連續(xù)梁橋合攏段施工的臨時支撐研究

唐 鵬

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 市政工程系，安徽 合肥 231603)

連續(xù)梁橋合攏段施工的臨時支撐研究

唐 鵬

(安徽水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院 市政工程系，安徽 合肥 231603)

連續(xù)梁橋合攏段施工的臨時支撐合理設(shè)計是順利合攏的安全保證。根據(jù)合攏段臨時支撐的受力特點，提出相應(yīng)的計算方法，進(jìn)而討論工程實踐中常用的幾種臨時支撐鎖定裝置的形式。基于工程實例，詳細(xì)探討了連續(xù)梁橋合攏段施工臨時支撐形式的選擇和設(shè)計。研究表明:結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換對臨時支撐受力影響很大，大跨徑連續(xù)梁橋解除臨時固定支座約束后，采用外剛性支撐是可行的。

合攏；臨時支撐；外剛性支撐；連續(xù)梁橋；鎖定

主梁跨中合攏段施工是大跨徑連續(xù)梁橋懸臂施工的一道關(guān)鍵工序，是連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換的重要環(huán)節(jié)，對成橋后的主梁線形和結(jié)構(gòu)內(nèi)力有著重要的影響[1-3]。合攏段新澆筑的混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前，合攏口兩側(cè)懸臂端會隨著溫度降低而收縮，溫度升高而伸長，混凝土硬化過程中也會產(chǎn)生收縮，合攏段施工控制不好，主梁結(jié)構(gòu)就容易產(chǎn)生裂縫，影響工程質(zhì)量[4]。因此，要設(shè)計合理的臨時支撐，確保合攏段新澆筑的混凝土在達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度前，能滿足兩側(cè)懸臂的變形協(xié)調(diào)，也不承受額外的軸力作用。臨時支撐的方式有多種[5-10]，應(yīng)根據(jù)工程實際情況合理選用，確保施工安全和施工質(zhì)量。

1 計算方法

1.1 兩端固定時的受力分析

合攏時，合攏跨兩側(cè)的墩梁臨時固結(jié)未拆除，臨時支撐主要受溫度作用控制設(shè)計，計算簡圖如圖1所示。

圖1 臨時支撐計算示意圖Fig.1 Calculation schematic diagram of temporary supports

為簡便起見，假定合攏跨的兩側(cè)墩梁均為固結(jié)約束，溫度產(chǎn)生的變形按隨溫度的線性伸長或縮短計算，變高梁的箱梁階段按節(jié)段平均截面計算，臨時支撐主要受溫度作用控制設(shè)計。

梁體升溫△t時產(chǎn)生的梁體伸長量為L△t，即：

兩端的約束反力N產(chǎn)生的梁體縮短為L△N，則：

根據(jù)結(jié)構(gòu)的變形協(xié)調(diào)原理，有

因此可得：

式中：αs、αc分別為混凝土和臨時支撐的線膨脹系數(shù)；Lc、Ls分別為主梁懸臂澆筑段長度、合攏口的臨時支撐長度；N為合攏口臨時支撐所受的軸向力；Es、Ec分別為臨時支撐的彈性模量和混凝土的彈性模量；As為臨時支撐的截面積；Ai、Li分別為箱梁第i節(jié)段的平均截面積和長度。

1.2 一端滑動時的受力分析

合攏跨的兩側(cè)墩梁均為固結(jié)約束時，由溫度產(chǎn)生的軸向力很大,一般需要在合攏段臨時支撐鎖定后，立即釋放合攏跨一端墩梁的臨時固結(jié)約束，使支座縱向可以自由滑動。此時，合攏口臨時支撐的內(nèi)力分析如下：

升溫時：

N=Ny+f·Q

降溫時：

N=Ny-f·Q

式中:Q為合攏跨一端縱向滑動支座的支反力；f為滑動支座的摩阻系數(shù)；Ny為張拉臨時預(yù)應(yīng)力鋼束所提供的預(yù)壓力，如果僅設(shè)剛性支撐，則取值為0。

2 臨時支撐設(shè)計

大跨度連續(xù)梁橋合攏前，一般需要對懸臂端的梁段變形和實際溫度進(jìn)行24h的連續(xù)觀測，繪制出梁段伸長量與溫度隨時間的變化曲線，然后確定合攏溫度,預(yù)估合攏口臨時支撐鎖定后的溫差和梁體伸縮量。一般情況下，盡量選擇一天溫度較低且恒定的夜間進(jìn)行臨時支撐鎖定，鎖定后，應(yīng)盡快進(jìn)行合攏段混凝土的澆筑。由于臨時支撐鎖定到澆筑混凝土形成強(qiáng)度的工期很短，在此期間的混凝土徐變一般不予考慮，僅考慮梁體溫度變化的影響，用來確定臨時支撐形式。

大跨度連續(xù)梁施工中常見的合攏段臨時支撐鎖定裝置有以下3種：

(1)外剛性支撐和內(nèi)剛性支撐

這種臨時支撐鎖定裝置是在合攏口兩側(cè)懸澆梁段的頂板、底板的頂面預(yù)埋帶剪力釘?shù)匿摪?，采用型鋼作為外剛性支撐，將其焊接或栓接在預(yù)埋鋼板上，同時在合攏段和兩側(cè)懸澆段的混凝土內(nèi)設(shè)置勁性骨架構(gòu)成內(nèi)剛性支撐。外剛性支撐和內(nèi)剛性支撐共同承擔(dān)合攏時的外力作用(見圖2)。

圖2 外剛性支撐和內(nèi)剛性支撐Fig.2 Outer rigid supports and inner rigid supports

(2)外(內(nèi))剛性支撐和張拉臨時鋼束

除了采用外剛性支撐和內(nèi)剛性支撐進(jìn)行鎖定外，還可以利用部分永久性或臨時性鋼束進(jìn)行臨時張拉，提供壓力儲備(見圖3)。

圖3 外剛性支撐和張拉臨時鋼束Fig.3 Outer rigid supports and stretching temporary tendons

圖4 完全外剛性支撐Fig.4 Whole outer rigid supports

(3)外剛性支撐

由于內(nèi)剛性支撐僅提供抗壓作用，且施工不便、用鋼量較大，實際施工中，往往僅設(shè)置外剛性支撐，在一天的最低溫時進(jìn)行鎖定，然后澆筑合攏段混凝土(見圖4)。

3 工程實例

3.1 工程概況

嘉海公路橋為60 m+100 m+60 m的大跨徑變高度連續(xù)梁橋，截面形式為單箱雙室(見圖5)。該橋梁采用對稱懸臂澆筑方法施工，單個懸臂共劃分為13個節(jié)段，其中0#塊長6 m，1#～2#塊長2.5 m，3#～6#塊長3.0 m，7#～10#塊長3.5 m，11#～13#塊長4.0 m，中跨合攏段長2.0 m。

中墩處梁高為7.0 m，跨中梁高2.8 m，梁高按2次拋物線變化；箱頂全寬15.85 m，底寬9.9 m;外側(cè)頂板懸臂長為2.9 m，懸臂根部厚度為0.655 m；內(nèi)側(cè)頂板懸臂長為3.05 m，懸臂根部厚度為0.652 m;頂板厚0.25 m，跨中底板0.25 m，支點底板厚1.20 m，共3道腹板，每道腹板厚0.40～0.50 m，支點取0.80 m。合攏段箱梁重約600 kN。

圖5 嘉海公路橋結(jié)構(gòu)布置簡圖Fig.5 Structural arrangement diagram of Jiahai highway bridge

3.2 支撐力計算

采用張拉臨時鋼束能使得降溫時的臨時支撐不出現(xiàn)受拉狀況、減小合攏段混凝土的縱向變形、降低混凝土出現(xiàn)受拉裂縫的可能性。但升溫時，張拉臨時鋼束的預(yù)壓力作用在合攏段混凝土上，使得其過早參與受力，對混凝土的凝結(jié)硬化和強(qiáng)度發(fā)展有不利影響。實際上，臨時支撐的鎖定選擇在一天的較低溫度時，采用完全的外剛性支撐，如果剛度足夠大，降溫時的變形就很微小，不足以引起合攏段混凝土受拉裂縫的產(chǎn)生。實踐經(jīng)驗也表明，只要臨時支撐鎖定和合攏段混凝土澆筑的時機(jī)選擇恰當(dāng)，采用外剛性支撐的施工方案是完全可行的。

嘉海公路橋的跨中合攏段臨時支撐采用完全外剛性支撐,如果合攏時的臨時支撐按兩端固定的情況考慮。臨時支撐的鎖定選擇在夜間溫度較低時，根據(jù)嘉海公路橋中跨合攏前1～3天連續(xù)觀測的溫度數(shù)據(jù)，臨時支撐的受力按升溫15 ℃、降溫5 ℃考慮。

假設(shè)臨時支撐采用10根25#b的槽鋼，則臨時支撐所受的軸向力為：

由此可見，合攏跨的兩側(cè)墩梁均為固結(jié)約束時，由溫度產(chǎn)生的軸向力很大。因此，嘉海公路橋在跨中合攏段臨時支撐鎖定前，釋放一端支座的臨時固結(jié)，使之可以縱向滑動，則鎖定后的支撐內(nèi)力抵消溫度變化引起的支座摩阻力即可。該橋合攏跨兩側(cè)墩頂支座均采用球鋼支座，摩阻系數(shù)取0.05。

滑動支座承受的壓力取墩頂懸臂梁體自重、1/2合攏段梁體自重以及橋上施工機(jī)械荷載、掛籃荷載等，按48 000kN計。此時，臨時支撐需要承擔(dān)的水平力為：

N=f·Q=0.05×48 000=2 400 kN

臨時支撐采用外剛性支撐，如圖6所示頂板設(shè)置3個、底板設(shè)置2個，安全系數(shù)取2.0，則每個剛性支撐所需承受的軸力為960 kN。

圖6 臨時支撐布置圖Fig.6 Layout drawing of temporary supports

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，臨時的外剛性支撐采用雙肢綴板。雙肢采用25#b槽鋼，兩邊采用20 mm厚鋼板作為綴板，尺寸為200 mm×200 mm，間距為55 cm，如圖7所示。

圖7 外剛性支撐截面Fig.7 Section of outer rigid temporary supports

確定了臨時支撐形式后，要對雙肢綴板的強(qiáng)度和穩(wěn)定性進(jìn)行驗算，同時對預(yù)埋的剪力釘鋼板和雙肢綴板與鋼板的焊縫連接等進(jìn)行相應(yīng)的驗算，確保合攏段臨時支撐的安全性。

4 結(jié)論與建議

通過嘉海公路橋合攏段臨時支撐的設(shè)計探討，得出如下一些有益的結(jié)論與建議：

(1)大跨徑連續(xù)梁合攏跨兩端均采用固結(jié)約束時，由于溫度變化產(chǎn)生的軸向力很大，需要采用剛性較大的臨時支撐設(shè)施。

(2)大跨徑連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)化對臨時支撐的選擇和設(shè)計影響很大。大跨徑連續(xù)梁橋合攏段施工宜先釋放支座的臨時固結(jié)約束，使其可縱向自由滑動，然后在溫度最低時刻進(jìn)行合攏段臨時支撐的鎖定。

(3)外剛性支撐應(yīng)先全部焊完同一端焊縫，當(dāng)氣溫降至一天最低時，再全部焊接另一端焊縫，進(jìn)行鎖定。焊接時多個臨時剛性支撐要同時開焊，以保證所有剛性支撐同時受力且受力均勻。

(4)若設(shè)置臨時張拉鋼束，應(yīng)在剛性支撐鎖定后立即進(jìn)行預(yù)應(yīng)力張拉，張拉順序按照先頂板后底板對稱進(jìn)行。

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(責(zé)任編輯：張英健)

Study on Temporary Supports of Closure Segment Construction of Continuous Girder Bridge

TANG Peng

(Department of Municipal Engineering, Anhui Water Conservancy Technical College, Hefei Anhui 231603, China)

The Proper design of temporary supports is safety guarantee of closure segment construction of continuous girder bridge. Firstly, according to the loading characteristics of temporary supports of closure segment, corresponding calculation methods are put forward. And then several kinds of common temporary supports forms are discussed. At last, based on one practical engineering, the form selection and design of the temporary support of closure segment construction of continuous girder bridge are discussed in detail. Research results indicate that structural system transformation have a great influence on the temporary support stress, and outer rigid temporary supports are feasible for closure segment construction of long-span continuous girder bridge. Research conclusion also provides theoretical basis for similar engineering practice..

closure; temporary supports; outer rigid support; continuous girder bridge; lock

2014-10-13

安徽省自然科學(xué)基金項目(No.KJ2014A092)

唐鵬(1980-)，男，湖南臨武人，講師，碩士，主要研究方向為道路橋梁教學(xué)。

U448.27

A

1671-5322(2014)04-0070-04