100m连续梁临时固结抗倾覆计算.docx

附件1：

金华至温州铁路扩能改造工程站前工程(JWSG－I标)
跨金丽温高速公路1#特大桥(60＋100＋60)m连续梁

0#块临时固结检算书

计 算：

复 核：

审 核：

中铁四局集团金温铁路第三项目经理部
二〇一一年八月

目 录

1 计算依据 1
2 临时固结概述 1
3 根据设计文件计算 3
3.1工况分析 3
3.2荷载计算 3
3.3设计计算 5
4考虑施工中特殊荷载 6
4.1工况分析 6
4.2荷载计算 6
4.3设计计算 7

1 计算依据
(1)金华至温州铁路扩能改造工程跨金丽温高速公路1#特大桥施工图-金温扩能施(桥)-2；
(2)铁路工程建设通用参考图:时速250公里客运专线铁路有砟轨道现浇预应力混凝土连续梁(双线)《(60＋100＋60)m》 -通桥(2010)2267A-I；
(3)《混凝土结构设计规范》
(4)《路桥施工手册》。
2 临时固结概述
悬臂法施工时，主墩临时固结是上部构造施工安全和质量的关键工序，施工临时支座时，应确保其施工质量。连续梁在采用分段悬臂浇筑过程中，永久支座不能承受施工中产生的不平衡力矩，施工中需采取临时锚固措施，以提供竖向支撑、抵抗施工中产生的各种不平衡力矩，保证“T”构平衡。
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。
在铁道部经规院发布的《60+100+60m现浇预应力混凝土连续梁》，图号：通桥（2010）2267A-I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：“临时固结措施，应能承受中支点处最大不平衡弯矩56557KN－m和相应竖向反力51430KN。此不平衡弯矩未考虑一侧挂篮突然坠落的情况，施工中应加强挂篮锚固，杜绝发生此类事故。临时锚固措施一般可采取墩顶临时固结、在墩旁设置临时墩等方式，施工单位应结合具体荷载进行计算和检算，并相应设计临时锚固措施，其材料及构造由施工单位自行设计确定。”
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。以设计文件为依据所计算出来的临时支座反力大多为压应力。但是很多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，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。经过对各类跨度T构的研究，总结认为：以设计文件给定的M和N确定临时支座抗压强度；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。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。另外在有台风的区域还应单独考虑风荷载效应。
跨金丽温高速公路1#特大桥100m连续梁临时固结支座采用C50钢筋混凝土块体，尺寸2.88m×0.8m，分列支撑垫石两侧；为方便拆除，临时支座上下设置2层5cm厚同强度硫磺砂浆；并在临时支座内设置锚筋，每个临时支座均采用105根3m长Φ32mm钢筋，锚入墩内1.5m，锚入梁内0.85m。

图2-1 临时锚固布置图
3 根据设计文件计算
3.1工况分析

以铁道部经规院发布的《60+100+60m现浇预应力混凝土连续梁》，图号：通桥（2010）2267A-I为例，不考虑一侧挂篮突然坠落的情况（施工时应加强挂篮锚固，杜绝该类事故发生），只考虑正常施工的情况，即以下两种工况。
工况1：悬浇节段工况，即在浇筑混凝土时，考虑施工机具荷载和风荷载的不对称作用，不同步浇筑节段混凝土的重量差为20t（8m3）。
工况2：挂篮行走工况，即在挂篮行走时，考虑施工机具荷载和风荷载的不对称作用的同时，不同步移动挂篮。
两种工况的荷载分别计算，不会同时产生。
3.2荷载计算
荷载为竖向荷载和不平衡弯矩。
竖向荷载计算如下：
临时支墩所承受的竖向力为混凝土自重，考虑人群机械及冲击荷载，并取恒载系数为1.2,活载系数为1.4,则:
混凝土重量为:4630t，（0号块和2倍的1至13号块）
机械:2.5*1.2*4*13.6=163.2KN
人群:2.5*1.4*4*13.6=190.4KN
冲击荷载:2*1.4*4*13.6=152.3KN
菱形角挂篮及模板重量为80t
则竖向荷载为:
(800+46300)×1.2+163.2+190.4+152.3=57026KN
最大不平衡弯矩计算考虑的不平衡荷载有:
（1）一侧混凝土自重超重5%；
（2）一侧施工线荷载为0.48KN/m2,另一侧为0.24KN/m2（即考虑机具、人群荷载）；
（3）施工挂篮的动力系数,一侧采用1.2,另一侧采用0.8；
（4）另一侧风向上吹,按风压强度W=800Pa；
（5）节段浇筑不同步引起的偏差,控制在20t以下；
（6）挂篮行走不同步，挂篮自重80t。
根据工况分析及规范要求，可得荷载组合：
组合一:(1)+ (2) + (3) + (4)
组合二:(1)+ (2) + (3) +（5）
组合三:(1)+ (2) + (4) +（6）
以最远端的13号块为计算节段,其自重为130t,距离墩中心为49m，则：
(1) 2763×10×5%=1381.5KN
(2) (0.48-0.24)=0.24KN/m2
(3) 80×10×（1.2-0.8）=320KN
(4)800KN/m2
(5) 20×10=200KN
(6) 80×10=800KN
组合一:M=1381.5×24.5+0.24×4×12.2×24.5+320×49+0.8×12.2×49×24.5=61531KN
组合二:M=1381.5×24.5+0.24×4×12.2×24.5+320×49+200×49=59614KN
组合三:M=1381.5×24.5+0.24×4×12.2×24.5+0.8×12.2×49×24.5+800×4=49051KN
按照设计文件要求，临时固结措施要承受中支点处最大不平衡弯矩56557KN.m及相应竖向支反力51430KN，检算时取设计与计算的较大值，即最大支撑力为57026KN，最大不平衡弯矩为61531KNm。
3.3设计计算
墩顶临时支座结构示意图、临时支座的受力结构分析如下图所示：

根据平衡条件可得：……………①
由公式①可求得：…………②
由公式②计算出A、B两临时支座处的反力，即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。
本计算中L=1.575m，N=57026 kNM=61531kNm，可求得
均为压力。
按照设计文件计算的最大不平衡弯矩M和相应竖向反力N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，可根据此压力确定临时支座的混凝土标号。
临时支座的横截面尺寸为0.8×2.88m，最大竖向力为50488KN，支座混凝土采取C50，压应力为：
<23.1MPa,满足要求。
4考虑施工中特殊荷载
4.1工况分析
在施工中，悬臂浇筑到最后节段，如果没有做好挂篮锚固，会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。
4.2荷载计算
荷载主要是竖向荷载和不平衡弯矩，竖向荷载计算同上节，为57026KN。
不平衡弯矩计算时应考虑挂篮坠落的最大荷载，此时其他荷载均应免去，可以大大简化计算程序。即考虑一侧各节段混凝土自重超重5%，以及一侧挂篮与梁段混凝土掉落，由此产生的不平衡弯矩为最不利受力状态。

4.3设计计算
根据上节分析得……………①
由公式①可求得：…………②
⑴按最大弯矩计算
本计算中取L=1.575m，N=57026 kN，M1=122637kNm，可求得

即最大压力为67445kN,最大拉力为10420kN，通过最大压力确定混凝土标号；最大拉力配置墩梁锚固钢筋。
考虑采用Ф32螺纹钢，材料属性为：截面面积A＝804.2mm2,标准强度设计值为300MPa，弹性模量取2×106Mpa，单根力＝804.2×300＝241kN。
故需设置螺纹钢为10420/241=44根。
⑵按2倍安全系数的最大弯矩计算
本计算中L=1.575m，N=57026 kN，考虑2倍安全系数，最大不平衡弯矩值取计算值得2倍，M2=2*122637=245274kNm，可求得

即最大压力为106377kN,最大拉力为49352kN。
综合上述所有计算可知，考虑2倍安全系数时的工况，压力、拉力最大，以最大压力确定混凝土标号；最大拉力配置墩梁锚固钢筋。
临时支座的横截面尺寸为0.8×2.88m，最大竖向力为106377KN，支座混凝土采取C50，压应力为：
<23.1MPa,在不考虑钢筋的情况下即可满足要求。
考虑采用Ф32螺纹钢，材料属性为：截面面积A＝804.2mm2,标准强度设计值为300MPa，弹性模量取2×106Mpa，单根力＝804.2×300＝241kN。
故需设置螺纹钢为49352/241=205根。
本桥临时支座采用C50混凝土、且每个临时支座上设置105根锚筋可以满足抗压、抗倾覆要求。
当每个支座锚筋设置为60根Ф32螺纹钢，一侧设置120根时，安全系数为
1+（120-44）/(205-44)=1.47
能承担的最大不平衡弯矩为122637*1.47=180276kNm
为达到2倍的安全系数，需补充的最大不平衡弯矩为M=245274-180276=64998kNm
在钢管处安装锚筋，L=6.1m,故一侧还需锚筋的根数为64998/12.2/241=21根，取24根，每根钢管设置12根，可满足2倍不平衡弯矩的要求。