1961 年,莱昂哈特博士在设计卡罗尼桥时,为了减少顶推时主梁的临时内力,在该桥的施工过程中第一次采用了钢导梁以及在96 m 跨的跨中设置临时墩的办法。临时墩与导梁在混凝土连续梁桥的顶推施工中起到了良好的效果,自此以后,导梁与临时墩成为顶推施工的标准设备 。
1.临时墩的应用,增大了顶推法适用的跨度范围,在连续梁桥的顶推施工过程中,由于支点处的负弯矩与跨度的平方成正比,故桥梁跨度的增大就会引起桥梁内力的极大增大。在箱梁的截面和预应力钢束强度有限的情况下,为了使主梁在顶推施工过程中能够承受如此大的内力,一个有效的方法是设置临时墩 。临时墩设置在桥梁两个永久墩之间,将桥梁原先的一跨分开成了两跨,使桥梁的跨度减小了。在顶推施工过程中,上部结构跨度的减小就会使得主梁的内力相应地减小。在桥梁顶推就位以后,通过对梁体相应位置的后期预应力钢束的张拉,提高结构承受荷载的能力,再将临时墩拆除。这样,通过设置临时墩,能够有效地减小主梁在顶推施工过程中的内力,增大了顶推法适用的跨度范围。
现以广州珠江大桥西桥为例说明临时墩的设置。珠江西桥跨径组合为7 ×50 m,通过方案比选最后采用顶推法施工。拟采用以下两种方法设置临时墩: (1) 按一般的设计方案,仅在第一跨内设置一个临时墩,临时墩设置在距离第一个永久墩20 m 的位置,在顶推施工阶段,桥梁的跨径组合为20 + 30 + 6 ×50 m; (2) 在大桥每跨的跨中位置都设置一个临时墩,全桥共设置7 个临时墩,在顶推施工阶段,桥梁的跨径组合为14 ×25m。施工阶段的内力包括顶推施工过程以及拆除导梁和拆除临时墩过程。两种情况下的主梁内力包络图如图1所示。
从图中可以看到,每跨都设置一个临时墩,能够有效地减少桥梁在顶推施工过程内力包络图的面积,从而就能够减小为了顶推施工而需要增加配置的普通钢筋和预应力钢筋的数量,减小主梁的造价;但是,却大大增加了临时墩的工程量和造价,同时也不能充分发挥顶推施工法的优点。因此在工程实际中一般只在第一跨内设置一个临时墩。
2.临时墩的应用,能够使主梁在顶推的初始阶段保持平衡而不会倾覆,如图2 所示,在珠江大桥西桥的顶推施工方案中,在顶推第一梁段的时候,如果不设置临时墩,则结构不能保持稳定,会发生倾覆;而在第一跨内设置了一个临时墩后,梁段的顶推施工就能够顺利地进行,而不会发生倾覆失稳。同时,第一跨设置临时墩后,能够协助主梁前端导梁的安装,不会使主梁前端产生过大的弯矩,避免了应力集中。
3.临时墩的应用,能够减少顶推施工过程中的梁体制造误差,在桥梁的顶推施工中,最常见的梁体制造误差是由新旧梁接缝处端立面的竖向转角而引起的,见图3。在桥梁顶推施工过程中,由于种种原因,在浇筑新的节段的混凝土的时候,实际的新旧梁接缝与理论的新旧梁接缝有可能会连续地存在着一个方向一致的偏角。这就使每一新制节段的上下缘长存在一个差值,如果桥梁的整个梁体分成几段制造,则梁体上下缘总长之差将会累积成一个较大的值,其后果就是使梁体在竖直面内产生一个曲率。如果在梁体顶推就位后各墩顶的支座都按设计要求调平,这时由于梁体制造误差所产生的曲率将会使梁体产生不可忽略二次内力。