引起混凝土开裂,支架需采取预压、变形调节等措施,托架支撑点在纵桥向间距应尽可能地大。临时固结采用墩身外支架与预应力结合的固结体系,临时固结体系应安全可靠。

(2)挂篮

每只挂篮混凝土节段的浇筑长度为3.0 m、4.0 m,挂篮总重量(含挂篮自重、模板重量及其他辅助设备重量)设计控制值为850 kN,挂篮必须具有足够的强度、刚度和稳定性。

挂篮前、后支承中心点应与箱梁腹板对中,并直接传力至腹板(不得通过翼板传力)。

悬臂对称施工过程中,两侧挂篮前移的不平衡荷载不得超过一半节段重量;在拆除或后移挂篮时,也应严格掌握对称,平衡的原则。

(3)边跨现浇段临时支架

边跨现浇段需设置临时支架浇筑。支架必须有足够大刚度,且必须采取预压措施以消除支架节点变形,边墩现浇段及其支承支架应适应由于温差而产生的主梁滑移的要求，以防止现浇混凝土开裂，支架在近合龙段处应备有千斤顶以备调节标高之用。

(4)合龙用吊平台

中跨、边跨合龙段用吊平台,要求轻便、牢靠、安全,满足合龙段施工技术要求和工艺与构造要求。

4.2 施工顺序

(1)施工合龙顺序

45 m+70 m+45 m预应力混凝土连续梁采用悬臂浇筑法施工,先在托架上浇筑0#段,再利用挂篮依次悬臂浇筑1#至8#节段,支架现浇边跨合龙段,然后进行边跨合龙,解除临时固结,最后完成中跨合龙,见图8。

图8 施工概略流程图

(2)预应力钢束张拉顺序

预应力张拉次序仍按照横向与纵向预应力钢束结合交错进行张拉,预应力张拉按先长束后短束、左右平衡对称张拉的原则进行。

4.3 施工要点

4.3.1 0#段施工

由于墩顶0#段结构重要,受力复杂,又有墩顶横梁,且纵向、横向预应力管道较为密集,为确保墩顶段施工的质量,预应力管道及钢筋密集处混凝土必须振捣密实。0#段浇筑时要严格控制浇筑的左右对称性。

4.3.2 临时固结

(1)临时固结是悬臂施工的重要环节,临时固结位置的横隔板构造钢筋图也可以根据临时固结的方案相应地细化和调整

(2)临时支点墩在主墩施工完、连续梁施工前进行施工,其钢筋应在承台施工时予以预埋。

(3)临时固结采用墩身外支架与预应力结合的固结体系,支架除满足受力的需要强度、刚度外,还要保证在风荷载作用下的稳定。

(4)计算临时固结时需要考虑±2.5%的已浇筑梁段的胀(缩)模系数,半个节段的不平衡荷载,挂篮前移差一个节段的不平衡荷载,10 a一遇的风速及合龙过程中产生的不平衡力等各种工况及其组合。

(5)临时固结预应力及支架的拆除时间应根据施工顺序及合龙要求协调进行。

4.3.3 悬臂浇筑段施工

在墩顶段混凝土浇筑后张拉0#节段横梁预应力束、纵向预应力束,并进行墩梁临时固结,然后在0#段上对称于桥墩拼装挂篮,利用挂篮逐段悬臂浇筑各节段混凝土。各节段浇筑时,箱梁的标高采用施工控制标高值。

4.3.4 中跨合龙段施工

(1)中孔合龙段可采用吊支架浇筑,在中跨悬浇的最后节段纵向悬臂钢束张拉完毕后,挂篮后移2 m左右,即可安装吊支架。

(2)合龙段混凝土应采用早强微膨胀混凝土,通过试验掺入适量的微膨胀剂。

4.3.5 边跨现浇段、合龙段施工

(1)边墩现浇段及其支承支架应适应由于温差而产生的主梁滑移的要求。

(2)边跨连续钢束分两批张拉,合龙段混凝土龄期大于3 d、强度达到85%时及时张拉部分预应力钢束，其余钢束在合龙段混凝土龄期大于7 d,强度达到90%后张拉。

(3)在悬臂梁端和边跨现浇段之间进行边跨合龙时要求将原挂篮控制总重由850 kN减为250 kN,合龙技术要求同中跨合龙段。

4.4 施工控制

(1)施工控制的目的

连续梁施工为对称逐段悬臂浇筑施工,先依次浇筑1#至8#节段,然后边跨合龙,解除临时固结,最后中跨合龙,形成连续体系,完成结构体系的转变。

(2)施工控制原则

在主桥边跨、中跨合龙前(含合龙)施工控制实行以标高(线型)和应力双控,以标高(线型)为主的控制方法。

4.5 施工量测

(1)施工控制和量测的项目及内容

主梁变形及应力量测:主梁变形测点布置原则在每一节段、每跨跨中等各处。

主梁截面应力及测点布置位置:0#节段、4#节段,每跨跨中节段。要包括混凝土箱梁的上缘、下缘和大气环境温度测定等。

测点布置(测顺桥向应力):箱梁上、下缘,横向间距1.0 m左右。

(2)控制设计指令与施工实测值误差要求

施工控制以标高为主。设计指令要求标高和变形误差为±5 mm。

施工控制是保证连续梁顺利施工、结构安全、线形符合要求的重要专题。应根据设计提出的原则要求,作进一步的细化和补充,提出具体实施细则,指导连续梁施工。

5 结论

(1)本文通过对工程实例悬臂浇筑方法的计算分析,得出了可用于实际施工的悬臂浇筑方案,对工程有一定的指导意义。

(2)悬臂浇筑桥梁作为一种多节段分段浇筑结构,采用全预应力构件方法设计是恰当的,对于工程的安全有利。

(3)悬臂浇筑桥梁在施工中需要加强对标高(线型)和应力的控制。

U442

B

1009-7716(2015)03-0049-03

2014-11-05

杨新刚(1984-),男,河北石家庄人,工程师,从事桥梁设计工作。