浅析大跨连续梁合拢段临时锁定理论计算
王家贺
（中铁九局集团第七工程有限公司 沈阳 110044）
摘 要：大跨连续梁具有纵向不平衡弯矩大、梁体长、横断面大等特点，对于先中跨合拢后边跨合拢施工的大跨连续梁，由于纵向不平衡弯矩大，为确保结构稳定，非固定墩的临时固结需要在中跨合拢段混凝土浇筑完成且强度达到一定要求后才能拆除，同时由于梁体长、横断面大，中跨合拢段混凝土浇筑后，梁体产生较大的温度应力，中跨合拢段混凝土易产生裂缝，结合工程实践，对大跨连续梁先中跨合拢后边跨合拢施工的段临时锁定的理论分析计算和措施进行阐述。 关键词：大跨连续梁；温度应力；临时锁定
1 工程概况
中铁九局七公司在盘锦至营口客运专线承担了盘锦特大桥0-210#墩的施工任务，其中124＃～127＃墩设计为80＋128＋80m现浇连续梁，梁全长290.9m，该梁采用转体施工，单幅转体梁段重120000KN，转体后梁部处于悬臂状态，单个T构单侧悬臂长63m，中跨合拢段和边跨合拢段均长2m，为尽量缩短中跨合拢段的施工时间，减少对营业线行车安全的影响，该连续梁采用先中跨合拢后边跨合拢的施工顺序。 2 合拢段临时锁定 2.1 临时锁定的作用
合拢段混凝土浇筑后, 因气温的变化会引起梁体的伸缩变形,同时梁体左右日照温度不同还会引起梁的扭曲变形,需对合拢段进行临时锁定。对于未拆除临时固结的梁体，合拢段临时锁定主要抵抗温度应力,保证结构的稳定和合拢段不出现裂纹。 2.2 临时锁定的计算假设
中跨合拢时，梁体温度变形产生温度应力，同时合拢口变形与墩顶变形释放部分温度应力。临时锁定刚性连接与临时预应力筋预加力确保合拢段变形裂缝满足规范要求，临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的压力及临时预应力筋预加力。
边跨合拢时，以合拢段长度不变,临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的梁部与模板体系产生的摩擦阻力。边跨模板与混凝土的摩擦系数取0.15。
计算时只考虑温差影响；由于合拢段施工时各梁段混凝土所经历的时间较短，混凝土收缩、徐变产生的变形值相对较小。
为简化计算，把变高度变化的梁简化为平均断面的等截面梁处理。 2.3 中跨合拢段临时锁定 2.3.1 受力分析
由于中跨合拢时，临时支座未拆除，梁体温度变形产生温度应力，同时合拢口变形与墩顶变形释放部分梁体温度应力。降温时，梁体收缩，临时锁定刚性连接与临时预应力筋共同作用保证梁体裂缝在规范允许范围内；升温时，梁体伸长，临时锁定刚性连接的承载力能够抵消梁体温度变形引起的压力及临时预应力筋预加力。
梁体中跨合拢时，结构简图见图2.3.2.1。在温度变化时，假设中跨悬臂结构未释放的变形为ΔL1，未释放的变形将产生温度力F，同时合拢口刚性连接将受力F2，合拢口变形为ΔL2，墩顶受力F3，墩顶变形为ΔL3。墩顶受力如图2.3.2.2所示。
图2.3.2.1 中跨合拢的结构简图
图2.3.2.2 墩顶受力
温差ΔT，混凝土的线膨胀系数α，中跨T构悬臂梁段长度之和L1，则梁体温度变形：ΔL=αL1△T。对中跨悬臂梁体、合拢段及墩身进行受力分析：
E1A1△L1/2E1A1ΔL1中跨悬臂梁段：F＝， =L1/2L1E2A2合拢段刚性连接：F2＝ΔL2 （不考虑中跨合拢段混凝土受压），
L23EIΔL墩身:F3＝3333，
HH＋h变形协调关系：ΔL=ΔL1+ ΔL2+2ΔL3，
H力学平衡关系：F=F2=F3
其中:E1——梁体混凝土的弹性模量，
A1——中跨悬臂梁段混凝土的平均截面积，
E2——刚性连接的弹性模量， A2——刚性连接的总截面积， E2'——合拢段混凝土的弹性模量， A2'——合拢段混凝土的截面积， E3——墩身混凝土的弹性模量， I3——墩身的截面惯性距， H——墩底至梁底的距离，
h——中跨合拢口中心至中支点处梁底的距离， 2.3.2 工程实例受力计算
以盘营客专盘锦特大桥跨沟海线80+128+80m连续梁为例。 （1)合拢段刚性连接设置
中跨第三现浇段梁端端部截面（中跨合拢段的接触面）腹板底和顶板各预埋8块40cm高、21cm宽、2cm厚的钢板用于内刚性连接，预埋钢板外面与对应梁端混凝土截面一平，钢板后加焊加劲钢筋，在对应的预埋钢板之间设一根纵向I32a，I32a与钢板双面焊接，焊缝厚度不小于8mm；同时在中跨第三现浇段梁端顶板、底板上各预埋4块长100cm、宽80cm、厚2cm的钢板用做外刚性连接，钢板顶面与对于混凝土顶面一平，钢板底设加劲钢筋，对应的预埋钢板之间设纵向双I56c，每根I56c与钢板之间双面焊接，焊缝长度不小于90cm，焊缝厚度不小于8mm。
（2)已知条件
采取措施使温差ΔT=5℃，混凝土的线膨胀系数α=1*10-5m/(℃·m)，梁体温度变形：ΔL=αL1△T=6.3mm。
中跨T构悬臂梁段长度之和L1=126m，梁体C50混凝土的弹性模量E1=3.45*104MPa，中跨悬臂梁段混凝土的平均截面积A1=23939860mm，刚性连接的弹性模量E2=2.1*105MPa，刚性连接的总截面积A2=180000mm，合拢段混凝土的弹性模量E2'=3.45*104MPa，合拢段混凝土的截面积A2'=15714458mm，墩
2
2
2
身C40混凝土的弹性模量E3=3.25*104MPa，墩身的截面惯性距I3=6759372090cm，墩底至梁底的距离
4
H=7.2m，中跨合拢口中心至中支点处梁底的距离h=6.8m，
（3)理论计算
将已知条件带入分析公式，可算得：
ΔL1=2.257mm，ΔL2=0.783mm，ΔL3=3.260mm，F=23673KN。
a．降温计算
降温时，梁体收缩，刚性连接受拉，合拢段温度应力由刚性连接、梁体纵向钢筋、临时预应力筋抵抗。 混凝土的允许裂缝宽度0.2mm，则刚性连接抵抗温度应力为：
F1=0.2×2.1×105÷2000×(15800×8+6700×8)÷1000=3780KN,
梁体纵向钢筋N9Φ16共376根，其抗拉力为：
F2=0.2×2.1×105÷2000×3.14×16×16÷4×376÷1000=1587.6KN,
则临时预应力筋张拉束抵抗的拉力为:23673-3780-1587.6=9431.1KN， 张拉顶板2束T17、底板2束B10、4束B2共8束钢束，
则临时张拉力为：9431.1÷[140×(19×2+17×6)×1302÷1000]=0.3696=36.96%，即临时张拉束均张拉至控制应力的36.96%。临时张拉束每束张拉至1200KN，则临时张拉钢束总拉力: F3=1200*8=9600KN。
b. 升温计算
升温计算主要考虑混凝土浇筑前合拢段刚性连接受压是否能够满足承载力要求。升温时，梁体伸长，合拢段刚性连接受压，刚性连接除了抵抗温度应力外，还需抵抗预应力筋的临时张拉力。
刚性连接焊接时的气温比最低温度高2℃，则升温温度为3℃，同理计算梁体温度变形产生的力
F'=8897.2KN，则合拢段刚性连接所受最大压力F4= F'+F3=18479.2KN,
4组(8根)外刚性连接焊缝能承受的最大压力为: F5=900*8*160*8*2=18432kN， 8根内刚性连接焊缝能承受最大的压力为：F6=6700*8*210/1000=11256KN,
刚性连接能承受的最大压力F7=F5+F6=29688KN＞F4=18479.2KN，满足要求。
刚性连接的变形:ΔL'2＝2.4 边跨合拢段临时锁定 2.4.1 受力分析
边跨合拢段施工前，解除边墩支座临时约束, 在温度变化作用下,由于中墩临时支撑尚未拆除，只有边跨现浇段模板对梁体有约束力,如果约束力小于梁体温度应力, 梁体变化引起的微小滑动。只要保证合拢段刚性连接的承载力大于梁体与模板的约束力即可保证合拢段相对无变形。
设木模板与混凝土之间的摩擦系数为μ,则合拢段刚性支撑所受轴力:N=μG。其中,G为边跨现浇段梁段的重力。
升温时，合拢段刚性连接的承载力能够满足承载力要求；降温时，合拢段刚性连接能够保证合拢段混凝土的裂缝满足要求。 2.3.2 工程实例受力计算
以盘营客专盘锦特大桥跨沟海线80+128+80m连续梁为例。 （1)合拢段刚构设置
在边跨现浇段及边跨第三现浇段梁端部截面顶板预埋2块40cm高、21cm宽、2cm厚的钢板，在腹板底预埋2块28cm高、21cm宽、2cm厚的钢板，钢板用于内刚性连接，钢板后加焊加劲钢筋，在对应的顶
F4L2=0.98mm ＜2000*0.05=10mm（塑性材料的允许变性为5%），满足要求。 E2A2