連續梁懸臂施工臨時固結的受力分析

周運志 （中鐵上海工程局集團有限公司，安徽 合肥 230000）

在連續梁懸臂施工時，梁體對稱分段澆筑，由于橋梁平面軸線為曲線產生不平衡彎矩或施工中可能因掛籃模板故障產生不平衡荷載而傾覆，此時橋梁的設計結構體系未成型，永久支座不能滿足結構受力穩定性要求，為確保此施工階段梁體穩定，采取在連續梁墩頂或墩身外部設置臨時支座為梁體提供支撐、錨固作用力，以抵消梁體在施工時的不平衡荷載。關于連續梁懸臂施工臨時固結的受力分析計算方面的論文資料較多，但在實際計算時仍然存在計算結果分析不明確，固結結構安全系數過小或過大的問題。筆者從力矩平衡的角度，對連續梁懸臂施工臨時固結的受力進行分析，以總結類似工程經驗。

1 計算模型

連續梁施工臨時固結支座在墩頂或墩身外部設置，結構受力計算的方法相同，本文連續梁結構模型中臨時固結支座設在墩頂，相關幾何、力學參數見圖1。

①假設連續梁分多個節段，其節段編號為0#、1#、2#～n#和 1′#、2′#～n′#，且節段編號 1#與 1′#、2#與 2′#、n#與n′#均結構對稱。

②縱橋向時臨時固結支座中心到墩中線距離均為X,橫橋向時臨時固結支座中心到墩中線距離均為Y。

③0#、1#～n#和 1′#～n′#等各節段重心至墩中線距離為 L0～Ln，0#塊節段重量為 2N0，其他節段重量為N1～Nn。Nc為連續梁施工時不利工況下的不平衡荷載。掛籃及模板體系總重量為Ng。

④臨時固結支座為梁體提供的支反力為R1、R2。

⑤當連續梁平面軸線為曲線時，曲線外側荷載為NW1,對應的重心至臨時固結支座的中線距離為LW1,曲線內側荷載為NW2,對應的重心至臨時固結支座的中線距離為LW2。

⑥本文中計量單位除特別標注外，長度單位均為m，各種荷載單位均為kN。

2 工況分析

2.1 不考慮梁平面軸線為曲線

在不單獨考慮橋梁平面軸線為曲線時產生的不平衡荷載情況下，連續梁懸臂施工時，可能產生較不利工況如下。

工況一：對稱節段混凝土同時澆筑但速度不同步，一端澆筑慢，另一端澆筑快產生的不平衡荷載，此時 Nc＜Nn。

圖1 連續梁模型示意圖

工況二：對稱節段混凝土同時澆筑，待澆筑完混凝土時，一端掛籃與澆筑的節段混凝土全部墜落，另一端混凝土及掛籃產生的不平衡荷載，此時Nc=Nn+Ng。

工況三：一端掛籃未動，另一端掛籃提前移動就位完成產生的不平衡荷載，此時Nc=Ng。

在以上幾種較不利工況中，工況二為最不利工況，因此只要工況二時臨時支座固結滿足結構要求，其他工況均穩定安全。

2.2 考慮梁平面軸線為曲線

在單獨考慮橋梁平面軸線為曲線時產生的不平衡荷載情況下，連續梁橫橋向會產生不平衡彎矩，此時由于曲線半徑較大，連續梁的縱軸線近似于直線，彎曲產生的彎矩相對較小可以不考慮，具體可通過計算判斷。

3 基本原理

3.1 不考慮梁平面軸線為曲線

由以上相關分析結果可知，最不利工況為“工況二”。假設臨時支座為平衡梁體不平衡力矩提供拉力R1（方向向下），按簡支梁受力計算，對工況二計算如下。

3.1.1 根據力矩平衡

計算公式簡化后，支反力R1（+值拉力，-值壓力）結果為：

從支反力R1的計算公式中可知，在荷載不變的情況下，臨時支座的間距X加大有利于R1拉力減小，施工時不宜產生傾覆，受拉鋼筋的數量較少。

3.1.2 根據受力平衡

假設臨時支座為平衡梁體施工最不利荷載而提供支反力R2（方向向上），則

3.2 考慮梁平面軸線為曲線

考慮橋梁平面軸線為曲線時產生的不平衡荷載情況下，通過計算NW1×LW1數值與NW2×LW2數值并進行比較，具體的計算方法與上面的“（1）”中工況二計算相關內容方法相同，不再贅述。

4 臨時固結支座配筋及尺寸計算

4.1 臨時固結支座抗拉鋼筋計算

①當支反力R1為拉力時，要在臨時固結中設置抗拉鋼筋，抗拉鋼筋的直徑d mm，其抗拉強度設計值fy(當為預應力鋼筋時取fpy）。結構的重要性系數取1.1，抗拉鋼筋的根數為n根，計算如下。

計算公式簡化后：

n 根 =1.1×R1×1000/(π×d×d/4×fy)

②臨時固結支座抗拉鋼筋錨固長度的計算:la=ζa×a×fy×d/ft

此式中，la為受拉鋼筋的錨固長度；ζa為錨固長度修正系數；a為錨固鋼筋的外形系數；fy為鋼筋的抗拉強度設計值（當為預應力鋼筋時取fpy）；d為錨固鋼筋的直徑；ft為混凝土軸心抗拉強度設計值。相關計算規定可參考《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010），不再贅述。

4.2 臨時固結支座尺寸計算

當支反力R2提供支撐力，臨時固結支座的長為Lamm，寬為Lbmm，則其面積為a×b，支座混凝土軸心抗壓強度設計值為fc。結構的重要性系數取1.1，臨時固結支座的面積計算如下。

計算公式簡化后：

采用在墩身外部設置臨時固結支座受力計算方法與以上方法類似，不再贅述。

5 實際計算

為簡便計算，根據前文計算的R1、R2計算式，再進一步細化計算算式，通過電子表格編輯相關計算公式，可對每節段施工時最不利工況條件下臨時固結支座受力、受拉鋼筋設置數量、支座的面積大小等內容進行快速計算，具體見表1。表1中節段長度、節段混凝土數量、臨時支座到墩中心距離X均由設計圖查得。掛籃及模板體系總重量為Ng由方案設計確定，實際施工時隨著施工節段尺寸的減小，Ng會減小。在計算時，當Ng取大值，最不利工況時影響更大，為方便計算，每節段施工計算時Ng均按最大值取，計算的安全系數會更大。

6 應用實例

連續梁梁段設計參數表 表2

圖2 墩梁固結立面圖

某鐵路跨河連續梁設計孔跨為（60+100+60）m，梁體混凝土為C50，施工采用菱形掛籃懸臂灌注法。連續梁長221.5m，其中2個0#塊，標準節段總計52個，3個合龍段，2個邊跨現澆段。連續梁各節段情況見表1所示。

臨時固結支座設計圖紙要求：采用C40鋼筋混凝土，每個墩頂設置2組臨時固結支座，每組包含2個臨時固結支座，分別位于結構支座兩側大小里程端，臨時固結支座至墩中心距離X為1.7m，單個臨時固結支座的平面尺寸為2.4m×1.2m每組2個臨時固結支座面積共5.76m2。每組臨配置174根HRB400Ф32錨固鋼筋，錨固鋼筋在臨時支座里呈“L”型布置，每根錨固鋼筋長3.06m，預埋入墩身不小于長度1.5m，埋入梁體長度不小于0.64m。結構見圖2。

施工時掛籃及模板體系總重量為Ng為670kN；HRB400Ф32錨固鋼筋的抗拉強度設計值 fy為360MPa；C40混凝土標準設計強度為19.1MPa。根據表2進行臨時固結支座實例計算，具體計算成果見表3，從表3計算結果看，在施工13#節段且出現最不利工況時單組臨時固結支座需要配8根HRB400Ф32錨固鋼筋，面積共3.57m2，遠小于上述設計數值174和5.76。因此，按照設計要求施工，安全系數較高，完全滿足要求，且設計過于保守，而在實際施工中還有施工單位進一步采用精軋螺紋鋼替換HRB400Ф32鋼筋，更是沒有必要的，這也造成較大的材料的浪費。因此，建議臨時固結支座設計時需通過表2內計算公式計算驗證。

連續梁臨時固結支座受力計算公式表 表1

連續梁臨時固結支座受力計算實例表 表3

7 結束語

在連續梁懸臂施工中，絕大部分臨時固結支座只要計算縱橋向各節段施工時最不利工況產生的不平衡荷載的影響即可，而因連續梁平面軸線為曲線產生橫橋向較大不平衡荷載較少，若計算，則計算方法與縱橋向平衡計算相似。本文對臨時固結支座計算以力矩平衡理論為依據，推導得出計算結論公式，計算公式可為類似工程施工受力分析計算提供可靠的理論支撐,同時通過對連續梁臨時固結支座的實例進行計算驗證,可作為類似工程施工計算的參照范例。