預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)荷載下的受力分析

預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁臨時(shí)固結(jié)荷載下的受力分析

需要臨時(shí)調(diào)整傾斜層。本工程結(jié)合工程實(shí)例，計(jì)算分析了該技術(shù)的應(yīng)用。1結(jié)構(gòu)固結(jié)計(jì)算廣西靖西至那坡高速公路百大特大橋主橋?yàn)?5m+3×150m+85m五跨變截面預(yù)應(yīng)力連續(xù)剛構(gòu)箱梁。橋址位于一V型峽谷,主梁采用后支點(diǎn)三角掛籃對稱懸臂澆注,最大懸臂施工長度為74m(6m+6×3.5m+5×4m+6×4.5m),掛籃自重55t。6#、9#墩墩梁分離。根據(jù)百大特大橋墩高及墩身構(gòu)造尺寸特點(diǎn),對結(jié)構(gòu)墩頂采取預(yù)埋粗鋼筋錨固進(jìn)行臨時(shí)固結(jié)的方式(見圖1～2)進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析計(jì)算,通過建立簡支雙懸臂結(jié)構(gòu)在四種荷載工況下的計(jì)算模型,明確了懸臂澆注連續(xù)箱梁施工臨時(shí)固結(jié)的最不利荷載工況,以及在此工況下臨時(shí)支座的受力情況,然后對臨時(shí)支座及臨時(shí)錨筋進(jìn)行了相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算。為確保梁體結(jié)構(gòu)在懸澆過程中的穩(wěn)定、安全,主梁施工時(shí)需采取臨時(shí)錨固措施。2臨時(shí)固結(jié)計(jì)算2.1計(jì)算假設(shè)的不平衡負(fù)荷和負(fù)荷的狀況(1)斜拉索掛籃與連續(xù)墻節(jié)點(diǎn),按功能分級和懸臂/分①一端堆放材料、機(jī)具等施工荷載,作用在墩柱一側(cè)最后兩個(gè)節(jié)段內(nèi),另一側(cè)空載,按2.5kN/m2計(jì)。②箱梁澆注不均勻荷載,墩柱一側(cè)增加3%,另一側(cè)減少3%。③掛籃施工動(dòng)力系數(shù)偏差(掛籃自重55t),掛籃自重荷載作用于最后節(jié)段和相鄰節(jié)段之間,墩柱一側(cè)動(dòng)力系數(shù)為1.2,另一側(cè)為0.8。④節(jié)段混凝土澆注不同步荷載,作用在節(jié)段端頭,按墩柱一側(cè)節(jié)段末端作用20t集中力,另一側(cè)空載考慮。⑤施工到最大懸臂時(shí),墩柱一側(cè)承受最大風(fēng)載,另一側(cè)空載。⑥邊跨合攏時(shí),合攏段混凝土重量與合攏吊架自重的50%,作用在最后節(jié)段末端。(2)混凝土澆筑載荷組合荷載工況一:最后一節(jié)懸臂段施工完,混凝土達(dá)到強(qiáng)度之前。荷載組合:①+②+③+④+⑤荷載工況二:邊跨合攏段施工完畢,混凝土達(dá)到強(qiáng)度之前。荷載組合:①+②+⑤+⑥荷載工況三:最后一節(jié)懸臂段施工完,混凝土達(dá)到強(qiáng)度之后,一側(cè)掛籃脫落。荷載組合:②+③+⑤荷載工況四:最后一節(jié)懸臂段澆注至快完時(shí),一側(cè)掛籃及混凝土脫落。荷載組合:①+②+③+⑤2.2計(jì)算負(fù)荷的示例2.2.1材料和設(shè)備的制造負(fù)荷按2.5kN/m2面荷載乘以箱梁寬度,換算成線荷載作用于箱梁一側(cè)。2.2.2對已澆梁段的作用力掛籃澆注狀態(tài)荷載模擬,將其模擬為作用在已澆梁段端頭的集中力和集中力矩。根據(jù)對三角掛籃受力情況進(jìn)行分析,其澆注狀態(tài)時(shí),對已澆筑梁段的作用力有如下規(guī)律(假定掛籃自重與混凝土澆注節(jié)段總重為P,掛籃立柱與后支點(diǎn)間距為d):(1)三角掛籃單個(gè)桁架片受力圖示如下:(2)掛籃對已澆梁段作用圖示如下:簡化受力如下所示:則作用在已澆梁段端頭的豎向集中力P和集中力矩M的關(guān)系式為:M=0.45P×d(d值一般按4.5m考慮)。2.2.3橫向風(fēng)荷載強(qiáng)度計(jì)算僅考慮風(fēng)荷載豎向升力作用,風(fēng)荷載豎向升力按橫向風(fēng)力的0.4倍取值(參照英國BSS400規(guī)范),橫向風(fēng)荷載強(qiáng)度計(jì)算公式如下:W=K1K2K3W0(1)式中,W——風(fēng)荷載強(qiáng)度;W0——基本風(fēng)壓,按百年一遇風(fēng)壓考慮,取500Pa;K1——風(fēng)壓高度變化系數(shù),取1.0;K2——風(fēng)載體形系數(shù),取1.3;K3——地形、地理?xiàng)l件系數(shù),取1.15。2.3計(jì)算結(jié)果及分析臨時(shí)支座A、B順橋向間距4.5m,T構(gòu)懸澆施工時(shí),臨時(shí)固結(jié)計(jì)算模型為簡支雙懸臂梁,利用MIDASCIVIL2010有限元軟件對四種荷載工況進(jìn)行建模計(jì)算,箱梁模型均采用梁單元,按實(shí)際尺寸模擬,箱梁澆注3%不均勻性,通過在軟件中修改設(shè)置材料容重來實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如下圖所示:臨時(shí)支座支反力計(jì)算結(jié)果見表1(正為壓應(yīng)力,負(fù)為拉應(yīng)力)。由表1可知,工況四為最不利工況,由此進(jìn)行控制設(shè)計(jì)。2.4精軋螺紋鋼力學(xué)性能單側(cè)臨時(shí)錨筋所受拉力F=16386.7kN單側(cè)錨筋共30根,每根?32精軋螺紋鋼受拉力F1=16386.7/30=546kN單根?32精軋螺紋鋼抗拉承載力[N]=750×π×322/4=603kN>F1=546kN(滿足要求)2.5精軋螺紋鋼預(yù)埋深度精軋螺紋鋼抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fy=750MPa;箱梁混凝土采用C50,軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft1=1.89MPa;墩柱混凝土采用C40,軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值ft2=1.71MPa。精軋螺紋鋼在箱梁內(nèi)的預(yù)埋深度:l1=αfydft1(2)l1=αfydft1(2)式中,α——鋼筋外形系數(shù),帶肋鋼筋為0.14;fy——鋼筋抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值;ft1——混凝土軸心抗拉強(qiáng)度設(shè)計(jì)值。l1=0.14×750×321.89=1778mml1=0.14×750×321.89=1778mm精軋螺紋鋼在墩柱內(nèi)的預(yù)埋深度:l2=αfydft2(3)l2=0.14×750×321.71=1965mml2=αfydft2(3)l2=0.14×750×321.71=1965mm2.6預(yù)應(yīng)力混凝土懸深值確定鋼砂箱支座承受的壓力為R=70155.5kN,壓力均由砂箱承擔(dān)。單側(cè)砂箱平面尺寸為1.5m×7m,高度為0.5m;鋼砂箱面板厚δ=2cm;橫肋采用2][63雙拼槽鋼,間距30cm;豎肋采用2][80雙拼槽鋼,間距30cm;拉條采用?32精軋螺紋鋼,豎向間距30cm,水平間距60cm;砂的內(nèi)摩擦角?=30°,粘聚力C=0,砂對鋼箱的作用力,按朗肯主動(dòng)土壓力計(jì)算。作用在砂箱頂?shù)木济婧奢dF=70155.5/(1.5×7)=6682kΡa朗肯主動(dòng)土壓力Ρ=Ftg2(45°-φ2)=2.2ΜΡa(1)鋼砂箱側(cè)板計(jì)算(δ=2cm)∶按尺寸30cm×30cm四邊固定雙向板作用2.2MPa面荷載計(jì)算,用MIDASCIVIL2010有限元軟件建模計(jì)算,模型如圖12所示:計(jì)算結(jié)果如圖13所示:鋼砂箱最大正應(yīng)力σ=134MPa<[σ]=188.5MPa(滿足要求)(2)鋼砂箱橫肋計(jì)算(2][63):按三跨連續(xù)梁計(jì)算,跨度L=300mm,線荷載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(滿足要求)(3)鋼砂箱豎肋計(jì)算(2][80):按單跨簡支梁計(jì)算,跨度L=300mm,線荷載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(滿足要求)(4)拉條計(jì)算(?32精軋螺紋鋼):拉條布置間距為50cm×60cm,單根拉條受力P=2.2×250×600=330kN單根?32精軋螺紋鋼抗拉承載力[N]=750×π×322/4=603kN>P=330kN(滿足要求)(5)墩頂混凝土局部承壓計(jì)算:墩頂混凝土承受的壓力F=70155.5kN,局部承壓面積A=7×2.5=17.5m2墩身C40混凝土[σa]=19.1MPa墩頂混凝土局部壓應(yīng)力σa=70155.5/17.5=4009kPa=4MPa<[σa]=19.1MPa(滿足要求)(6)墩頂混凝土局部抗拉計(jì)算:即檢算當(dāng)受拉區(qū)混凝土發(fā)生與受拉精軋螺紋鋼相同的應(yīng)變時(shí),混凝土的拉應(yīng)力是否滿足要求。由ζ=ΝEA(ζ相等,N相等),有E鋼A鋼=E混A混則精軋螺紋鋼四周承擔(dān)受拉區(qū)混凝土所需最小面積:A混=E鋼A鋼E混=20030×804=5360mm2當(dāng)精軋螺紋鋼間距為15cm×60cm時(shí),將其周邊受拉區(qū)混凝土簡化為一個(gè)半徑為7.5cm的圓,其面積為:A實(shí)際=π×752=17672mm2>A混=5360mm2(滿足要求)經(jīng)計(jì)算及論證,廣西靖西至那坡高速公路百大特大橋預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆連續(xù)箱梁采用墩梁臨時(shí)固結(jié)方法為:擬采用在0#塊施工時(shí),在墩頂設(shè)置臨時(shí)錨固鋼筋和鋼砂箱,以承受施工時(shí)由墩兩側(cè)傳來的懸澆梁段荷載,在梁體邊跨合攏后進(jìn)行拆除和體系轉(zhuǎn)換。鋼砂箱沿墩中心兩側(cè)一側(cè)一個(gè),鋼砂箱面板采用δ=2cm鋼板制成,內(nèi)填細(xì)砂,并用?32精軋螺紋鋼對拉;臨時(shí)錨固筋采用精軋螺紋鋼,兩端分別預(yù)埋在梁底和墩頂中,單側(cè)設(shè)置2排,排間距15cm,最外排精軋螺紋鋼距墩身邊緣15cm。3墩梁臨時(shí)固結(jié)與施工操作工藝預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆連續(xù)箱梁采用墩梁臨時(shí)固結(jié)施工,有以下效益:(1)預(yù)應(yīng)力混凝土懸澆連續(xù)箱梁采用墩梁臨時(shí)固結(jié)安全、穩(wěn)定。(2)采用墩梁臨時(shí)固結(jié)與結(jié)