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高速铁路大跨度小半径曲线转体连续梁临时固结技术研究

发表时间：2020/3/2 来源：《防护工程》2019年19期作者：李光

[导读] 在曲线转体梁施工中除了要考虑混凝土浇筑不对称、施工荷载、施工机具动力系数等因素产生的纵向不平衡力矩

李光
        中铁十四局集团第二工程有限公司山东泰安 271000
        摘要：在曲线转体梁施工中除了要考虑混凝土浇筑不对称、施工荷载、施工机具动力系数等因素产生的纵向不平衡力矩，仍需要考虑因曲线半径产生的横向不平衡力矩，同时因为转体完毕后方可对上下承台进行封固，在施工过程中除了考虑墩顶产生的纵向和横向不平衡力矩进行临时固结设计外，还应对上承台产生的纵向和横向不平衡力进行临时固结设计，结合在其他项目临时固结方案设计及实施过程的经验，我项目在跨越铁路小半径曲线转体连续梁中对上下承台、墩顶和墩外临时固结技术进行了深入的研究和探讨，为类似工程设计提供宝贵参考经验。
        关键词：连续梁桥临时固结不平衡力矩小半径曲线


        1工程概况
        京广特大桥中心里程京广DK13+295.71，全长L=4350.64m，京广特大桥跨越京广铁路五号桥为一联双线连续梁，位于半径R=1200m平曲线上，纵坡为5.0‰上坡、4.5‰下坡，94#～95#墩之间为变坡点。在DK14+715.18、DK14+721.35分别跨越京广铁路上行线、下行线，交角为41゜12′00″、41゜09′00″。梁全长为361.55m，计算跨度为（60+110+110+80）m，中支点梁高9.0m，主跨跨中及边跨直线段梁高均为6.0m，梁底下缘按二次抛物线变化，60m边跨边支座中心线至梁端为0.7m，80m边跨边支座中心线至梁端为0.85m。0#块及边跨直线段采用支架现浇法施工[1]。标准节段采用挂篮法悬臂浇筑施工，普通合龙段及上跨京广铁路合龙段利用挂篮做支撑体系进行施工。95#、96#墩110m连续梁跨京广铁路采用转体法施工，即先在京广铁路两侧95#、96#墩采用挂篮悬臂法浇筑梁体，待桥梁的防护墙等附属工程完成后，然后通过转体使梁体就位、调整线性、封固球铰转动体系的上、下盘，最后浇筑合龙段，使全桥贯通。每个转体段梁长54m+54m，转体角度41º，转体重量10154t，转动方向为逆时针。
        2 上下承台临时固结设计及受力验算
        2.1 临时固结设计
        墩梁施工时，为保证不发生相对位移和转动。在下承台顶面的撑脚之间安装I32 做限位梁，限位梁与支撑脚之间布置钢支撑，并用钢楔子打紧。转体施工前，打掉钢楔子，以利转体。同时保留部分限位型钢，用作启动助推反力梁[2]。为保证上下转盘能承受不平衡弯矩，转体前用砂箱作为临时支撑，在每个转盘滑道上撑脚之间设12个φ800×20 mm的砂箱，156根φ32螺纹钢与4根40b工字钢将上下转盘临时固结，转体前在6组撑脚底部铺设细沙作为临时固结备用。

        图1 上承台临时固结设计(单位：m）
        2.2 临时固结受力验算
        设计临时锁定不平衡力矩为150559.8KN·m,沙箱放置半径4.65m。则不平衡力为150559.8÷4.65=32378KN=3237.8t，根据计算每个沙箱承受重量不小于674t，考虑单侧受力，则沙箱承受的最大荷载为674*6=4044t＞3237.8t，满足要求，螺纹钢、撑脚、工字钢均作为安全储备使用。
        3 墩顶固结设计及计算
        3.1 临时固结设计
        中间墩临时锚固措施由Φ32mm 精轧螺纹钢及C55混凝土组成，顺桥向布置在桥墩两侧，每侧一个，中心距3.8m，共2个[3]，混凝土临时固结支座长8.8m，宽0.8m，距离墩中心1.5m。每个临时支座布置4组精轧螺纹钢，每组36根，横纵向间距均为20cm。

        图2 墩顶临时固结平面图（单位：cm）
        3.2 临时固结受力验算
        （1）荷载计算
        临时锚固措施承担的荷载包括：梁体自重、挂篮重量、最大不平衡力矩。
        悬臂施工梁体总自重N总=67782.0KN
        挂篮重量：N挂篮=1200KN。
        顺桥向最大不平衡弯矩M=159490KN·m。
        横桥向最大不平衡弯矩M=39043KN·m。
        荷载计算考虑：
        ①一侧混凝土自重超重5﹪
        ②一侧施工荷载为0.48kN/m2，另一侧施工荷载为0.24kN/m2
        ③施工机具动力系数，一侧采用1.2，另一侧采用0.8
        （2）工况形式
        ①工况一

        图3 工况一临时支撑受力简图
        则 R1+R2=N 总+2·N 挂篮=>R1+R2=67782.0+1200×2
        各力对墩中心取矩：（R2-R1）×3.8/2=M
        =>R2-R1=159490×2/3.8
        计算得 R1=-6880.1KN；R2=77062.1KN。
        ②工况二
        最大悬臂施工时挂篮在一侧掉落。
        纵桥向设临时锚固承担的竖向反力分别为R1及R2。


        图4 工况二临时支撑受力简图
        R1+R2=1.05×N 总/2+N 总/2-N16+1.2×(N 挂篮+N16)+N 施工
        R1+R2=1.05×67782.0 /2+67782.0/2-1487.2+1.2×(1200+1487.2)+ 0.48×12.6×54+0.24×12.6×50.5
        各力对墩中心取矩：
        (R2-R1)×3.8/2-1.2×N 挂篮×L15- 1.2×N16×（L15+3.5/2）-0.05×N 总/2×L16/2- N 施工大×L16/2+ N施工小×L15/2=0
        计算得R1=-21175.0KN；R2=92868.3KN。
        综上所述，临时锚固措施最不利工况形式为工况二，一侧受压，最大压力
        R2=92868.3KN，另一侧受拉，最大拉力为R1=-21175.0KN。
        （3）横桥向设临时锚固承担的竖向反力分别为R3及R4。


        图5 横桥向临时支撑受力简图
        箱梁形心的确定：
        对墩中心取矩：P×L=M横+2×M挂蓝
        =>L=（39043+2×1200×1.261）/P=42069.4/(67782.0+2×1200)=0.60m
        则箱梁形心位于距墩中心 0.60m处，在横向临时支撑的内侧。
        ①工况一：挂蓝没有掉下。
        R3+R4=0
        各力对墩中心取矩：
        （R3-R4）×2.95= M横+2×M 挂蓝
        =>R3-R4=14260.8KN
        计算得 R3= 7130.4KN，R4=-7130.4KN。
        ②工况二：挂蓝掉下。
        R3+R4=0
        各力对墩中心取矩：（R3-R4）×2.95=M横+M挂蓝
        =>R3-R4=13747.86KN
        计算得R3=6873.93KN，R4=-6873.93KN。
        综上所述，临时锚固措施最不利工况形式为工况一，一侧承受压力R3=7130.4KN，另一侧承受拉力R4=-7130.4KN。
        （3）力学检算
        ①临时支座混凝土强度检算
        临时支座采用C55混凝土，fc=25.3MPa；临时支座承受压力R压=R2+R3=99998.7KN；临时支座混凝土压应力。
        σ=99998.7×1000/（8.8×0.8）×106=14.2MPa＜fc=25.3MPa;
        ②临时锚固抗拉钢根数检算
        临时锚固抗拉钢根数检算临时锚固承受拉力R拉=R1+R4=-28305.4KN[4]，Φ32螺纹钢参数：截面积：A=804mm2；抗拉检算强度：[fs]=]=830MPa；每根螺纹钢所能承受的拉力：
        P=[fs]A/1.5=830×804/1.5/1000=445kN；
        则每个临时支座需要Φ32螺纹钢数量为：
        N=R1/P=28305.4/445=64根。
        ③锚固深度检算[5]
        Φ32mm 精轧螺纹钢需要在混凝土中锚固长度为：
        la =af y/ft×d
        la -受拉钢筋的锚固长度（mm）
        ft -混凝土轴心抗拉强度设计值（N/mm2），当混凝土强度等级高于 C40 时，按 C40取值。
        fy-钢筋的抗拉强度设计值（N/mm2）
        d -钢筋的公称直径（mm）
        a -钢筋的外形系数（mm），光圆钢筋为 0.16，带肋钢筋为0.14，刻痕钢筋为 0.19，螺旋肋钢丝为0.13。
        带入公式求得la=1305mm。
        4 墩外固结设计及计算
        4.1 临时固结设计

        图6 墩外固结设计平面图（cm）
        4.2力学检算
        利用2.3章节同样计算方式，由纵向不平衡力矩计算得到的临时锚固措施两侧均受压，最大压力R=60983.8KN。
        由横向不平衡力矩计算得到的临时锚固措施一侧承受压力R=7130.4KN，另一侧承受拉力R=-7130.4KN。
        （1）临时支墩轴心受压承载力计算
        临时支墩采用钢管混凝土，钢管尺寸为Φ1220mm×16mm，钢管内为C50混凝土，轴心受压承载力计算采用《CECS 28：90》法，如式1-1所示：


        5 墩顶墩外联合固结计算
        针对较大跨度，若墩顶空间受限，墩外固结材料型号和尺寸受限，则采用墩顶墩外联合固结的方式。因墩顶墩外联合固结可借鉴的计算公式，采用CSiBridge21进行建模计算，模型考虑线路平曲线和纵坡带来的不平衡力，模拟实际受力工况，分析墩顶和墩外受力分配情况。
        经过建模结果对墩顶和墩外固结受力进行分析，墩顶承受压力值为71959.6KN，墩外固结承受压力值之和为2574.04+3846.21+355.3=6775.55KN,墩顶和墩外承受不平衡压力比值为10.6:1，墩顶承受拉力值为8997.81KN，墩外固结承受拉力值之和为653.74KN,墩顶和墩外承受不平衡拉力比值为13.76:1。
        6 结束语

临时固结对于连续梁施工安全至关重要，临时固结设计验算必须充分考虑各种外界因素导致的不平衡力的产生，同时施工过程中必须制定切实有效的不平衡力控制措施。经过京广特大桥转体连续梁临时固结设计可知，若采用墩顶和墩外联合固结，必须确保墩顶临时固结的安全性，同时墩外固结支墩也受一定的拉力，必须有抗拔设计，确保桥梁整体稳定，经过该桥的临时固结设计研究，对今后速铁路大跨度小半径曲线转体连续梁临时固结设计具有很好的指导意义。

参考文献
[1]谭雪峰.连续梁桥现浇箱梁支架施工技术——以遂资高速公路TJ1-8工区屋背沟大桥为例[J].工程技术研究,2019,4(11):34-35.
[2]赵忠磊. 现浇桥梁模板支架设计和施工技术研究[D].北京工业大学,2018.
[3]李昊.分段现浇桥梁悬臂施工技术探讨[J].华东公路,2017(05):33-34.
[4]邹云嵘.现浇桥梁支架施工安全控制要点分析[J].建材与装饰,2017(05):212-213.
[5]何俊.现浇箱梁满堂支架及抱箍+贝雷梁支架设计与计算[J].四川建材,2017,43(10):91-93.