大跨径悬浇梁临时锚固设计

吴新强

(合肥市市政设计研究总院有限公司，安徽 合肥 230041)

0 引 言

大跨径变截面连续梁为墩梁分离的铰接体系，主梁一般采用挂篮悬浇施工，由于施工过程的不完全同步，会在墩顶产生不平衡力矩，故需采取墩梁临时锚固措施来抵抗这些不平衡力矩。

目前常用的临时锚固措施有以下两种：

(1)在墩顶永久支座两侧设置临时支座，并在临时支座内预埋锚固钢筋或预应力筋。

(2)在承台上设置临时支墩，通过临时支墩的预应力筋形成承台与梁底之间的锚固，临时支墩通常采用钢管混凝土柱或钢筋混凝土柱[1]。也有采用上述两座方法相结合的锚固方式，相对较麻烦，采用较少。

无论采用哪种锚固方式，临时锚固既要求能在永久支座不承受压力情况下承受梁体压力和施工过程中的不平衡弯矩，又要求在承受荷载情况下容易拆除[2]。本文结合某工程案例，以第(1)设置方式来探讨临时锚固的设计及计算。

1 工程概况

某跨河大桥主桥采用(50+90+50)m三跨变截面预应力混凝土连续梁桥，主梁采用单向双室直腹板箱形截面，顶宽23 m，底宽15 m，根部梁高5.2 m，跨中梁高2.4 m。箱梁梁高及底板厚度均按二次抛物线变化。主梁共划分59个梁段，0号梁段为墩顶现浇段，长5 m，14号梁段为合拢段，15号梁段为边跨现浇段。1号～13号梁段为挂篮悬浇段，从根部到跨中梁段数及梁段长分别为2.5 m、6×3.0 m、6×3.5 m。主桥结构及梁段划分如图1所示。

图1 主桥及梁段示意图

本桥临时锚固措施为在主墩施工前，在墩身上部预埋精轧螺纹钢，在墩顶浇筑临时支座。临时支座总高度60 cm，分三层浇筑：25 cm厚C50混凝土+10 cm厚C50硫黄砂浆+25 cm厚C50混凝土，在硫黄砂浆内预埋电阻丝。临时支座上下与梁体及墩顶接触面设置油毛毡或隔离剂，以便后期临时支座的拆除。在主梁合拢后，利用电阻丝通电使硫黄砂浆融化，再使用切割机和风镐等将临时锚固系统拆除，完成体系转换。

2 临时锚固设计

2.1 假定

临时锚固设计遵循以下假定：

(1)在挂篮悬浇过程中，永久支座不参与受力，各梁段自重及施工荷载全部由永久支座两侧的临时支座来承担。

(2)临时支座仅考虑受压，不受拉。

(3)精轧螺纹钢仅考虑受拉，不受压，即不考虑精轧螺纹钢对混凝土受压的贡献。

2.2 不平衡荷载计算

(1)梁体自重不均匀(如胀模或缩模)引起的不平衡力矩。假定一侧梁体比另一侧梁体重3%，则不平衡荷载G1=783.3 kN，不平衡力矩M1=14 541.6 kN·m。

(2)两侧挂篮前移不同步所产生的不平衡力矩。最不利情况为一侧挂篮前移一个节段，另一侧挂篮没有前移。

根据规范[2]，挂篮重与梁段混凝土重之比值宜为0.3～0.5。本工程取G2=800 kN。则不平衡力矩M2=800 ×44-800×40.5=2 800 kN·m。

(3)最大悬臂端两节段混凝土浇筑不同步所引起的不平衡力矩。按相差半个节段的重量估算。

则不平衡力矩M3=1 494.1×42.25-1 494.1/2×42.25=31 562.9 kN·m。

(4)风载：最大悬臂时一端承受向上最大风载，另一端承受向下最大风载。查相关规范工程所在地100年一遇最大风压为0.4 MPa。

则不平衡力矩M4=2×0.4×23×44×44/2=17 811.2 kN·m。

(5)施工机具、材料等最大不平衡荷载按300 kN计，考虑距悬臂端1/3位置加载。G5=300 kN。

则不平衡力矩M5=300×44×2/3=8 800 kN·m。

则临时支座所承受的竖向荷载：

N=52 217.6+G1+2G2+G5=54 900.9 kN。

各种不平衡荷载产生的最大不平衡力矩：

M=M1+M2+M3+M4+M5=75 515.7 kN·m。

2.3 临时支座及临时锚固验算

本桥采用双柱墩，截面尺寸为3.5×3 m，每个桥墩顶面设置两个条形临时支座，长3.5 m，宽0.5 m，高0.6 m，每个临时支座内设置双排D32 mm精轧螺纹钢。

根据临时锚固受力简图(图2)：

图2 临时锚固构造及受力简图

RA+RB=N

RAL+M=RBL

式中:L为临时支座距离墩中心距离,L=1.25 m。

求解方程得：RA=-2 755.8 kN，RB=57 656.7kN。

RA为负值表示T构发生最大倾覆荷载时临时支座承受拉力。故采用RB进行临时支座受压计算，采用RA进行临时锚固钢筋抗拉计算。

取抗倾覆稳定系数K=1.3。

(1)临时支座混凝土抗压强度计算。

σ=RB/2A=57 656.7/2/3.5/0.5

=16.5 MPa

故临时支座混凝土抗压满足要求。

(2)临时锚固钢筋抗拉强度计算。本工程锚固钢筋采用D32 mm精轧螺纹钢，抗拉强度设计值fpd=770 MPa，单根钢筋承受拉力设计值F=619.2 kN，考虑1.3的安全系数，则承担RA=-2 755.8 kN所需钢筋根数：1.3×2 755.8/619.2=6根，设计单侧锚固钢筋为20根，满足要求。

本工程精轧螺纹钢未进行张拉，利用其与混凝土的黏结力抵抗不平衡荷载，故钢筋锚固长度应满足相关规范关于充分利用钢筋强度时的最小锚固长度要求。

3 施工单位对临时锚固的考虑

设计单位在进行临时锚固设计时并未考虑挂篮及最后节段意外坠落的极端情况。而施工单位承担着悬臂浇筑连续梁的安全责任，故施工方案往往按最不利工况考虑倾覆荷载，即挂篮和最后节段意外坠落后的偏载弯矩构成T构的最大倾覆荷载。此时竖向荷载N=53 717.5 kN，不平衡弯矩M=94 813.23 kN·m。按上述公式算得：RA=-11 066.5 kN，RB=64 784 kN。该值大于设计单位给出的最不利值。

挂篮坠落的情况在施工中是不允许出现的，所以挂篮设计、制造及使用过程中必须安全可靠，加强锚固。设计单位在设计临时锚固构造时应预留一定安全储备。

4 结论及建议

本文通过一工程案例介绍了精轧螺纹钢临时锚固措施，并考虑施工过程中可能出现的不平衡荷载类型对临时锚固进行设计，验算了临时支座及临时锚固强度。结合施工单位对临时锚固的考虑，对临时锚固设计提出以下结论和建议：

(1)临时支座设置在永久支座纵向的两侧，条件允许时应尽量靠近外侧，以增加力臂[3]。

(2)设计单位在进行临时锚固设计时，可对施工单位担心的挂篮坠落的极端情况进行复核，并预留一定安全储备。

(3)本桥在悬臂浇筑过程中，永久支座会受一定的竖向荷载，而在计算过程中未考虑其受力，故有利于减少临时支座的受力。

(4)施工过程中应加强施工监控，控制施工不平衡荷载在设计容许范围内，避免挂篮坠落等极端情况出现。

(5)采用精轧螺纹钢进行临时锚固，可利用螺纹钢筋与混凝土粘结力，省去张拉工序。