先簡支后結構連續橋梁結構設計研究

張 峰

1 先簡支后結構連續橋梁結構的必要性

簡支梁橋屬于靜定結構,它具有構造簡單、受力明確、施工方便、維修養護容易、地基不均勻沉降不產生附加內力等特點[1]。連續梁橋由于具有變形小、剛度大、伸縮縫少、行車平穩舒適、抗震能力強等許多優點,正逐漸成為高速公路橋梁建設中常用的方案。但由于現澆預應力混凝土連續梁橋相對簡支梁橋而言施工復雜繁瑣、費工費時,人們一直希望將簡支梁橋構造簡單、施工方便、維修養護容易等特點與連續梁橋變形小、剛度大、伸縮縫少、行車平穩舒適等優越性有機的結合起來,取長補短以期發揮更大的社會效應和經濟效應。

2 先簡支后結構連續橋梁結構設計

2.1 設計橋梁基本資料

1)橋梁線性布置。a.平曲線半徑:無平曲線。b.豎曲線半徑:無豎曲線,縱坡為2%。

2)技術標準。a.設計荷載:汽車—20,掛車—100。b.橋面凈寬:凈(11.25+2×0.5)m。c.通行要求:無。

3)主要材料?；炷?預應力鋼絞線;普通鋼筋;預應力錨具;預應力管道;支座;伸縮縫;焊條。

4)橋面鋪裝。9 cm厚的瀝青混凝土面層,8 cm厚的C50混凝土現澆鋪裝層。

5)施工方法。簡支轉連續施工法。

2.2 橋型及縱橫斷面布置

2.2.1 橋型布置及孔徑劃分

該橋為某高速公路的大橋,為縮短工期,提高行車舒適性,綜合分析各類橋型后最終采用預應力混凝土連續梁橋,跨徑為3×30 m,施工方法為簡支轉連續。

考慮伸縮縫的設置,實際跨徑長為89.84 m,即在橋的兩頭各設8 cm的伸縮縫,橋跨結構的計算簡圖如圖1所示,圖1中,計算跨徑為29.68 m,連續梁兩端至支座中心線之間的距離為40 cm。

2.2.2 截面形式及截面尺寸擬定

1)截面形式及梁高。采用等高度 T形截面,梁高2.00 m,高跨比 H/L=1/15。

2)橫截面尺寸。橋面全寬為12.25 m。由于采用簡支轉連續的施工方法,主梁先預制再運輸,吊裝就位,因此橫截面布置時應考慮到施工中的吊運能力,將橋做成五片T梁的組合截面。其中,預制中梁頂板寬190 cm,腹板寬16 cm,下馬蹄寬40 cm;預制邊梁頂板寬195 cm,腹板寬16 cm,下馬蹄寬 40 cm;預制主梁間采用60 cm的濕接縫,從而減少主梁的吊裝質量。T梁翼緣板的厚度主要取決于橋面板承受車輪局部荷載的要求,同時還應考慮能否滿足主梁受彎時上翼板抗壓強度的要求,為滿足頂板負彎矩鋼束,普通鋼筋的布置及輪載的局部作用,T梁頂板取等厚度20 cm。同時為防止應力集中和便于脫模,在腹板與頂板交界處設置47 cm×6 cm的承脫。按照以上擬定的外形尺寸,就可繪出預制主梁橫斷面構造圖,見圖2。

3)橫隔梁設置。主梁在荷載作用位置的彎矩橫向分布,在當該位置有橫隔梁時比較均勻,否則主梁彎矩較大。為減小對主梁設計起控制作用的跨中彎矩,在跨中位置設置一道中橫隔梁;當跨度較大時,還應在其他位置設置較多的橫隔梁。本設計在橋跨中點、支點處等位置設置橫隔梁,其間距為4.8 m。端橫隔梁的高度與主梁高度同高,厚度為上部22 cm,下部20 cm;中橫隔梁高度為162 cm,厚度為上部16 cm,下部 14 cm。

2.3 毛截面幾何特性計算

毛截面幾何特性是計算結構內力,配束及變形計算的前提,截面幾何特性列表計算見表1。

表1 毛截面幾何特性計算結果表

2.4 主梁內力計算

1)單元劃分。本設計采用橋梁專用軟件GQJS進行結構計算分析。全橋單元劃分時,應綜合考慮結構在施工過程及正常使用階段控制設計的截面位置,使控制截面位于單元節點處。本設計為簡支轉連續梁橋,結合施工,使用結構的受力特性及預應力筋束布置,將全橋劃分為99個單元,100個節點。

2)恒載內力計算。第一施工階段為預制主梁,待混凝土達到設計強度100%后張拉正彎矩區預應力鋼束,并壓注水泥漿,再將各跨預制T梁安裝就位,形成由臨時支座支承的簡支狀態;第二施工階段是先澆筑第(1),(2)跨及第(2),(3)跨連續段接頭混凝土,達到設計強度后,再張拉負彎矩區預應力鋼束并壓注水泥漿,此階段形成了五跨連續梁(三大跨兩小跨);第三施工階段拆除全橋的臨時支座,主梁支承在永久支座上,完成體系轉換,再完成主梁橫向接縫,最終形成三跨連續梁;第四施工階段進行防撞欄桿及橋面鋪裝施工。由施工過程可知結構恒載是分階段形成的,主要包括:預制T梁一期恒載集度(g1),成橋后T梁一期恒載集度(g1)、二期恒載集度(g2)(見圖3)。

針對本設計橫斷面的具體構造特點及GQJS程序計算分析的特點,將空間橋跨結構簡化為平面結構進行計算,即只對由單片T梁構成的四跨簡支轉連續梁橋進行結構分析,在活載計算時將采用荷載橫向分布這一實用計算方法,恒載空間效應按每片梁均分考慮(也可將其中的護欄按橫向分布考慮)[2]。

由施工過程可知,g1適用于主梁第一、二施工階段恒載內力計算,g2適用于主梁第三施工階段恒載內力計算,g1+g2適用于第四施工階段恒載內力計算。則根據單元劃分及相應的恒載集度,采用GQJS進行恒載內力計算。

3 結語

與簡支梁相比,先簡支后連續橋梁去掉了橋墩上的伸縮縫,增強了結構的整體性和行車舒適性,而且橋墩上由兩排支座減少為一排,結構中的鋼材和混凝土數量少[3];與整體現澆相比,先簡支后結構連續橋梁施工方便,不需要搭設腳手架,施工質量容易控制,而且鋼材和混凝土數量也少。因此,對中小跨徑預應力混凝土橋而言,先簡支后連續橋梁是一種經濟合理具有較強競爭力的好橋型。

[1]楊文秀.先簡支后連續橋梁結構施工工藝[J].科技信息(科學教研),2007(6):31-33.

[2]上官萍,房貞政.先簡支后連續橋梁結構體系的應用研究[J].福州大學學報(自科版),2000(5):47-49.

[3]聶國彬,余 吉.談先簡支后結構連續橋梁施工技術[J].中國高新技術企業,2009(4):89-90.