刚构连续梁合拢段锁定计算

1、刚构连续梁合拢段施工方案与锁定计算林 哲彭 景摘 要：本文以武广客专宋家湾特大桥48m+80m+48m连续梁设计图为例,对其合龙段进行锁定设计计算,以供设计单位未提供刚构连续梁合龙段锁定设计的施工单位设计参考。关键词：刚构连续梁 合龙段 锁定设计Locking Calculation on the Closing Section of Continuous Rigid-Frame BeamLin Zhe（Shanxi Province Expressway Construction Group Corporation, Xi'an 410117）Abstract : Based on

2、the 48m+80m+48m continuous beam design sketch of Songjiawan great bridge in Wuhan-Guangzhou Passenger Dedicated Line, this paper introduces the locking design calculation of the closing section. It may serve as a useful reference for the construction unit which is not offered the locking calculation

3、 about the closing section of continuous rigid-frame bridge by the design unit. Key words: continuous ridge-frame beam, the closing section, locking calculation1.编制依据1.1.中铁工程设计咨询集团有限公司时速350公里客运专线铁路无碴轨道现浇预应力混凝土连续梁（双线）（48+80+48）m直曲线，图号：通桥（2005）2368- 和修改设计（48+80+48）m直曲线，图号：通桥（2005）2368- -WG。1.2.合拢段锁定计算

4、假设1.2.1.保持合拢段长度不变，锁定骨架支撑力能够抵消梁体温度变形引起的支座或模板体系产生的摩擦阻力即可。1.2.2.边跨合拢时边跨模板与砼的摩擦系数取0.15，中跨合拢时活动支座摩擦力取0.05。2.工程概述宋家湾特大桥于12号墩与广台间设计有48m+80m+48m连续梁，属“T”构设计，单T构梁段共10个段，边跨合拢段2梁段，中跨合拢段1梁段。连续梁合拢段施工顺序为:先合拢边跨，再合拢中跨。合拢温度应符合设计要求，合拢 作者简介：林哲（1976），男，陕西西安人，工学学士，大学本科，工程师 主要从事高速公路施工管理工作; 彭景（74年），男，贵州省纳雍县人，大学本科，工程师。主要从事桥

5、的研究工作。彭景（74年），男，贵州省纳雍县人，大学本科，工程师。主要从事桥的研究工作。段两端悬臂标高及轴线允许应符合设计或规范要求。边跨合拢段在悬浇10#节段及边跨现浇段完成后施工，长度2m，截面高度3.85 m，砼方量22.716m3，重59.062吨，梁体砼设计为高性能C50，采用C55微膨胀砼。边跨合拢段砼浇筑后，张拉并锚固纵向预应力束T14、B11B14及横向、竖向预应力筋；主墩顶临时固结解除、落梁后，张拉并锚固纵向预应力束B9B10，拆除边孔支架，安装中跨跨中临时刚性连接构造及中跨合拢段临时吊架，浇筑其砼，张拉并锚固纵向预应力束T13、B1B8、B15及横向、竖向预应力筋。中跨合拢

6、段在边跨合拢段完成后施工，长度2m，截面高度3.85 m，砼方量22.716m3，重59.062吨，梁体砼设计为高性能C50，采用C55微膨胀砼。中跨合拢段砼浇筑后，张拉并锚固纵向预应力束T13、B1B8、B15及横向、竖向预应力筋。拆除吊架后解除临时钢性骨架。3.合拢方式与拟定的锁定技术3.1.合拢段施工是悬灌梁体施工的一道关键工序，在主梁悬臂灌注完毕后均应尽快完成与边跨现浇段的合拢和中跨合拢段的现浇施工，使主梁由双臂状况转化为连续整体，结构体系发生变化，在合拢段施工过程中，因砼自重、温度变化、施工荷载的作用，在悬臂梁端产生位移，影响合拢段砼悬臂梁端的连接，易产生裂纹，施工中通常采用劲性骨架

7、支撑和临时预应力的撑拉作用将合拢口锁定，同时在灌注砼时在合拢口处增减等载压重，保持合拢口两梁端无相对位移，在灌注砼时从而保证合拢段砼与悬臂梁端之间不产生裂纹。3.2.根据连续梁结构的不同，其合拢方式和顺序亦不同，由此引起的结构恒载内力不同，体系转换时由徐变引起的内力重分布也不相同，本桥连续梁合拢段施工顺序为:先合拢12墩边跨（1），后合拢广台边跨（2），再合拢中跨（3）。3.3.本桥合拢口的锁定拟定采用240C槽钢组合焊接为劲性钢骨架支撑(临时外支撑)和张拉合拢口一定范围内的顶底板临时预应力束外拉的方式将两端悬臂临时联结共同锁定用刚性支撑抵抗砼升温时产生的压力，用预应力抵抗降温时产生的拉力，以

8、保护合拢段混凝土的完整。刚性支撑设置：边跨现浇段及11#块端部顶底板各预埋4根400mm的槽钢，槽钢根部加焊锚筋进行加强，沿梁顶底板纵向设4根400mm的槽钢支撑。边跨合拢段张拉顶板束为T14,底板束为B13中跨合拢段为张拉顶板束为T13,底板束为B74.合拢力学分析原理和计算过程4.1.合拢力学分析原理合拢口锁定主要是克服梁体温差变化产生的轴向力和合拢段砼作用下产生的弯矩。梁体降温时，砼发生收缩变形，对合拢因产生拉力，由此确定预应力的张拉力，梁体升温时，砼发生膨胀，对合拢后产生压力，由此确定刚性支撑的断面，力学模型如下：为简化计算，将温度变化产生的轴向力按线膨胀计算，箱梁分段按平均断面计。假

9、设两墩身无位移，则依变形协调原理N梁因升温所受轴向力混凝土线膨胀系数，取1.0×10-5Lh、Lg悬臂梁段长和合拢段长（Lh39m、Lg2m）Eg、Eh钢材、砼的弹性模量(Eg=2.1×105Mpa、Eh=3.5×104 Mpa)Aih、Iih第i段梁的断面和长度由于合拢期短，可不计砼的徐变，对中、大跨度的桥梁，箱梁断面较大，由于温度升高将会产生数千吨的温度内力，刚性支撑无法承受，故为方便施工，宜在合拢口锁定后立即释放一端梁的滑动支座约束，对连续刚构，是要求墩身有一定的柔度。当梁体滑动支座约束解除后，合拢口刚性支撑受力情况发生变化：当升温t 时N= Q×

10、f+NY式中N合拢口刚性支撑所受压力f支座摩阻系数，根据现场进场材料说明取0.05Q支座上的梁体重量NY预应力束的张拉力当降温t时N= NY-Q×f由以上分析可见，合拢口刚性支撑是升温时控制。在合拢口施工设计时，依据实际情况，测得砼灌注时和砼达到足够强度时的温差t，由此计算出梁降温时产生的温度内力，若其小于Q×f，则可不设或少设临时预应力束，若其大于Q×f，依抗裂安全要求，可求得所需预应力值：即令N= NY-Q×f0NYQ×f据此选定刚性支撑断面或者验算劲性骨架。4.2.计算分析过程：4.2.1.现场温度统计表根据07年郴州地区气象局提供每月气

11、温和08年6、7月如下表序号项目6月7月8月9月10月1最低气温26.130.224.222.416.52平均气温28.132.429.325.220.83最高气温30.234.833.429.625.6本桥根据目前施工进展，计划在8月下旬到9月下旬进行相应的边中跨合拢。梁端到主墩39m，按梁体浇筑后洒水降温，升温后最大温差取15考虑计算4.2.2.由于在桥墩13和14主墩位置设置了临时固结装置，依据箱梁截面特性统计表：488048连续刚构宋家湾特大桥箱梁截面特性表节段号平均截面面积节段长度Lhi/(Eh*Ahi)备注m2m(10-12Mpa)悬臂长022.144.55.81墩顶临时固结长1.

12、5米119.822.73.89218.952.74.07316.973.15.22415.053.56.64514.343.56.97613.723.57.29713.173.57.59812.143.58.24911.553.58.661011.363.58.80合拢段1111.3625.03边跨现浇127.75依据中跨计算合拢段，对边跨合拢偏安全，假设两墩身无位移，则依变形协调原理依据公式：将相关数据L=80m t=15代入计算得N=45625KN 计算说明温度应力引起的力较大，此时只有边跨合拢后对梁体有约束力，如果约束力小于梁体温度应力，梁体肯定会产生位移。因为合拢期短，可不计砼的徐变，

13、由于温度升高将会产生数千吨的温度内力，刚性支撑无法承受，由于先边跨合拢后将边跨支架底模脱离开梁体后，中跨合拢段由于14墩为固定支座，只能通过主墩13和12墩的活动支座移动，故为方便施工，在边跨合拢后张拉预应力钢束前应将立即释放一端梁（12墩）的滑动支座约束。待边跨合拢张拉完成后对13号和14的临时固结装置进行解除，这对13号墩梁体滑动支座约束解除后，合拢口刚性支撑受力情况发生变化：箱梁在温度变化时引起的热胀冷缩产生的轴向应力一部分会因为支座的活动得以释放。边跨合拢的应力计算图如下：箱梁因温度变化产生的轴向应力即等于支座的摩擦力。根据上述分析则：N= Q×f将先边跨合拢时：根据设计图纸

14、梁重取Q59.062*10=591KN，f0.15 带入N=591×0.15=88.7 KN待边跨合拢后梁重为T构重与边跨现浇段和合拢段重依据图纸取Q34638.03KN，f0.05同理带入N=34638.03×0.05=1731.9KN故中（边）合拢段劲性骨架和临时张拉预应力值按照中跨受力较大设计偏于安全,取N=1731.9KN, NY=1731.9KN。4.2.3.劲性骨架验算和临时预应力张拉束值验算 1)劲性骨架(临时外支撑)设计验算根据现场的实际情况，在底板顶及顶板顶两边预埋240C槽钢，在其上焊接240C沿梁向槽钢。见下图所示(1)劲性钢骨架容许力计算槽钢40C截

15、面特性 A=91.042 重量q=71.47Kg/m IX=1911.04 WX=985.63t=1.8cm b=10.4cm d=1.45cm H=40cm a=7.2cmh1=h-2t=402×1.8=36.4cmZ=1/2×b2×hh1×(b-d) 2/b×hh1×(b-d)= =7.82cmZ0=bz=10.47.82=2.58cmIy0=1/3×hz03h1(z0d)3+2/3×(t×z3)= 573.85cm4Iz0=1/12bh3(bd)h13= 19496.2 cm4Am=bhh1(bd)

16、 ×2=180.44 cm2组合截面的劲性骨架采取外锁式，其预埋在边跨现浇段与边跨悬臂端（当主跨合拢时，其预埋在11号梁段端头，其压杆长度取2.4m进行两端焊接，视为两端固定），故劲性骨架=1进行压杆验算槽钢2 40C截面组合后最大临界力为：Iz2 Iz02×19496.238992.4 cm4 Iy2 Iy0+A(a/2+z) 22×573.85+180.44×(7.2/2+7.82) 2=24680.04 cm4IyIzry = (Iy/Am)1/2=(24680.04/180.44) 1/2=11.695cm=×L/ ry=1×

17、240/11.695=20.5,查取1=0.938则单个立杆径性钢骨架受力N=×Am×f f=170=0.938×180.44×170 =2877.3KN每个合拢段设置了共有4根组合槽钢，则支撑力N=4×2877.3=11509.2KN1731.9KN即满足安全，其安全贮备K=6.65由于合拢段劲性骨架在受温度应力和自重力杆件受弯作用下，杆件的应力验算如下图： L=2.4m q为槽钢组合自重q=2×71.47×4=5.72KN/mN1731.9KN杆件在跨中1/3长度范围内最大计算弯矩M=ql2/24=5.72×2

18、.42/24=1.3728KN·m根据N/ Am+1/(2)×M/WX 取1.4根据槽钢组合构件长细比×L/H×rZ/ ryrZ =(Iz/Am) 1/2=(38992.4/180.44) 1/2=14.7cm公式中=1.8代入得13.575 查得2=0.900代入公式N/ Am+1/(2)×M/WX1731.9KN /(180.44×4)+0.938/(1.4×0.9) ×1.3728/(985.6×4) =2.4Mpa2=0.9×140=126 Mpa(可)在组合槽钢预埋位置受剪力计算：N/

19、 Am1731.9/(180.44×4)=2.4Mpa85 Mpa(可)根据以上验算选择的槽钢组合具有较大的安全贮备，安全满足要求。2)预应力张拉临时束张拉力计算边跨合拢段张拉顶板束为T14（1475）,底板束为B13（1775）左右各一束；中跨合拢段为张拉顶板束为T13（1475）,底板束为B7（1775）左右各一束；75钢绞线面积取140mm2,则张拉力值取：1731.9KN/4=433KN5.施工过程注意事项和控制要点5.1.施工前测试合拢段施工时期的最低温度和最高温度，确定合拢时间，并为合拢口锁定提供依据。5.2.合拢口锁定应迅速，对称进行，刚性支撑安装、焊接完成后，立即张拉临时预应力束，之后释放一侧滑动支座约束。5.3. 边跨现浇段不需配重，中跨合拢口距梁端等距压载合拢口砼重的一半，并随砼的浇注同时减载，减载量与砼的灌注量相等，可采用水箱加水或砂袋增减。5.4.合拢口砼应比