懸澆連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)體系設(shè)計(jì)與施工技術(shù)

懸澆連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)體系設(shè)計(jì)與施工技術(shù)摘要：以廣珠城際軌道交通工程順德水道特大橋(44.85+2x75+44.85)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁臨時(shí)固結(jié)體系施工為例，主要對鋼管混凝土臨時(shí)固結(jié)體系的設(shè)計(jì)與施工進(jìn)行闡述，供類似施工參考借鑒。關(guān)鍵詞：連續(xù)箱梁；臨時(shí)固結(jié)體系；機(jī)理；鋼管混凝土；設(shè)計(jì)驗(yàn)算；施工要點(diǎn)八、、Abstract:theguangzhou-zhuhairailtrafficengineeringshundewaterwaybigbridge(44.85+2x75+44.85)mprestressedconcretecontinuousbeamtemporaryrigidfixitysystemconstruction,forexample,mainlytotheconcretefilledsteeltubetemporaryrigidfixitysystempaperexpoundsthedesignandconstructionof,forsimilarconstructionforreference.Keywords:continuousbox;Temporaryrigidfixitysystem;Mechanism;Steeltubeconcrete;Checkingthedesign;Keypointsofconstruction1工程概況廣珠城際軌道交通工程順德水道特大橋，位于佛山市順德區(qū)，橫跨順德水道（III級航道）。其中，順德水道特大橋主橋（62#?66#墩）為（44.85+2x75+44.85）m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁，下部構(gòu)造為低樁承臺(tái)、薄壁實(shí)心墩。連續(xù)箱梁截面采用單箱單室、變高度、變截面斜腹板型式。全橋箱梁頂寬11.6m，中支點(diǎn)處箱梁底寬5.6m，邊支點(diǎn)處箱梁底寬6.628m。箱梁中支點(diǎn)處梁高5.0m，端支座處及邊跨直線段和跨中處梁高為3.20m；梁高按圓曲線變化，圓曲線半徑R=331.525m；頂板厚34cm，腹板厚分別為40cm、70cm，底板厚度由跨中的36cm按圓曲線變化至中支點(diǎn)梁根部的80cm，中支點(diǎn)處加厚到130cm。中支點(diǎn)處設(shè)置厚2.0m的橫隔梁，邊支點(diǎn)處設(shè)置厚1.2m的端隔梁，跨中合攏段設(shè)置厚0.6m的中橫隔梁。主橋0#塊梁段長度為13m，邊跨現(xiàn)澆段及合攏段長度為8.35m，最大懸臂澆筑塊重1219.4KN。連續(xù)梁設(shè)計(jì)采用掛籃懸澆施工方案。為確保懸臂澆筑T構(gòu)抗傾覆穩(wěn)定性，墩梁需要臨時(shí)固結(jié)。2臨時(shí)固結(jié)體系機(jī)理及方案必選2.1臨時(shí)固結(jié)體系機(jī)理在連續(xù)梁懸臂施工時(shí)，墩頂箱梁理論上完全對稱澆筑，并且不會(huì)產(chǎn)生極端不平衡條件，但在實(shí)際施工中，由于風(fēng)荷載、梁體自重不均勻（如脹模等）、混凝土澆注不同步、施工機(jī)具(如掛藍(lán)、吊具等)不同步等原因引起的不平衡彎矩，可能導(dǎo)致梁體的傾覆。為克服此不平衡彎矩，確保梁體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定、安全，需對墩、梁間實(shí)施臨時(shí)固結(jié)。2.2臨時(shí)固結(jié)體系方案必選墩梁臨時(shí)固結(jié)體系主要分體內(nèi)和體外固結(jié)體系兩種型式。體內(nèi)固結(jié)體系通常采用墩頂預(yù)埋鋼筋和混凝土組成的墩梁臨時(shí)固結(jié)體系；體外固結(jié)體系主要采用鋼管混凝土柱與柱內(nèi)預(yù)埋鋼筋組成墩梁固結(jié)體系。針對本項(xiàng)目，連續(xù)梁梁體較重、懸臂較長，橫跨III級航道(不斷航)，上橋的機(jī)具較多，混凝土每節(jié)段澆筑方量較大都增加了不平衡彎矩產(chǎn)生的因素。為了盡量增大固結(jié)力臂，從而增加臨時(shí)固結(jié)體系抵抗不平衡彎矩的能力，因此采用鋼管混凝土柱與柱內(nèi)預(yù)埋鋼筋為主和墩頂預(yù)埋預(yù)應(yīng)力鋼筋組成體內(nèi)、體外聯(lián)合固結(jié)體系。本設(shè)計(jì)主要考慮體外固結(jié)體系受力，體內(nèi)固結(jié)體系只做為輔助固結(jié)作用。故本文只對體外固結(jié)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算。3臨時(shí)固結(jié)體系設(shè)計(jì)3.1臨時(shí)固結(jié)體系的設(shè)定(1)本方案視為永久支座不受力，最大豎向支反力由一側(cè)的臨時(shí)固結(jié)體系承受，不考慮永久支座參與工作，忽略其受力荷載。(2)本方案按極端不利工況設(shè)計(jì)計(jì)算的，懸澆箱梁的最大不平衡彎矩是由一側(cè)掛籃傾覆及由此引起的一個(gè)節(jié)段的砼全部墜落所產(chǎn)生，其他因素忽略不計(jì)。此最大不平衡彎矩引起的拉力由一側(cè)的臨時(shí)固結(jié)體系中預(yù)埋鋼筋承受。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙所提供的數(shù)據(jù)及掛籃自重，最不利工況為掛籃及最后階段墜落，所引起的最大不平衡彎矩為50000KN-m和最大豎向支反力為35769.4KN，并以此計(jì)算數(shù)據(jù)進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)體系設(shè)計(jì)驗(yàn)算。3.2臨時(shí)固結(jié)體系設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用體外為主、體內(nèi)為輔的聯(lián)合臨時(shí)固結(jié)體系。體外臨時(shí)固結(jié)體系采用直徑中1000mm、壁厚S=10mm的Q235鋼管混凝土柱與柱內(nèi)預(yù)埋032型精軋螺紋鋼組成。根據(jù)墩身與箱梁結(jié)構(gòu)尺寸及相對位置，鋼管混凝土柱下端置于承臺(tái)上，上端支撐于箱梁底的腹板處。每個(gè)O#塊合計(jì)布置4根鋼管混凝土柱，每側(cè)兩根，形心距離為6.0m。鋼管混凝土柱設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C55，與梁體同標(biāo)號(hào)。在每個(gè)鋼管混凝土柱內(nèi)預(yù)埋20根032型精軋螺紋鋼與箱梁底板相連，以保證抵抗傾覆的錨固力。鋼管混凝土柱結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。體內(nèi)臨時(shí)固結(jié)體系采用沿墩頂橫橋向距墩頂邊緣50cm埋設(shè)一排間距為30cm①32型精軋螺紋鋼。待邊跨合攏完成后，解除主墩臨時(shí)固結(jié)措施，然后合攏中跨。3.3臨時(shí)固結(jié)體系內(nèi)力計(jì)算根據(jù)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)及本方案假定，懸澆連續(xù)箱梁可能傾覆的最大豎向支反力為N=35769.4KN和最大不平衡彎矩為M=50000KN-m，鋼管混凝土支墩支反力示意圖如圖2所示，假定豎向反力R1、R2。則有以下公式：經(jīng)計(jì)算所得:R1=-8333.3KN、R2=35769.4KN，主墩兩側(cè)臨時(shí)支墩各有兩根鋼管混凝土支撐，其單肢柱受力為F1=4166.65KN，F(xiàn)2=17884.7KN。3.4臨時(shí)固結(jié)體系驗(yàn)算3.4.1鋼管混凝土柱承載力驗(yàn)算鋼管混凝土承載力按下列公式進(jìn)行驗(yàn)算：式中：一鋼管混凝土單肢柱承載力設(shè)計(jì)值；一鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力設(shè)計(jì)值；一鋼管混凝土的套箍指標(biāo)，按公式計(jì)算；一按柱等效計(jì)算長度的長細(xì)比，由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017-2003)b類圓管截面構(gòu)件所確定的穩(wěn)定系數(shù)；—長細(xì)比影響折減系數(shù)，當(dāng)，，當(dāng)時(shí)，；—偏心影響折減系數(shù)，本工程設(shè)計(jì)按無偏心考慮，故取值為1；-柱的等效計(jì)算長度；—鋼管外徑；—鋼管的抗拉或抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值為215MPa；—混凝土的抗壓強(qiáng)度，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》取25.3MPa；—鋼管內(nèi)混凝土的橫截面面積；—鋼管的橫截面面積。本工程鋼管為=100cm，=18m，壁厚8=1cm。一個(gè)鋼管混凝土支墩混凝土承壓面積=3.1415*0.492=7542.7cm2，鋼管的橫截面面積=3.1415*(0.502-0.492)=311cm2，則套箍指標(biāo)：鋼管混凝土軸心受壓短柱承載力設(shè)計(jì)值:因，故。鋼管混凝土柱等效計(jì)算長度的長細(xì)比=72，由《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50017—2003)b類圓管截面構(gòu)件所確定的穩(wěn)定系數(shù)，查表可得=0.739，則:鋼管混凝土單肢柱承載力設(shè)計(jì)值為：>N=17884.7KN，由此計(jì)算結(jié)果可知，中1000mm、壁厚S=10mm的Q235鋼管混凝土柱能滿足承載力要求。3.4.2鋼管混凝土柱頂柱梁接觸面局部承壓驗(yàn)算式中：一鋼管混凝土在局部受壓下的承載力設(shè)計(jì)值；一局部受壓面積；一鋼管混凝土的局部受壓強(qiáng)度提高系數(shù)，當(dāng)時(shí)，??；本工程柱頂混凝土墊塊尺寸為68cmx68cmx5cm，^U=68x68=4624cm2。>N=17884.7KN，滿足要求，因此柱頂可不設(shè)加強(qiáng)箍筋。3.4.3鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性驗(yàn)算鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性按下式計(jì)算：(設(shè)計(jì)提供值)，故鋼管混凝土柱軸心受壓穩(wěn)定性滿足要求。3.4.3鋼管混凝土柱柱腳受力計(jì)算承臺(tái)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為 C30。設(shè)柱腳底板采用120x120x3cm，則A=1.2x1.2=1.44m2。柱腳內(nèi)力N=F2+G柱=17884.7+(18x7542.7x10-4x24+18x311x10-4x78.5)=18254.5KN。臨時(shí)支墩與承臺(tái)之間所受最大壓應(yīng)力為：故滿足要求。柱腳底板近似按懸臂板進(jìn)行計(jì)算，其懸臂長度50mm。，故柱腳底板厚度取。為了提高安全系數(shù)，在基礎(chǔ)頂層設(shè)置三層鋼筋網(wǎng)片，并在其頂面預(yù)埋130x130x2cm的鋼板及相應(yīng)數(shù)量的錨栓，與柱腳底板連接牢固。3.4.4鋼管混凝土柱抗傾覆驗(yàn)算最不利工況假設(shè)：當(dāng)最大傾覆力矩發(fā)生時(shí)其受壓側(cè)鋼管混凝土柱承受最大壓力，另一側(cè)鋼管混凝土柱承受最大拉力，此拉應(yīng)力主要通過預(yù)埋在鋼管混凝土柱中的40根032精軋螺紋鋼（根據(jù)設(shè)計(jì)可知）克服，其值設(shè)為P，則有：安全系數(shù):，可見，抗傾覆穩(wěn)定性滿足要求。3.4.5預(yù)埋精軋螺紋鋼錨固長度計(jì)算預(yù)埋精軋螺紋鋼錨固長度按下式計(jì)算式中：一鋼筋計(jì)算錨固長度；—鋼筋基本錨固長度；一鋼筋外形系數(shù)，按《規(guī)范》取0.14；一鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度；一混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度;一鋼筋公稱直徑，取3.2cm；F—實(shí)際拉拔力；d一鋼筋直徑（采用032螺紋鋼）；一粘結(jié)強(qiáng)度，查《規(guī)范》，本式中取2.07MPa。根據(jù)《規(guī)范》要求，當(dāng)帶肋鋼筋的直徑大于25mm時(shí)，錨固長度應(yīng)乘以修正系數(shù)1.1。精軋螺紋鋼筋=675MPa（設(shè)計(jì)提供），C55混凝土=3.3MPa（查表），則：因錨固處底板厚度為80cm，有效錨固長度取75cm，小于基本錨固長度及計(jì)算錨固長度，故采用預(yù)埋精軋螺紋鋼筋端頭加8cmx8cmx2.6cm墊片結(jié)構(gòu)或增加錨固鋼筋數(shù)量來增加錨固力。有效錨固長度取75cm，所產(chǎn)生的錨固力：考慮1.5倍安全系數(shù)，每根精軋螺紋鋼筋所需錨固力為:F=F單x1.5=8333.3/40x1.5=312.56KN。為滿足平衡要求錨固力Fm=312.5-156.1=156.4KN。按采用預(yù)埋精軋螺紋鋼筋端頭加8cmx8cmx2.6cm墊片結(jié)構(gòu)增加錨固力進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)C55混凝土允許應(yīng)力，墊片可承受的最大力為Pd=37x0.08x0.08x1000=236.8KN>Fm=156.4KN，因此在加8cmx8cmx2.6cm墊片的情況下，精軋螺紋鋼錨固深度L>75cm即可滿足要求。根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，精軋螺紋鋼筋在鋼管混凝土中加墊片錨固深度取L=120cm，在箱梁底板處取75cm。4臨時(shí)固結(jié)體系轉(zhuǎn)換施工合攏前首先將鋼管混凝土柱頂部30cm厚（即梁底面一下30cm）混凝土鑿除，此時(shí)梁體垂直受力從鋼管混凝土柱轉(zhuǎn)移到支座上，不平衡彎矩由精軋螺紋鋼抵抗，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。用勁型骨架將合攏段兩側(cè)懸臂結(jié)構(gòu)進(jìn)行鎖定，同時(shí)割斷臨時(shí)支墩精軋螺紋鋼筋，此工作不要過早或過遲。經(jīng)中跨合攏段混凝土澆筑，完成體系轉(zhuǎn)換。5臨時(shí)固結(jié)體系施工要點(diǎn)（1） 在懸臂澆筑時(shí)應(yīng)盡量平衡澆筑，移動(dòng)掛籃以及材料堆放也應(yīng)注意避免不平衡荷載的產(chǎn)生。不平衡澆筑荷載不應(yīng)超過10m3混凝土的重量。（2） 鋼管混凝土柱的接長必須順直、上下同心、搭接或拼裝板厚度、焊縫均要滿足鋼管截面強(qiáng)度要求。接縫處增加加強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。（3） 鋼管混凝土柱及預(yù)埋精軋螺紋鋼定位準(zhǔn)確，嚴(yán)格按照施工設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行布設(shè)。（4） 鋼管混凝土柱長細(xì)比較大，應(yīng)設(shè)置支撐間的聯(lián)系桿件以保證穩(wěn)定性。（5） 鋼管混凝土柱下法蘭盤焊接必須保證焊縫質(zhì)量。（6） 加強(qiáng)鋼管混凝土施工質(zhì)量控制。（7） 精軋螺紋鋼筋錨栓在鋼管混凝土柱內(nèi)錨入不小于1.2m，在梁內(nèi)錨固長度不小于0.75cm，且錨下安放螺旋鋼筋。（8） 精軋螺紋鋼筋錨栓上下必須同軸、安裝牢固，螺母必須擰過端頭，且外露長度大于3.5cm，杜絕使用銹蝕的鋼筋。（9） 箱梁底板及承臺(tái)頂面與鋼管混凝土支撐柱接觸部位必須做成楔形塊，使其垂直、均勻受力。（10） 由于本工程位于河道中，故要增設(shè)防撞措施，避免船只及其他漂浮物撞擊鋼管混凝土柱。（11） 在兩側(cè)邊跨合攏后及中跨合攏前，應(yīng)解除臨時(shí)固結(jié)體系。6臨時(shí)固結(jié)體系問題應(yīng)對措施（1）本方案視為永久支座不受力，不考慮永久支座參與工作，忽略其受力荷載。在實(shí)際中支座不可能不受力，其受力有利于減輕鋼管混凝土柱的壓應(yīng)力。（2）本方案按極端不利工況設(shè)計(jì)計(jì)算的，懸澆箱梁的最大不平衡彎矩是由一側(cè)掛籃傾覆及由此引起的一個(gè)節(jié)段的砼全部墜落所產(chǎn)生。制定好安全應(yīng)對措施，防止此類安全隱患發(fā)生，避免此傾覆彎矩所產(chǎn)生。（3）永久支座必須臨時(shí)鎖定，待體系轉(zhuǎn)換后方可解除。永久支座在出廠時(shí)上下座板間安裝了臨時(shí)連接拉板，在現(xiàn)場安裝前必須保持完好。若發(fā)現(xiàn)損壞應(yīng)加固后再安裝。這個(gè)臨時(shí)鎖定拉板需要在全部懸澆連續(xù)梁合攏段勁型骨架鎖定同時(shí)拆除，不得提前或過遲拆除。臨時(shí)固結(jié)支撐的位置盡量靠近橋墩位置。離橋墩距離越近，對于各施工階段梁體擾度影響越小，反之則可能對撓度產(chǎn)生較大影響，分析應(yīng)該予以考慮，以保證施工監(jiān)控時(shí)立模標(biāo)高的準(zhǔn)確。除設(shè)計(jì)文件提供的傾覆參數(shù)外，根據(jù)橋梁所處的特殊線形條件，還應(yīng)考慮曲線向心傾覆彎矩(若設(shè)計(jì)存在的話)。當(dāng)懸澆連續(xù)梁有較大坡度時(shí)，應(yīng)根據(jù)施工線形控制情況，確定坡度縱移傾覆彎矩。當(dāng)懸澆連續(xù)梁存在較大的不對稱鋸齒塊時(shí)，應(yīng)計(jì)算偏載傾覆彎矩。