某曲線連續(xù)梁墩頂臨時(shí)錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)與驗(yàn)算

王守文，郝明強(qiáng)，周 康

(1.中國核工業(yè)第二二建設(shè)有限公司PPP事業(yè)部甕安中核項(xiàng)目公司，貴州 黔南州 550400；2.貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州 貴陽 550000)

1 橋梁概述

箱梁采用掛籃懸臂現(xiàn)澆法施工。梁段最大理論重量為165.8 t，設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)掛籃自重按不超過90t控制設(shè)計(jì)。

2 墩頂臨時(shí)錨固方案選擇

2.1 常用墩頂臨時(shí)錨固方案介紹

對(duì)于主墩墩頂設(shè)置支座的懸臂澆筑施工連續(xù)梁，施工過程中墩頂臨時(shí)固結(jié)是控制上部結(jié)構(gòu)施工安全和質(zhì)量的關(guān)鍵工序之一。墩頂臨時(shí)固結(jié)的方式主要受墩柱尺寸、墩柱的高度，橋下地形及現(xiàn)場施工條件等方面的影響。常用的墩頂臨時(shí)固結(jié)方式有墩梁內(nèi)部臨時(shí)固結(jié)，即在墩頂預(yù)埋臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋，澆筑臨時(shí)支座的臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)；墩柱外部臨時(shí)支墩固結(jié)，即在墩柱的前后側(cè)，搭設(shè)臨時(shí)的鋼管支墩，再使用臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋固結(jié)支墩和梁體的臨時(shí)固結(jié)系統(tǒng)，以及兩者相互配合使用。

2.2 本橋墩頂臨時(shí)錨固系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本橋考慮橋下為水庫，結(jié)合墩柱形式及墩柱高度，設(shè)計(jì)擬采用墩梁內(nèi)部固結(jié)的臨時(shí)錨固方案，橋墩在永久支座兩側(cè)，分別澆筑三個(gè)C50硫磺砂漿臨時(shí)支座，臨時(shí)支座內(nèi)含鋼筋網(wǎng)和電阻絲。外側(cè)臨時(shí)支座各預(yù)埋A32的PSB830精軋螺紋鋼11根，內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座各預(yù)埋A32的PSB830精軋螺紋鋼40根，墩頂預(yù)設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋連接器。0#塊混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度后，張拉橫梁頂臨時(shí)錨固鋼筋實(shí)現(xiàn)墩梁固結(jié)。

3 最不利工況分析及內(nèi)力計(jì)算

3.1 施工階段可能出現(xiàn)不平衡工況分析

工況一：混凝土澆筑過程中，因?yàn)闈q模、縮模等造成單側(cè)混凝土超方或欠方；

工況二：掛籃行走過程中，因施工控制不當(dāng)，出現(xiàn)單側(cè)傾覆、掉落、拆除；

工況三：因混凝土供應(yīng)、現(xiàn)場調(diào)度等問題造成節(jié)段混凝土澆筑不平衡；

工況四：因管理不善，造成施工機(jī)具堆放、人員分布不對(duì)稱。

梁體混凝土澆筑前，須對(duì)掛籃進(jìn)行預(yù)壓等工序，確保掛籃的穩(wěn)定，故工況三和工況二不同時(shí)發(fā)生。

三是強(qiáng)化24小時(shí)應(yīng)急值守。有關(guān)部門要立即進(jìn)入應(yīng)急狀態(tài)，加強(qiáng)應(yīng)急值守，相關(guān)人員必須保持全天候通信暢通。加強(qiáng)與地震災(zāi)區(qū)的聯(lián)系，隨時(shí)掌握水利工程最新情況和水利抗震救災(zāi)需求，做好前方工作組的支撐和保障，并及時(shí)向國務(wù)院抗震救災(zāi)指揮部報(bào)告有關(guān)信息。

計(jì)算假定：節(jié)段混凝土最大不平衡方量為一個(gè)節(jié)段底板混凝土方量，計(jì)算得工況三最大不平衡力矩12 779.8 KN·m，工況二最大不平衡力矩33 867.0 KN·m。故施工階段考慮最不利組合為工況一、工況二、工況四組合。

表1 單側(cè)懸澆段重量表

3.2 模型建立

采用專業(yè)橋梁有限元軟件橋梁博士V4.0，取曲線外側(cè)橋幅一個(gè)“T”構(gòu)作為臨時(shí)錨固系統(tǒng)最不利工況建模分析，模型共設(shè)87個(gè)節(jié)點(diǎn)，86個(gè)梁單元。橫向以各臨時(shí)支座的中心位置分別建立豎向雙向約束模擬臨時(shí)支座受壓和臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固筋受拉工況；分別提取各支座位置最大壓力進(jìn)行臨時(shí)支座抗壓驗(yàn)算，分別提取各支座位置最大拉力進(jìn)行臨時(shí)預(yù)應(yīng)力錨固筋的抗拉驗(yàn)算。

荷載一：每個(gè)節(jié)段考慮2%的混凝土不平衡重量，以集中荷載的方式加在每個(gè)單元的中心位置，另一側(cè)空載；

荷載二：單側(cè)掛籃荷載以集中力加在10#節(jié)段末端，另一側(cè)空載；

荷載三：考慮工、器具，人員等施工階段臨時(shí)不對(duì)稱荷載按8.5 KN/m均布荷載施加于單側(cè)梁體，另一側(cè)空載。

4 臨時(shí)支座反力的取值

表2 臨時(shí)支座標(biāo)準(zhǔn)組合下支反力

5 臨時(shí)錨固體系驗(yàn)算

5.1 硫磺砂漿臨時(shí)支座抗壓承載力驗(yàn)算

根據(jù)表2可以知道，最不利工況標(biāo)準(zhǔn)組合下中支點(diǎn)(ZZ2)豎向最大支反力為30 810 KN，內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座承壓面積為：4.4×1.05=4.62 m2，壓應(yīng)力為：P/A=30.810/4.62=6.67 MPa；最不利工況標(biāo)準(zhǔn)組合下橫向外側(cè)臨時(shí)支座豎向最大支反力為：1915.3 KN。橫向臨時(shí)邊支座承壓面積為：2.6×0.75=1.95 m2，壓應(yīng)力為：P/A=19.153/1.95=9.8 MPa。

支座的抗壓承載力滿足材料的抗力要求。

5.2 臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉承載力驗(yàn)算

根據(jù)表2可以得出，最不利工況標(biāo)準(zhǔn)組合下臨時(shí)支座出現(xiàn)287.5 KN的拉力，對(duì)應(yīng)的臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋為11根φ32的PSB830精軋螺紋鋼筋，預(yù)應(yīng)力鋼筋公稱截面面積為804 mm2，預(yù)應(yīng)力筋平均拉應(yīng)力為：287 500/(11×804)=32.5 MPa。

滿足PSB830精軋螺紋鋼筋的受力要求。

5.3 臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋最小錨固長度驗(yàn)算

按《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》8.3.1條規(guī)定充分利用受拉鋼筋的抗拉強(qiáng)度時(shí)，受拉鋼筋的錨固長度應(yīng)符合下列規(guī)定

式中：lab：受拉鋼筋的最小錨固長度；k：受拉錨固鋼筋端頭形狀系數(shù)，端頭為螺帽，取0.6；ζa：錨固長度修正系數(shù)，取1.0；a：錨固鋼筋的外形系數(shù)，取0.14；fpy：預(yù)應(yīng)力鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取680 MPa；ft：混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值，取1.65 MPa；d：受拉預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑，取32 mm。

由此可計(jì)算得受拉鋼筋最小錨固長度為

滿足充分利用預(yù)應(yīng)力鋼筋強(qiáng)度的最小錨固長度要求。

6 結(jié)論及建議

(1)根據(jù)計(jì)算和驗(yàn)算，臨時(shí)錨固系統(tǒng)在臨時(shí)支座抗壓承載能力，臨時(shí)錨固鋼筋抗拉承載能力等方面均滿足規(guī)范要求。

(2)對(duì)于梁體位于平曲線上的懸澆連續(xù)梁，從計(jì)算結(jié)果看出：曲線內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座的壓力明顯高于曲線外側(cè)臨時(shí)支座，曲線外側(cè)臨時(shí)支座可能張拉的臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋可能出現(xiàn)拉力。故在施工時(shí)應(yīng)特別重視曲線內(nèi)側(cè)臨時(shí)支座混凝土和曲線外側(cè)的臨時(shí)錨固預(yù)應(yīng)力鋼筋的施工質(zhì)量，并對(duì)其受力、變形進(jìn)行監(jiān)控，確保施工過程安全。

(3)本文對(duì)掛籃不對(duì)稱拆除，混凝土澆筑超、欠方，施工機(jī)具人員不平衡等較極端不對(duì)稱的工況進(jìn)行了安全驗(yàn)算，但施工過程中應(yīng)加強(qiáng)管理，確保兩側(cè)施工對(duì)稱進(jìn)行，首先確保0#塊及墩頂臨時(shí)錨固系統(tǒng)的施工質(zhì)量；其次應(yīng)嚴(yán)格控制掛籃的安裝、拆除、行走、錨固等工序，澆筑混凝土前應(yīng)全面檢查掛籃的位置與錨固情況并正確進(jìn)行預(yù)壓，確保掛籃的安全；最后應(yīng)嚴(yán)密監(jiān)控施工過程中梁體的撓度變形，模板的漲模、縮模，混凝土澆筑的方量等數(shù)據(jù)。