5、连续梁悬臂T构墩梁临时固结抗倾覆计算方法

1钢筋混凝土连续梁悬臂T构墩梁临时固结抗倾覆结构计算理论研究中铁九局集团有限公司：刘东跃一、概述对于铰接的预应力混凝土连续梁悬臂浇筑T构，相关施工技术规范和设计文件均要求在悬臂浇筑前“应先将墩顶梁段与桥墩临时固定”。设计文件明确悬臂T构的最大不平衡弯矩和竖向反力。同时，这个结构大多由施工单位自行设计施工。例如《沈大客专沈阳枢纽桥通－02》设计说明书施工方法及注意事项中，对“墩梁临时固结措施”的要求是：各中墩临时固结措施，应能承受中支点处最大不平衡弯矩21415KN－m和相应竖向反力14572KN，墩梁固结临时支座必须对应箱梁腹板设置，其材料及构造由施工单位自行设计确定。一直以来，关于墩梁临时固结抗倾覆设计没有统一的计算方法，标准也各异。以设计文件为依据（最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N）所计算出来的临时支座反力大多为压应力。但是，有的临时支座上还是布置了诸多强壮锚固钢筋。这个设计布置与自己的计算结果背道而驰，不但无法说服自己，也无法解释别人的提问，这种计算方法理论说服性不强。怎样作才能达到合情合理那？经过对各类跨度T构的研究，总结认为认为：以设计文件给定的M和N确定临时支座抗压强度（包括曲线倾覆弯矩）；以挂篮连带悬臂节段混凝土状态坠落为最不利倾覆弯矩计算产生的拉应力，确定临时支座的锚固拉力；再以抗压混凝土和锚固钢筋一体化核算规范所要求的安全系数；以当地最大风荷载检算T构抗扭和抗平移能力。2这样的计算方法既满足了设计抗倾覆要求，又满足了悬浇的最大风险因素要求，同时也满足施工中最大不平衡荷载20吨的要求。锚固拉筋的设置有理有据，计算方法既合理又合情。二、T构倾覆荷载的研究1、最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N、曲线倾覆弯矩M曲经过多个设计文件比较，设计给的最大不平衡弯矩M与最大悬臂端挂篮重量产生的弯矩相当，竖向反力N与T构自重相当。按照设计给的最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N、曲线倾覆弯矩M曲计算结果，墩顶临时支座大多为压应力，极少有拉应力。按此结果设置混凝土临时支座就可满足抗倾覆要求。2、施工中特殊荷载在施工中，悬臂浇筑到最后节段，发生挂篮连带混凝土坠落事故，这是施工单位最担心的特殊事件，此时也不希望引发T构倒塌，避免带来更大的损失。在这种工况下，最不利的倾覆弯矩会产生拉应力。对应这种拉应力，就该设置抗拉锚固钢筋。在计算时，不能孤立的计算挂篮坠落的最大倾覆弯矩M挂篮，要与相应的竖向反力N挂相结合，再叠加曲线倾覆弯矩。孤立计算挂篮坠落的最大倾覆弯矩M挂篮时，临时支座的拉应力会很大，也不符合实际情况。竖向反力N挂是T构最大自重减去挂篮坠落重量。同时，在挂篮坠落前会产生自落旋转加速度，给悬臂T构带来激振振动附加力（没仔细计算），建议对最大倾覆弯矩M挂篮增加1.2倍的冲击系数。3、风荷载的考究3由于T构中间的永久支座大多为移动支座，在水平力荷载的作用下，它不能有效约束箱梁的移动，箱梁的移动会使得临时支撑体系产生破坏，甚至T构倒塌。在出厂时，支座的上下座板带有临时栓接钢板。这个栓接钢板制约T构位移的能力是有限的。个别情况在支座安装前已经拆下或损坏。为保证T构的安全稳定，临时支撑体系不仅要有抗倾覆能力，还要有抗位移能力。箱梁水平位移和扭转主要是风力作用，因此要检算抵抗风荷载的位移能力。三、墩梁临时固结的设计计算方法1、墩顶设置临时支座（或称为体内固结）计算方法墩顶临时支座结构示意图如图一、a所示。按照设计文件提供的倾覆参数，临时支座的受力结构分析图示如图一、b所示。按上述图一结构，临时支座结构计算方法钢筋混凝土结构计算理论更为合理。计算出混凝土的最大压应力，以确定混凝土标号；计算出竖向主筋（墩梁锚固钢筋）的最大压力和最大拉力，按最大值（一般拉应力偏大）配置墩梁锚固钢筋。计算时，按钢筋混凝土设计规范和桥梁施工技术规范选取材料安全系数和抗倾覆安全系数。受力主筋分别与墩梁锚固，宜应计算锚固长度。42、临时钢管支撑柱（或称为体外固结）计算方法临时钢管支撑柱结构示意图如图二.a所示。按照设计文件提供的倾覆参数，临时钢管支撑柱结构受力分析图示如图二、b所示。根据临时钢管支撑柱结构受力图二，解析A、B钢管支撑力列计算公式为：ALRMLRNRRBBA倾……………①5由公式①可求得：2LMNL2L倾倾＋BARMNLR…………②由公式②计算出AB钢管支撑柱的支撑力，然后再按照线性关系求得最大压应力。再根据支撑力和压应力的大小选择钢管柱或者钢管混凝土柱。在核算钢管支撑柱承载能力时，按钢结构或者钢管混凝土结构设计规范和桥梁施工技术规范选取材料安全系数和抗倾覆安全系数。长支柱还应计算长细比折减系数。按照有效固结的原则，上下端应分别与墩梁锚固，宜应计算锚固螺栓的预埋锚固长度。钢管上下端法兰盘、加劲肋宜应满足受压、受拉强度需要。钢管支撑柱应具有梁体抗扭转、抗平滑需要，钢管间及与墩身间应进行刚性连接（较大的型钢），形成抗扭桁架体系。四、注意事项1、一般不考虑永久支座参与工作，忽略其受力荷载。2、除设计文件提供的倾覆参数外，根据桥梁所处的特殊线形条件，还应考虑曲线向心倾覆弯矩。当T构有较大坡度时，应根据施工线形控制情况，确定坡度纵移倾覆弯矩。当T构存在较大的不对称锯齿块时，应计算偏载倾覆弯矩。这些弯矩具有方向性，应叠加计算。3、T构倒塌的最大倾覆弯矩，是挂篮悬臂到最远节段时（连同未凝固混凝土）坠落。此倾覆弯矩对临时支座会产生拉应力。4、悬臂T构除计算抗倾覆稳定性之外，还应计算梁与墩间的相对抗扭转和抗平滑稳定性。65、本方案考虑了挂篮坠落的最大荷载，其他一些砸碎荷载均应免去，可以大大简化计算程序。6、对于采用体外固结的墩顶处理方式，建议采用砖砌砂浆胎膜，以增加T构滑移的阻力，提高箱梁的稳定性。7、永久支座在出厂时上下坐板间安装了临时连接拉板，在现场安装前必须保持完好。若发现损坏应加固后再安装。这个临时锁定拉板需在全部T构合拢后再拆除，不得提前拆除。8、2010年8月27日