浅谈悬臂连续梁体系转换施工
【摘要】：随着近年来我国高速铁路的快速发展，铁路常用跨度连续梁在高铁施工中应用广泛，大跨径预应力混凝土连续梁桥大多采用悬臂浇注法施工,本文注重介绍悬臂连续梁施工中体系转换这一重要工序，针对悬臂连续梁施工的特点，以本项目连续梁施工为例,结合其实际施工过程及使用工况,介绍连续梁体系转换的方法、步骤以及注意事项，为同类桥梁的悬臂梁体系施工提供参考。 【关键词】： 悬臂施工 体系转换 施工技术
工程概况
朝阳河特大桥，位于湖南省新化县，中心里程为DK216+886.9，其中10#、11#为连续梁主墩，斜跨朝阳河。下部为钻孔灌注桩基础、双线圆端形实体墩。（32m+48m+32m）预应力混凝土连续梁，梁体为单箱单室，斜腹板、变截面、变高度结构，箱梁顶宽12m，箱梁底宽5.0-5.5m，顶板厚度除梁端为0.6m外，其余均为0.4m；底板厚度在0.4-0.8m之间，按折线变化，其中端支点为0.6m，腹板厚0.48-0.8m，厚度按折线变化，中支点处局部加厚到1.45m，端支点处腹板厚为0.5m。全联在端支点、中跨跨中及中支点处共设5道横隔板，横隔板设有孔洞，供检查人员通过。0号块长6m，采用钢管支架现浇施工。墩顶以上箱梁截面，腹板宽0.8m、1.45m，顶板厚0.4m，底板厚0.8m；梁底墩顶纵向宽度为2.5m。
主桥箱梁0#块采用落地钢管支架法施工，1#-6#块采用三角挂篮悬浇对称施工，边跨现浇段及合拢段采用落地钢管支架法施工，中跨合拢段均采用悬吊支架现浇。全桥共计19个梁段，其中悬浇段12个，0#块2个，中跨合拢段1个，边跨合拢段2个，边跨现浇段2个。
临时支座和锚固在体系转换未完成之前承载悬臂梁体所有重量和不平衡荷载，包括设计梁体静载和施工机具和材料等，连续梁体系转换的主要工序就是临时支座和锚固的凿除，为了更好的了解体系转换的过程和原理，先将临时固结的受力情况进行分析一下，下面是本桥临时固结的受力计算： 荷载分析
梁体静载
考虑设计节段与施工节段梁体静载的变化误差及梁体静载的不均匀，一侧悬臂增大5%左右，另一侧悬臂静载减少5%。
施工机具及材料荷载
考虑施工需要梁体上堆放施工机具及材料，计算时考虑最不利情况一侧作用有均布荷
载，并在梁端部加有一集中力；另一侧悬臂为空载。半跨均布荷载：2.0kN/m3，荷载系数取1.25；梁端集中力取100 kN（估算值）。
最后一侧悬臂浇筑梁段不同步施工，另一侧为空载。 挂蓝、现浇段突然坠落。 荷载组合
组合一：（1）+（2）+（3） 组合二：（1）+（2）+（4）
荷载组合二为控制荷载，本次计算未考虑风荷载。根据以上分析，悬臂施工边跨合拢时候，中跨处的挂篮突然掉落为最不利情况。 荷载计算
边跨合拢段施工时，取边跨合拢段一半荷载18.71kN，不平衡荷载
P2?100kN?581.98?0.1?0.098kN?101kN
挂篮重为
P3?49588.7?9.8/1000?495.89kN。所以边跨合拢时产生的荷载
2P?615.6kN；以及均布荷载q?2kN/m?12m?24kN/m。梁段的总重量为
581.98kN。 计算简图如下所示：
7#6#5#4#3#2#1#0#1#2#3#4#5#6#7#P2400N1N22325
W1=581.98×1.05 =611.08kN W2=581.98×0.95=552.88kN 所以：N1+N2=P+W1+W2+q×24
P×24+W1×16.8+0.5q×242+N2×6=W2×（16.8+3） 解得：N2= ﹣3500.92kN N1=5822.86kN 临时锚固筋的数量
根据以上验算，临时锚固钢筋的受拉力为3500.92kN。Φ28的钢筋的数量3500.92n=0.25×3.14×0.0282×455×103，n=12 施工中按照每边双排18根布置。 临时垫石受压验算
临时支座采用C50的素混凝土，设计抗压强度为24.4Mpa。受压面积
s=5822.86/23.8=0.245m2，施工中临时支座面积按照1.75㎡设置，具体布置图如下所示
临时支座两排Φ28永久支座
临时支座临时锚固布设图（单位：cm)
1、体系转换的概念
对于悬臂浇筑施工的连续梁（钢构）等桥梁结构，按照一定的顺序施工合拢和解除支座、0号块临时固结的措施，将悬臂施工的静定结构转换为成桥状态的连续梁（钢构）。
2、体系转换的基本原理
大跨度悬臂连续箱梁在挂篮悬灌施工阶段，由墩梁临时刚结单T构悬臂状态，到浇筑边跨合拢段后，通过解除墩梁临时固结，变为带悬臂的简支梁结构。在拆除边跨挂篮和边跨现浇段支架后，安装中跨合拢段临时刚性连接构造，浇筑中跨合拢段混凝土。中跨的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，同时也是梁体从静定结构向超静定结构的转换。中跨合拢后整
联箱梁形成了一个连续梁结构，则完成一个由临时刚结单T构悬臂梁到连续梁结构的体系转换。
3、体系转换施工过程
体系转换施工主要包括滑动支座约束解除、临时固结拆除和后期预应力张拉等内容，中孔的合拢是梁体从单悬臂向连续梁的转换，本桥连续梁体系转换的施工流程如下：边跨合拢→边跨预应力张拉压浆→拆除边跨支架→拆除挂篮，让梁体处于裸梁状态→拆除主墩临时固结→安装中跨临时刚性连接构造→张拉中跨临时钢束→用悬吊支架现浇中跨合拢段→待混凝土强度及弹性模量达到设计值后，张拉并锚固剩余预应力索→拆除悬吊支架，全联贯通、体系转换完成。
其施工顺序应严格按照设计文件规定进行。在桥梁合拢段施工过程中，主梁由悬臂状态向固定状态转变，此时梁段是出于比较复杂的受力状态，其施工的好坏直接影响到整个桥梁的结构安全和质量，因此在施工时需注意以下事项：
3.1在砼强度、弹性模量达到要求后进行边跨合拢段预应力束张拉，张拉、压浆结束后拆除边跨挂篮及支架，安装中跨合拢段劲性骨架，锁定T构悬臂，应确保临时刚接措施的足够刚度，随之按照设计要求张拉临时预应力束，保证劲性骨架及临时预应力束的施工质量，因为劲性骨架和临时预应力束锁定的好坏将决定合拢段的施工好坏。
3.2滑动支座和现浇段的约束应及时解除，保证现浇段能随主梁温度变化自由伸缩。对活动支座还需保证解除临时固结后的结构稳定，需控制和采取措施限制单悬臂梁发生过大纵向水平位移。
3.3临时固结的解除，凿除前应精确测量边跨合拢段新浇筑混凝土两侧结构标高，凿除过程中应及时监控、记录合拢段两侧结构标高的变化，均衡对称进行，确保逐渐均匀地释放。注意各梁段的高程变化，如有异常情况，应立即停止作业，找出原因，以确保施工安全。在凿除的过程中应注意避免损坏墩身、支座垫石及箱梁混凝土。凿除施工脚手架沿墩身搭设，周边按要求作防护网，作业人员在脚手平台上采用风镐凿除混凝土，由于本桥墩身高度较低，空压机放置于桥下，压力风以胶管引到工作面。凿至临时固结预埋钢筋位置时，采用氧气乙炔割除露出钢筋，并对梁底、墩顶的钢筋接头用环氧树脂砂浆封堵，进行防腐、防锈处理。
3.4后期预应力束一般比较长，钢绞线下料、制束、穿束及张拉施工均比较麻烦，工序较多，应根据合拢段施工时间提前组织好施工准备，确保成桥质量。
3.5对转换为超静定结构，需考虑钢束张拉、支座变形、温度变化等因素引起结构的次内力。若按设计要求，需进行内力调整时，应以标高、反力等多因素控制，相互校核。如出
入较大时，应分析原因。
3.6在结构体系转换中，临时固结解除后，将梁落于正式支座上，并按标高调整支座高度及反力。支座反力的调整，应以标高控制为主，反力作为校核。
4、体系转换对桥梁结构的影响和作用
结构体系的变化：桥梁由施工过程中的悬臂静定结构转换成连续的超静定结构。 结构内力变化：桥梁转换成超静定结构后，除了因合拢的顺序不同而产生不同的施工内力外，还产生结构内力的重分布和相关的次内力；这些次内力主要是结构合拢后预应力束张拉施工、混凝土收缩和徐变、温度变化以及支座沉降的影响产生。
实现成桥线形：通过配、换重和临时预应力束、劲性骨架等措施，实现施工线形向成桥线形的转换。
优化结构内力：通过合拢顺序优化、合拢段长度调整和支座标高调整等措施，实现连续梁恒载内力分布合理且尽可能缩小各项次内力的不利影响。
结语
体系转换是连续梁成梁的一道关键工序，在体系转换之前做好各项准备工作，核实设计图纸要求，过程施工中必须随工序进展及时测定、记录合拢段两侧结构顶面标高，通过统计和分析，及时对悬臂进行配重调整以消除和减小两侧悬臂高差，确保体系转换正确、合理，梁体顺利合拢，使连续梁结构处于最佳受力状态。
参考文献：
《客运专线铁路桥涵工程施工技术指南》TZ-213－2005； 《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》铁建设（2005）157号； 《铁路混凝土工程施工技术指南》TZ-210－2005；
《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》TB 10424－2003 J283－2004； 《客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准》铁建设（2005）160号； 《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》铁建设（2005）160号； 《客运专线铁路工程施工质量验收标准应用指南》； 《铁路桥涵工程施工质量验收标准》(TB10415－2003)；
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