预应力混凝土连续箱梁临时固结荷载下的受力分析

预应力混凝土连续箱梁临时固结荷载下的受力分析

需要临时调整倾斜层。本工程结合工程实例，计算分析了该技术的应用。1结构固结计算广西靖西至那坡高速公路百大特大桥主桥为85m+3×150m+85m五跨变截面预应力连续刚构箱梁。桥址位于一V型峡谷,主梁采用后支点三角挂篮对称悬臂浇注,最大悬臂施工长度为74m(6m+6×3.5m+5×4m+6×4.5m),挂篮自重55t。6#、9#墩墩梁分离。根据百大特大桥墩高及墩身构造尺寸特点,对结构墩顶采取预埋粗钢筋锚固进行临时固结的方式(见图1～2)进行结构受力分析计算,通过建立简支双悬臂结构在四种荷载工况下的计算模型,明确了悬臂浇注连续箱梁施工临时固结的最不利荷载工况,以及在此工况下临时支座的受力情况,然后对临时支座及临时锚筋进行了相应的结构计算。为确保梁体结构在悬浇过程中的稳定、安全,主梁施工时需采取临时锚固措施。2临时固结计算2.1计算假设的不平衡负荷和负荷的状况(1)斜拉索挂篮与连续墙节点,按功能分级和悬臂/分①一端堆放材料、机具等施工荷载,作用在墩柱一侧最后两个节段内,另一侧空载,按2.5kN/m2计。②箱梁浇注不均匀荷载,墩柱一侧增加3%,另一侧减少3%。③挂篮施工动力系数偏差(挂篮自重55t),挂篮自重荷载作用于最后节段和相邻节段之间,墩柱一侧动力系数为1.2,另一侧为0.8。④节段混凝土浇注不同步荷载,作用在节段端头,按墩柱一侧节段末端作用20t集中力,另一侧空载考虑。⑤施工到最大悬臂时,墩柱一侧承受最大风载,另一侧空载。⑥边跨合拢时,合拢段混凝土重量与合拢吊架自重的50%,作用在最后节段末端。(2)混凝土浇筑载荷组合荷载工况一:最后一节悬臂段施工完,混凝土达到强度之前。荷载组合:①+②+③+④+⑤荷载工况二:边跨合拢段施工完毕,混凝土达到强度之前。荷载组合:①+②+⑤+⑥荷载工况三:最后一节悬臂段施工完,混凝土达到强度之后,一侧挂篮脱落。荷载组合:②+③+⑤荷载工况四:最后一节悬臂段浇注至快完时,一侧挂篮及混凝土脱落。荷载组合:①+②+③+⑤2.2计算负荷的示例2.2.1材料和设备的制造负荷按2.5kN/m2面荷载乘以箱梁宽度,换算成线荷载作用于箱梁一侧。2.2.2对已浇梁段的作用力挂篮浇注状态荷载模拟,将其模拟为作用在已浇梁段端头的集中力和集中力矩。根据对三角挂篮受力情况进行分析,其浇注状态时,对已浇筑梁段的作用力有如下规律(假定挂篮自重与混凝土浇注节段总重为P,挂篮立柱与后支点间距为d):(1)三角挂篮单个桁架片受力图示如下:(2)挂篮对已浇梁段作用图示如下:简化受力如下所示:则作用在已浇梁段端头的竖向集中力P和集中力矩M的关系式为:M=0.45P×d(d值一般按4.5m考虑)。2.2.3横向风荷载强度计算仅考虑风荷载竖向升力作用,风荷载竖向升力按横向风力的0.4倍取值(参照英国BSS400规范),横向风荷载强度计算公式如下:W=K1K2K3W0(1)式中,W——风荷载强度;W0——基本风压,按百年一遇风压考虑,取500Pa;K1——风压高度变化系数,取1.0;K2——风载体形系数,取1.3;K3——地形、地理条件系数,取1.15。2.3计算结果及分析临时支座A、B顺桥向间距4.5m,T构悬浇施工时,临时固结计算模型为简支双悬臂梁,利用MIDASCIVIL2010有限元软件对四种荷载工况进行建模计算,箱梁模型均采用梁单元,按实际尺寸模拟,箱梁浇注3%不均匀性,通过在软件中修改设置材料容重来实现。结构计算模型如下图所示:临时支座支反力计算结果见表1(正为压应力,负为拉应力)。由表1可知,工况四为最不利工况,由此进行控制设计。2.4精轧螺纹钢力学性能单侧临时锚筋所受拉力F=16386.7kN单侧锚筋共30根,每根ϕ32精轧螺纹钢受拉力F1=16386.7/30=546kN单根ϕ32精轧螺纹钢抗拉承载力[N]=750×π×322/4=603kN>F1=546kN(满足要求)2.5精轧螺纹钢预埋深度精轧螺纹钢抗拉强度设计值fy=750MPa;箱梁混凝土采用C50,轴心抗拉强度设计值ft1=1.89MPa;墩柱混凝土采用C40,轴心抗拉强度设计值ft2=1.71MPa。精轧螺纹钢在箱梁内的预埋深度:l1=αfydft1(2)l1=αfydft1(2)式中,α——钢筋外形系数,带肋钢筋为0.14;fy——钢筋抗拉强度设计值;ft1——混凝土轴心抗拉强度设计值。l1=0.14×750×321.89=1778mml1=0.14×750×321.89=1778mm精轧螺纹钢在墩柱内的预埋深度:l2=αfydft2(3)l2=0.14×750×321.71=1965mml2=αfydft2(3)l2=0.14×750×321.71=1965mm2.6预应力混凝土悬深值确定钢砂箱支座承受的压力为R=70155.5kN,压力均由砂箱承担。单侧砂箱平面尺寸为1.5m×7m,高度为0.5m;钢砂箱面板厚δ=2cm;横肋采用2][63双拼槽钢,间距30cm;竖肋采用2][80双拼槽钢,间距30cm;拉条采用ϕ32精轧螺纹钢,竖向间距30cm,水平间距60cm;砂的内摩擦角ϕ=30°,粘聚力C=0,砂对钢箱的作用力,按朗肯主动土压力计算。作用在砂箱顶的均布面荷载F=70155.5/(1.5×7)=6682kΡa朗肯主动土压力Ρ=Ftg2(45°-φ2)=2.2ΜΡa(1)钢砂箱侧板计算(δ=2cm)∶按尺寸30cm×30cm四边固定双向板作用2.2MPa面荷载计算,用MIDASCIVIL2010有限元软件建模计算,模型如图12所示:计算结果如图13所示:钢砂箱最大正应力σ=134MPa<[σ]=188.5MPa(满足要求)(2)钢砂箱横肋计算(2][63):按三跨连续梁计算,跨度L=300mm,线荷载q=2.2×250=550Ν/mmΜ=110ql2=110×550×3302=4.95×106Ν⋅mmW=10.2×105/31.5=3.2×104mm3σ=ΜW=4.95×1063.2×104=155ΜΡa＜[σ]=188.5ΜΡa(满足要求)(3)钢砂箱竖肋计算(2][80):按单跨简支梁计算,跨度L=300mm,线荷载q=2.2×300=6650Ν/mmΜ=18ql2=18×660×3002=7.4×106Ν⋅mmW=2×105/40=5×104mm3σ=ΜW=7.4×1065×104=148ΜΡa＜[σ]=188.5ΜΡa(满足要求)(4)拉条计算(ϕ32精轧螺纹钢):拉条布置间距为50cm×60cm,单根拉条受力P=2.2×250×600=330kN单根ϕ32精轧螺纹钢抗拉承载力[N]=750×π×322/4=603kN>P=330kN(满足要求)(5)墩顶混凝土局部承压计算:墩顶混凝土承受的压力F=70155.5kN,局部承压面积A=7×2.5=17.5m2墩身C40混凝土[σa]=19.1MPa墩顶混凝土局部压应力σa=70155.5/17.5=4009kPa=4MPa<[σa]=19.1MPa(满足要求)(6)墩顶混凝土局部抗拉计算:即检算当受拉区混凝土发生与受拉精轧螺纹钢相同的应变时,混凝土的拉应力是否满足要求。由ζ=ΝEA(ζ相等,N相等),有E钢A钢=E混A混则精轧螺纹钢四周承担受拉区混凝土所需最小面积:A混=E钢A钢E混=20030×804=5360mm2当精轧螺纹钢间距为15cm×60cm时,将其周边受拉区混凝土简化为一个半径为7.5cm的圆,其面积为:A实际=π×752=17672mm2>A混=5360mm2(满足要求)经计算及论证,广西靖西至那坡高速公路百大特大桥预应力混凝土悬浇连续箱梁采用墩梁临时固结方法为:拟采用在0#块施工时,在墩顶设置临时锚固钢筋和钢砂箱,以承受施工时由墩两侧传来的悬浇梁段荷载,在梁体边跨合拢后进行拆除和体系转换。钢砂箱沿墩中心两侧一侧一个,钢砂箱面板采用δ=2cm钢板制成,内填细砂,并用ϕ32精轧螺纹钢对拉;临时锚固筋采用精轧螺纹钢,两端分别预埋在梁底和墩顶中,单侧设置2排,排间距15cm,最外排精轧螺纹钢距墩身边缘15cm。3墩梁临时固结与施工操作工艺预应力混凝土悬浇连续箱梁采用墩梁临时固结施工,有以下效益:(1)预应力混凝土悬浇连续箱梁采用墩梁临时固结安全、稳定。(2)采用墩梁临时固结与结