大跨度曲线刚构连续梁临时支墩设计研究

常玉骞

中铁三局集团第六工程有限公司，山西 晋中 030600

摘要：本文通过贵阳市北京东路火石坡特大桥主跨为（98+176+98）m，预应力混凝土刚构连续梁组合体系，在公路-Ⅰ级荷载情况下，主跨跨径达到176m，在国内市政桥梁尚属首例。临时支墩是悬臂施工的重要环节，详细介绍了连续梁主墩0#块采用螺旋钢管混凝土临时支承体系的设计和施工运用，并在施工过程中成功运用钢管混凝土临时支承施工技术，取得了良好的施工效果。

关键词：大跨度；刚构连续组合曲线梁；临时支墩设计

1. 工程概况

（一）设计概况

火石坡大桥主桥的跨径组合为98+176+98m，预应力混凝土刚构连续梁组合体系。该桥1号悬臂主墩采用矩形桥墩，左右幅平均墩高度为2.78m，为实心墩，桥墩尺寸为10.1（横桥向）×5（顺桥向）m。

桥上部结构为单箱单室直腹板截面，单幅箱梁顶面宽14.7m，底宽8m，翼缘板宽3.35m。0#块长13m，1～4#块长3m，5～9#块长3.5m，10～15#块长4m，16～21#块长4.5m。根部梁高11m，腹板厚110～50cm，底板厚度为140cm～35cm，顶板厚度30cm。

0#块伸出墩顶部分纵桥向：长度4m，梁高度变化11m～10.477m，顶板厚度47～30cm，底板厚180～134cm，腹板厚度110cm，横桥向伸出墩顶部分为翼缘板3.35m，估算得出0#块单边悬出混凝土方量184.5m3，共重488.9t。

2. 0#节段临时支撑设计

（一）临时支墩结构设计

桥墩单侧纵桥向布置两排钢管支架，两排间距2.1m，内排支架为5根φ800x12mm钢管柱，外排支架为3根φ1000x16mm钢管混凝土柱+2根φ800x12mm钢管柱，其中3根φ1000x16mm钢管混凝土柱作为临时支墩。钢立柱设置平联φ325x5mm钢管，落架采用卸荷块。

（二）计算参数

1.材料特性

钢材密度：γ=78.5KN/m³ 弹性模量：E=206 GPa

砼容重：26.5KN/m³

2.允许设计值

表1.钢材强度设计值

表2.受弯构件的挠度容许值

3.荷载参数

(1)人群及机具荷载:2.5KN/m²；

(2)砼超载系数:1.05；

(3)振动荷载：4.0KN/m²；

(4)模板荷载：1.5KN/m²。

3. 临时钢支墩设计荷载研究

（一）支墩设计荷载

临时支墩采用墩身外支架与预应力结合的固结体系，支架除满足受力的需要强度、刚度外，还要保证在受力作用下的稳定，支架考虑和墩柱进行适当的连接，以保证整体的稳定性。

计算临时支墩时应考虑±2.5%的已浇筑梁段的涨（缩）模系数，半个节段的不平衡荷载，挂篮前移差一个节段的不平衡荷载等各种工况及其组合。

一直以来对于连续梁墩顶临时固结设计和计算方法没有统一的标准。以设计文件为依据（最大不平衡弯矩M和相应最大竖向反力N）所计算出来的临时支承反力多为压应力，但是，有的临时支承还是布置了很多抗拉锚固钢筋。这种设计布置与设计计算反而不同，不但无法给他人解释，更无法说服自己，这种计算方法理论说服性不强。

我们经过对各类跨度连续梁构研究总结认为，以设计文件给定的最大不平衡弯矩M和相应最大竖向反力N来确定临时支承抗压强度；以浇筑完成节段混凝土挂篮跌落为最不利倾覆弯矩计算产生的拉应力，确定临时支承的锚固拉力；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；以当地最大的风载来检算T构抗扭和抗平移能力。这样计算既满足抗倾覆要求，又满足浇筑混凝土时的最大风载下的抗扭和抗平移要求，同时还满足设计要求的最大不平衡荷载20吨的要求。

（二）最大不平衡弯矩M和相应最大竖向反力N

经过多个设计文件的比较，设计给出的最大不平衡弯矩M为最大悬臂端挂篮重量产生的弯矩相同，设计给出的最大竖向反力N为T构梁体自重基本相当。墩顶临时支承大多为压应力，极少数产生拉应力。因此此计算结果设置钢管混凝土临时支承就可以满足抗倾覆要求。

（三）施工中特殊荷载

在施工过程中，发生挂篮与该节段混凝土已经浇筑完毕后，一边挂篮发生跌落事故。这是我们最担心的特殊事件，我们希望在发生这样的情况时，连续梁T构也不发生倾覆现象，以避免更大的经济损失。在这种工况下，最不利倾覆弯矩会产生拉应力，因此我们设置抗拉锚固钢筋。

（四）风荷载在施工过程中的影响

由于连续梁0#节段中的永久支座大多为移动支座，在水平荷载的作用下，它不能有效的约束箱梁的移动，箱梁的移动会使临时支承体系产生破坏，甚至T构倾覆倒塌。为了保证T构的稳定，临时支承体系不仅要考虑抗倾覆的能力，还要考虑抗位移能力。箱梁产生的横向位移主要是在风荷载的作用下引起的，因此要检算临时支承抗位移能力是否满足要求。

4. 临时钢支墩设计计算

（一）钢管立柱计算

对于直径为Ф1000cm壁厚为16mm的钢管砼柱（Q235钢材，内填充C55砼）

砼面积Ac=0.736m²，C55砼的设计强度fc=25.3MPa，钢管的设计强度fa=190MPa，钢管半径Rc=500mm，钢管壁厚t=16mm，钢管面积As=0.049m²。根据GB50936-2014 《钢管混凝土结构技术规范》，钢管混凝土单肢柱的承载力Nu按下式计算:

（C55混凝土 ）

式中：

-钢管混凝土单支柱的轴心受压承载力设计值

-钢管混凝土轴心受压短柱的承载力设计值；

-钢管混凝土的套箍指标；

-混凝土抗压强度设计值，C55取25.3Mpa；

-钢管内混凝土的横截面面积；

-钢管的抗压强度设计值，取190Mpa；

-钢管的横截面面积；

-考虑长细比影响的承载力折减系数；

考虑偏心率影响的承载力折减系数

偏心距

截面直径

由计算结果可知：立柱最大轴力 ，符合要求。

（二）0#块临时支墩计算

浇筑时，悬臂一侧重量差超过半个节段底板重或一个挂篮重的50%，取两者中的较大值来计算不平衡弯矩；

竖向荷载N：混凝土自重+机具设备荷载+人群荷载+混凝土冲击荷载+挂篮自重+某一侧混凝土超重5%；

不平衡荷载：悬臂一侧混凝土超重5%（线性分布）+浇筑不同步（半个底板）。

通过力学平衡方程计算出M_倾、F₁、F₂。计算简图及计算过程如下：

临时锚固计算简图

1.竖向荷载计算

(1)混凝土重（0号块考虑由墩身承受）：

1～21#节段混凝土总方量为：( 108.2+103.6+99.2+94.9+105.7+100.3+95.3+90.4+85.8+92.9+87.6+82.6+78+73.7+69.7+74.3+70.2+66.6+63.5+60.9+58.9)×2=3524.6m³

1～21#节段混凝土总重量：3524.6×26.5=93401.9

(2)机具设备、人群及零星材料荷载（取 ）：

14.7m×4.5×2×2=264.6KN

(3)混凝土冲击荷载：取20kN

(4)挂篮自重：0.3×108.2×26.5×2=1720.4KN

(5)某一侧超重5%：93401.9×0.5×5/100=2335KN

合计：N=F1+F2=93401.9+264.6+20+1720.4+2335=97741.9KN

2.不平衡力矩计算

以悬臂最远处的21号节段作为检算依据：

(1)浇筑不同步时，半个底板混凝土产生的不平衡力矩：

171.7KN×82.65m=14191KN.m

_{挂篮行走时，单侧挂篮坠落，另一侧挂篮自重产生的不平衡力矩：860.2KN×82.65m=71095.5KN.m}

_{因此，计算时以单侧挂篮坠落时产生的不平衡力矩进行计算。}

(2)悬臂一侧混凝土超重（悬臂端沿梁体线性分布）：

_{2335KN×82.65m/3=64329.3KN.m}

(1)+(2)组合得M_倾=71095.5+64329.3=135424.8KN.m

3.临时支墩反力计算

方程组如下：

；M_倾=F1×5.3-F2×5.3

推出F1=61646KN，F2=36095.1KN，两侧临时支墩都受压。

4.临时支墩检算

立柱采用直径为Ф1000mm壁厚为16mm的钢管砼柱，当梁体悬臂浇筑至最后阶段时，临时支撑钢管柱无偏心影响 ，故

单侧考虑3根钢管砼柱抵抗倾覆反力，则钢管混凝土单肢柱的承载力 ，满足要求。

由于该大桥地处贵州山区，常年风力比较小，因此不需要检算在风力作用下的抗滑动位移。

5. 检算过程注意事项

除设计文件给出最大不平衡弯矩之外，我们还应该考虑桥梁所处的特殊条件，还应考虑曲线向心倾覆弯矩。当连续梁有较大坡度时，应根据桥梁线形情况，确定坡度纵移倾覆弯矩。当连续梁存在较大不对称齿块时，应计算偏载倾覆弯矩，这弯矩具有方向性，应该进行叠加。

本论文考虑了挂篮跌落时最大的荷载，其他一些荷载可以不考虑，这样可以大大简化计算过程。

5. 体系转换

在边跨合龙段完成之后，中跨合龙段之前，需要进行临时支承体系转换。以往施工工艺均为钢筋混凝土结构，在凿除钢筋混凝土结构时，由于操作空间很小，凿除很困难，但是采用钢管混凝土时，现场只要把钢管立柱与承台连接处，采用氧气乙炔把钢管切割开至外露砼0.5m，用气动风镐凿除立柱根部断开后体系转换完成，然后用吊车将钢管吊运。

四、结束语

贵阳市北京东路火石坡特大桥上跨贵阳高铁东站枢纽连续梁0#块临时支墩体系采用钢管混凝土作为临时支墩的体系，并成功运用了钢管混凝土临时支承体系的施工工艺。在体系转换过程中，缩短了施工周期，提高了现场施工管理水平。为今后类似市政道路大跨度预应力混凝土刚构连续组合梁临时支承施工积累了宝贵的施工经验。

参考文献：
[1]]张继尧,王昌将.悬臂浇筑预应力混凝土连续梁[M].北 京:人民交通出版社,2004.

[2]邓凤学.大跨度连续梁桥悬臂浇筑施工的挠度控制分析[J],2008(3):23225.

[3]孙广华.曲线梁桥计算[M].北京:人民交通出版社,1997.

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