浅析大跨连续梁合拢段临时锁定理论计算

浅析大跨连续梁合拢段临时锁定理论计算王家贺（中铁九局集团第七工程有限公司沈阳110044）摘要：大跨连续梁具有纵向不平衡弯矩大、梁体长、横断面大等特点，对于先中跨合拢后边跨合拢施工的大跨连续梁，由于纵向不平衡弯矩大，为确保结构稳定，非固定墩的临时固结需要在中跨合拢段混凝土浇筑完成且强度达到一定要求后才能拆除，同时由于梁体长、横断面大，中跨合拢段混凝土浇筑后，梁体产生较大的温度应力，中跨合拢段混凝土易产生裂缝，结合工程实践，对大跨连续梁先中跨合拢后边跨合拢施工的段临时锁定的理论分析计算和措施进行阐述。关键词：大跨连续梁；温度应力；临时锁定1工程概况中铁九局七公司在盘锦至营口客运专线承担了盘锦特大桥0-210#墩的施工任务，其中124＃～127＃墩设计为80＋128＋80m现浇连续梁，梁全长290.9m，该梁采用转体施工，单幅转体梁段重120000KN，转体后梁部处于悬臂状态，单个T构单侧悬臂长63m，中跨合拢段和边跨合拢段均长2m，为尽量缩短中跨合拢段的施工时间，减少对营业线行车安全的影响，该连续梁采用先中跨合拢后边跨合拢的施工顺序。2合拢段临时锁定2.1临时锁定的作用合拢段混凝土浇筑后,因气温的变化会引起梁体的伸缩变形,同时梁体左右日照温度不同还会引起梁的扭曲变形,需对合拢段进行临时锁定。对于未拆除临时固结的梁体，合拢段临时锁定主要抵抗温度应力,保证结构的稳定和合拢段不出现裂纹。2.2临时锁定的计算假设中跨合拢时，梁体温度变形产生温度应力，同时合拢口变形与墩顶变形释放部分温度应力。临时锁定刚性连接与临时预应力筋预加力确保合拢段变形裂缝满足规范要求，临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的压力及临时预应力筋预加力。边跨合拢时，以合拢段长度不变,临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的梁部与模板体系产生的摩擦阻力。边跨模板与混凝土的摩擦系数取0.15。计算时只考虑温差影响；由于合拢段施工时各梁段混凝土所经历的时间较短，混凝土收缩、徐变产生的变形值相对较小。为简化计算，把变高度变化的梁简化为平均断面的等截面梁处理。2.3中跨合拢段临时锁定2.3.1受力分析由于中跨合拢时，临时支座未拆除，梁体温度变形产生温度应力，同时合拢口变形与墩顶变形释放部分梁体温度应力。降温时，梁体收缩，临时锁定刚性连接与临时预应力筋共同作用保证梁体裂缝在规范允许范围内；升温时，梁体伸长，临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的压力及临时预应力筋预加力。梁体中跨合拢时，结构简图见图2.3.2.1。在温度变化时，假设中跨悬臂结构未释放的变形为1LΔ，未释放的变形将产生温度力F，同时合拢口刚性连接将受力2F，合拢口变形为2LΔ，墩顶受力3F，墩顶变形为3LΔ。墩顶受力如图2.3.2.2所示。图2.3.2.1中跨合拢的结构简图图2.3.2.2墩顶受力温差TΔ，混凝土的线膨胀系数α，中跨T构悬臂梁段长度之和1L，则梁体温度变形：TLαL△Δ1=。对中跨悬臂梁体、合拢段及墩身进行受力分析：中跨悬臂梁段：11111111=2/2/LLAELLAEFΔ△＝，合拢段刚性连接：22222LLAEFΔ＝（不考虑中跨合拢段混凝土受压），墩身:333333HLIEFΔ＝，变形协调关系：LΔ=1LΔ+2LΔ+3h2LHHΔ＋，力学平衡关系：32==FFF其中:1E——梁体混凝土的弹性模量，1A——中跨悬臂梁段混凝土的平均截面积，2E——刚性连接的弹性模量，2A——刚性连接的总截面积，'2E——合拢段混凝土的弹性模量，'2A——合拢段混凝土的截面积，3E——墩身混凝土的弹性模量，3I——墩身的截面惯性距，H——墩底至梁底的距离，h——中跨合拢口中心至中支点处梁底的距离，2.3.2工程实例受力计算以盘营客专盘锦特大桥跨沟海线80+128+80m连续梁为例。（1)合拢段刚性连接设置中跨第三现浇段梁端端部截面（中跨合拢段的接触面）腹板底和顶板各预埋8块40cm高、21cm宽、2cm厚的钢板用于内刚性连接，预埋钢板外面与对应梁端混凝土截面一平，钢板后加焊加劲钢筋，在对应的预埋钢板之间设一根纵向I32a，I32a与钢板双面焊接，焊缝厚度不小于8mm；同时在中跨第三现浇段梁端顶板、底板上各预埋4块长100cm、宽80cm、厚2cm的钢板用做外刚性连接，钢板顶面与对于混凝土顶面一平，钢板底设加劲钢筋，对应的预埋钢板之间设纵向双I56c，每根I56c与钢板之间双面焊接，焊缝长度不小于90cm，焊缝厚度不小于8mm。（2)已知条件采取措施使温差TΔ=5℃，混凝土的线膨胀系数α=1*10-5m/(℃·m)，梁体温度变形：TLαL△Δ1==6.3mm。中跨T构悬臂梁段长度之和1L=126m，梁体C50混凝土的弹性模量1E=3.45*104MPa，中跨悬臂梁段混凝土的平均截面积1A=23939860mm2，刚性连接的弹性模量2E=2.1*105MPa，刚性连接的总截面积2A=180000mm2，合拢段混凝土的弹性模量'2E=3.45*104MPa，合拢段混凝土的截面积'2A=15714458mm2，墩身C40混凝土的弹性模量3E=3.25*104MPa，墩身的截面惯性距3I=6759372090cm4，墩底至梁底的距离H=7.2m，中跨合拢口中心至中支点处梁底的距离h=6.8m，（3)理论计算将已知条件带入分析公式，可算得：1LΔ=2.257mm，2LΔ=0.783mm，3LΔ=3.260mm，F=23673KN。a．降温计算降温时，梁体收缩，刚性连接受拉，合拢段温度应力由刚性连接、梁体纵向钢筋、临时预应力筋抵抗。混凝土的允许裂缝宽度0.2mm，则刚性连接抵抗温度应力为：1F=0.2×2.1×105÷2000×(15800×8+6700×8)÷1000=3780KN,梁体纵向钢筋N9Φ16共376根，其抗拉力为：2F=0.2×2.1×105÷2000×3.14×16×16÷4×376÷1000=1587.6KN,则临时预应力筋张拉束抵抗的拉力为:23673-3780-1587.6=9431.1KN，张拉顶板2束T17、底板2束B10、4束B2共8束钢束，则临时张拉力为：9431.1÷[140×(19×2+17×6)×1302÷1000]=0.3696=36.96%，即临时张拉束均张拉至控制应力的36.96%。临时张拉束每束张拉至1200KN，则临时张拉钢束总拉力:3F=1200*8=9600KN。b.升温计算升温计算主要考虑混凝土浇筑前合拢段刚性连接受压是否能够满足承载力要求。升温时，梁体伸长，合拢段刚性连接受压，刚性连接除了抵抗温度应力外，还需抵抗预应力筋的临时张拉力。刚性连接焊接时的气温比最低温度高2℃，则升温温度为3℃，同理计算梁体温度变形产生的力'F=8897.2KN，则合拢段刚性连接所受最大压力4F='F+3F=18479.2KN,4组(8根)外刚性连接焊缝能承受的最大压力为:5F=900*8*160*8*2=18432kN，8根内刚性连接焊缝能承受最大的压力为：6F=6700*8*210/1000=11256KN,刚性连接能承受的最大压力7F=5F+6F=29688KN＞4F=18479.2KN，满足要求。刚性连接的变形:2224'2AELFL＝Δ=0.98mm＜2000*0.05=10mm（塑性材料的允许变性为5%），满足要求。2.4边跨合拢段临时锁定2.4.1受力分析边跨合拢段施工前，解除边墩支座临时约束,在温度变化作用下,由于中墩临时支撑尚未拆除，只有边跨现浇段模板对梁体有约束力,如果约束力小于梁体温度应力,梁体变化引起的微小滑动。只要保证合拢段刚性连接的承载力大于梁体与模板的约束力即可保证合拢段相对无变形。设木模板与混凝土之间的摩擦系数为μ,则合拢段刚性支撑所受轴力:N=μG。其中,G为边跨现浇段梁段的重力。升温时，合拢段刚性连接的承载力能够满足承载力要求；降温时，合拢段刚性连接能够保证合拢段混凝土的裂缝满足要求。2.3.2工程实例受力计算以盘营客专盘锦特大桥跨沟海线80+128+80m连续梁为例。（1)合拢段刚构设置在边跨现浇段及边跨第三现浇段梁端部截面顶板预埋2块40cm高、21cm宽、2cm厚的钢板，在腹板底预埋2块28cm高、21cm宽、2cm厚的钢板，钢板用于内刚性连接，钢板后加焊加劲钢筋，在对应的顶板预埋钢板之间设一根纵向I32a、腹板预埋钢板之间设一根纵向I20a，钢板外面与对应梁端混凝土截面一平；同时在边跨现浇段和边跨第三现浇段梁端顶板、底板上各预埋4块长100cm、宽80cm、厚2cm的钢板用做外刚性连接，钢板底设加劲钢筋，对应的预埋钢板之间设纵向双I56c，外刚性连接钢板顶面与对于混凝土顶面一平。（2)已知条件木模板与混凝土之间的摩擦系数μ=0.15,边跨现浇段梁段的重力G=876.32KN，外刚性连接在钢板上焊缝长度L=90cm,每根I56c与预埋钢板的焊缝均四周满焊,焊缝厚度δ=8mm，每根I56c的横截面积为1800mm2，每根I32a的横截面积为3200mm2，每根I20a的横截面积为3550mm2。（3)理论计算a．升温计算将已知条件带入分析公式，可算得：N=1241.45kN，4组（8根）外刚性连接所承受的最大力Fw=900×8×160×8×2÷1000=18432KN,4根内刚性连接所能承受最大的压力为Fn=(6700×2+3550×2)×210÷1000=4305KN,刚性连接所能承受的最大压力为Fs=Fsw+Fsn=22737KN＞N=1241.45kN，满足要求。b．降温计算合拢段温度拉应力由刚性连接、梁体纵向钢筋和临时张拉钢束抵抗。混凝土的允许裂缝宽度0.2mm，则刚性连接能抵抗温度应力为Fj，Fj=0.2×2.1×105÷2000×(15800×8+6700×2+3550×2)÷1000=3084.9KN＞N=1241.45kN，满足要求。故边跨合拢段不需进行临时预应力束张拉，但为保证边跨合拢段施工时梁体的整体稳定，张拉2束底板钢束D1和2束顶板钢束T19至600KN。3合拢段临时锁定施工的注意事项对于大跨连续梁，中跨合拢段临时锁定要根据天气情况控制在混凝土浇筑前几天的某一低温而不是最低温度,边跨合拢段临时锁定宜控制在混凝土浇筑前几天的最低温度。临时锁定施工时注意刚性连接的一端全部焊完后再焊接另一端，刚性连接的焊缝要饱满。要根据中跨合拢段锁定时的墩顶受力对墩梁固结进行检算，采取有效的墩梁固结措施，确保梁体结构的稳定性和完整性。对于日温度变化较大的天气，需要采取有效措施，确保悬臂梁端的温度变化控制在较小范围。4结束语通过盘营客专盘锦特大桥跨沟海线80+128+80m连续梁的工程实践，对于大跨连续梁先中跨合拢后边跨合拢施工的临时锁定，采取科学的理论计算和有效的锁定措施，能够确保合拢段施工时结构的稳定和避免中跨合拢段裂缝的产生。王家贺，男，1984年出生，助理工程师