消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力的研究

消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力的研究
摘要：分析研究了目前悬臂施工连续梁支座沉陷次内力方面的问题，提出了有比较重大经济效益和社会效益的解决方法。

关键词：连续梁;支座沉陷;次内力;方法
Abstract: the analysis and study of cantilever construction at present continuous beam support of subsidence time internal force problems, and put forward the more significant economic benefit and social benefit of the solution.
Keywords: continuous beam; Bearing subsidence; Time internal force; methods 1前言
在连续梁设计中，因为支座沉降会带来支座沉降次内力，所以支座沉降工况的选取是要慎重考虑的问题，考虑得是否合适直接影响到结构设计乃至桥梁日后的维护成本、使用寿命，而能否减少或尽量减少支座沉降，当然意义重大。

支座沉降量由两部分组成：（1）墩台本身的沉降带来的支座沉降量；（2）支座充分承受荷载后与墩台顶面充分密贴而产生的相对于墩台顶面的整体沉降量；（3）支座本身被荷载压缩后而产生的支座顶面相对于底面的沉降量。

第（2）、（3）部分是支座本身的沉降，为区别于第（1）部分的沉降，本文统称为支座沉陷量，一般来说，正常情况下，对于悬臂施工连续梁，支座沉陷量远大于墩台本身的沉降带来的支座沉降量，所以，消除支座沉陷，意义更大，也更现实。

2业内现状
悬臂施工连续梁在悬臂施工期间，为保证梁体安全，需要将墩梁临时固结，以承受施工中的不平衡弯矩。

目前通常做法是设置刚性的临时支垫（包括墩身上的垫块、墩身外的支撑杆等等）和抗倾覆拉杆（钢筋或预应力钢束）组成传统的临时固结措施（体系），此临时固结措施存在施工过程中始终不能被梁体压缩沉陷的缺陷，此缺陷造成绝大部分的梁体自重和施工荷载实际上都由临时刚性垫块承受，永久支座基本上只承受现浇节段的部分荷载。

在完成梁体合拢后解除临时固结时，梁体自重将全部由永久支座来承担，永久支座必然产生沉陷，中间桥墩的永久支座相对于边墩的永久支座的沉陷量更大，支座沉陷会在超静定结构的梁体中产生支座沉陷次内力，虽然在结构设计时已经考虑了此次内力的存在，但其处理方式只是从抵抗次内力的方面入手，属于治标的方法，由于下列客观因素的存在，连续梁因为支座沉陷而产生结构次内力的问题仍然存在，而且存在较大影响的可能：（1）结构计算是按简化模型进行的，而实际施工中结构受力的情况远比简化模型复杂得多；（2）、在解除临时固结措施的施工过程中很难做到准确对称同步完成；（3）设计过程中对支座沉陷次内力的考虑与设计者的经验等方面有比较大的关系，不同的设计者对支座沉陷次内力的考虑与实际施工中产生支座沉陷次内力的拟合度有较大的差异。

[1] [2]
因为支座沉陷而产生较大的结构次内力是桥梁设计、施工中不能忽视的重要问题，其存在会导致梁体出现裂缝，甚至直接影响到桥梁的质量、维护成本和使用寿命。

因此，寻找一种治本的方法、从而消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力意义重大。

3消除支座沉陷次内力的可能性与方向分析
由于活载（可变作用）的存在，理论上，任何方法都不可能完全绝对消除连续梁的支座沉陷次内力，但由于悬臂施工连续梁的活载要比恒载少得多，活载产生的支座沉陷次内力只占很少的一部分，如果能够把恒载产生的支座沉陷次内力消除掉，那么，就可以说是已经达到消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力危害的目的。

悬臂施工连续梁的恒载产生的支座沉陷一般发生在体系转换过程中、解除临时固结的时候，所以，消除支座沉陷要在解除临时固结之前完成才有意义，即要在解除临时固结之前让永久支座承受梁体自重，目前未能达到这一步，问题在于：（1）临时支垫是刚性的；（2）抗倾覆拉杆没有考虑：能够不影响梁体下降而又不失去对梁体的稳定锚固作用。

综上所述，消除支座沉陷是可能的，需要在临时固结措施上寻求改进之路，关键是改进临时支垫和抗倾覆拉杆。

4方法简述
4.1临时支垫
参见图1、图2 （以国家高速公路珠江三角洲环线广东省中山市沙溪至月环段石岐河大桥主桥为例），临时支垫采用具有柔性的临时支座，此柔性的临时支座具有一定的压缩性和可调自身高度的功能，能随着梁体荷载的增加而被增加压缩，即：能够随着悬浇施工进度的推进而被压缩，从而使永久支座与临时支座同步（或稍先一步）承受梁体新增荷载，使永久支座的沉陷能够随着悬臂施工进度的推进而逐步发生。

究竟采用“同步”还是“稍先一步”，可以由永久支座、临时支座的设计压缩性来决定。

为保证质量，宜由支座生产厂家研制，最好定型生产。

柔性临时支座一律设置在墩身上，对称设置于永久支座的两侧。

墩身以外不设置支撑杆。

4.2抗倾覆拉杆
抗倾覆拉杆由高强钢绞线束组成，外套波纹管，而且波纹管内部不压注封固材料。

高强钢绞线组成的钢束具有柔性，在预应力作用下的回缩方向与梁体下降的方向是一致的，不会阻止梁体的下降。

波纹管本身刚度有限，阻止不了梁
体的下降。

这样就保证了临时支座、永久支座在梁体新增荷载的作用下被充分的压缩，让支座沉陷能够充分发生。

计算的抗倾覆钢束的张拉应力控制在整个悬臂施工期间、解除临时固结之前都不会因临时支座的被压缩沉陷而完全损失掉的范围内，即在让永久支座完全承受梁体荷载及其上面的荷载之前，抗倾覆钢束始终保持着对梁体的锚固稳定作用。

抗倾覆拉杆一律设置在墩身上，对称设置于永久支座的两侧。

图1立面图示意
图2平面图示意
4.3施工程序
（1）桥墩施工时，预埋抗倾覆拉杆极其外套的波纹管；（2）安装永久支座、临时支座；完成梁体现浇节段（0#块或0#、1#块）施工后，张拉抗倾覆拉杆，然后锚固、保护；（3）对称施工悬浇节段和边跨现浇节段，完成后通过调节柔性临时支座的自身高度，使柔性临时支座自身高度降低，不再支承梁体，让梁体的重量完全由永久支座承受，让永久支座在合拢前充分沉陷；（4）完成合拢端施工后，拆除抗倾覆拉杆、临时支座。

5效益简述
5.1经济效益
经过笔者对多座悬臂施工连续梁桥的计算对比，采用传统临时固结措施的墩身宽度大多都能满足本方法中盛放柔性临时支座和设置抗倾覆拉杆的需要，虽然一些墩身的宽度可能需要适当增加，但不存在因此而普遍需要增加墩身宽度的情况，一般也不存在需要大幅度增加墩身宽度的情况。

适当增加墩身宽度对桥下净空一般都不构成实质性的影响。

除了一些较高的墩身需要增加抗弯能力设计外，一般情况下，按照传统临时固结措施设计的墩身配筋都能满足本方法中桥墩抗弯的需要。

临时支座拆卸下来之后可重复利用，与现有的刚性临时支垫、临时支撑杆相比可明显节省施工成本、节省工期，对于在墩身以外设置支撑杆的情况，尤其节省。

5.2安全效益和社会效益
由于不设置墩身外的要临时支撑杆，减少了安装、拆除临时支撑杆时存在的各种危险源，避免了临时支撑杆在整个悬臂施工期间对施工形成的干扰，极大的降低了施工安全风险，安全效益非常巨大，这在目前安全生产高于一切的社会氛围下，意义尤其巨大。

由于此方法消除了悬臂施工连续梁恒载产生的支座沉陷次内力，达到了消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力危害的目的，从而保证了桥梁的质量和使用寿命、避免了可能日后维护成本高的问题，社会效益无疑是巨大的。

6结语
消除悬臂施工连续梁支座沉陷次内力意义重大，本文介绍的方法，简单易行，适用性强，对环境没有额外的污染，经济效益明显，社会效益巨大，值得研究应用。

参考文献：
[1]《预应力混凝土连续梁桥》范立础，人民交通出版社，1988
[2]《预应力混凝土连续梁桥设计》徐岳、王亚君、万振江，人民交通出版社，2000
[3]国家高速公路珠江三角洲环线广东省中山市沙溪至月环段两阶段施工图设计，2009
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。