先簡支后連續(xù)組合梁橋設(shè)計計算及應(yīng)用范圍

摘要:從受力及施工、運營情況闡述先簡支后連續(xù)橋梁的一些特點以及其體系轉(zhuǎn)換的方法，結(jié)合例子分析其受力情況、施工方法，介紹其應(yīng)用范圍及局限性。

關(guān)鍵詞:

裝配式;先簡支后連續(xù);組合箱梁橋;施工技術(shù)

中圖分類號:TV

文獻標(biāo)識碼:A

文章編號:1672-3198(2010)16-0319-02

1 概述

先簡支后連續(xù)是連續(xù)橋梁施工中較為常見的一種方法。一般先架設(shè)預(yù)制主梁，形成簡支梁狀態(tài);進而再將主梁在墩頂連成整體，最終形成連續(xù)梁體系。目前，隨著高等級公路的發(fā)展，為改善橋梁行車的舒適性，先簡支后連續(xù)橋梁在中、小跨徑的連續(xù)橋梁中得到了廣泛的應(yīng)用。

2 在先簡支后連續(xù)橋梁中由簡支狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)梁狀態(tài)的常見方法

常見方法有以下幾種:

(1)將主梁內(nèi)的普通鋼筋在墩頂連續(xù)。

(2)將主梁內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力鋼束在墩頂采用特殊的連接器進行連接。

(3)在墩頂兩側(cè)一定范圍內(nèi)的主梁上部布設(shè)局部預(yù)應(yīng)力短束來實現(xiàn)連續(xù)。

第一種方法雖然簡單易行，但常在墩頂負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)發(fā)生橫向裂縫，影響橋梁的正常使用。第二種方法效果最好，但施工很困難，故一般不采用。第三種方法不僅施工可行，并且具有方法二的優(yōu)點，同時又克服了僅采用普通鋼筋連續(xù)的開裂問題。所以一般簡支轉(zhuǎn)連續(xù)橋梁多采用墩頂短束與普通鋼筋連續(xù)的構(gòu)造處理來實現(xiàn)體系轉(zhuǎn)換。

3 先簡支后連續(xù)橋梁的計算及施工方案

下面以4×30m組合箱梁為例子說明。該橋梁高1.6m，橋面凈寬12.5m，橋面橫坡由預(yù)制箱梁按2%坡度進行調(diào)整，具體尺寸見圖1。設(shè)計荷載:公路I級。

圖1 主梁橫斷面圖(尺寸單位:cm)

3.1 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)有:《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(JTGB01-2003)、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》(JTGD60-2004)、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》(JTGD62-2004)。

3.2 計算模型

本設(shè)計主梁采用C50混凝土，正截面混凝土的拉應(yīng)力控制在1.8MPa以內(nèi)，斜截面混凝土的主拉應(yīng)力控制在1.33MPa以內(nèi);混凝土壓應(yīng)力控制在16.2MPa以內(nèi)。結(jié)構(gòu)按承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)進行作用效應(yīng)組合，取其最不利效應(yīng)組合進行設(shè)計。

主梁施工按以下步驟進行(圖2)，第一施工階段為預(yù)制主梁，待混凝土強度達到要求后張拉正彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束，并壓注水泥漿，再將各跨預(yù)制梁安裝就位，形成由臨時支座支撐的簡支梁狀態(tài);第二施工階段首先澆筑第①、②跨及第③、④跨連續(xù)段接頭、中橫梁及主梁橫向接縫，達到設(shè)計強度后，張拉負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束并壓注水泥漿，形成2跨連續(xù)梁;第三施工階段是先澆筑第②、③跨連續(xù)段接頭、中橫梁及主梁橫向接縫，達到設(shè)計強度后，再張拉負(fù)彎矩區(qū)預(yù)應(yīng)力鋼束并壓注水泥漿;第四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(zhuǎn)換，最終形成四跨連續(xù)梁;第五施工階段進行防護欄及橋面鋪裝施工。

圖2 施工階段示意圖

該模型采用橋梁博士3.1.0計算，采用橋博斜彎曲模式建模。全橋四跨，各跨單元劃分相同，同第一跨。在橋博中采用平行網(wǎng)格法快速劃分單元，共661個單元，其中縱梁單元376個(1～376)，橫梁單元285個(377～661)，橫梁和縱梁相應(yīng)單元采用相同節(jié)點號，平移橫梁左右節(jié)點到相應(yīng)位置(橋博默認(rèn)為與縱梁剛性連接)，模擬橫向聯(lián)系。縱梁的單元長度為2m，在跨中加密，另在變截面處，支點處等位置均劃分了單元。縱梁單元截面中計人了現(xiàn)澆段的寬度，因此，橫梁單元的自重系數(shù)為0。橫梁單元為現(xiàn)澆段的橫向聯(lián)系模擬，截面為一般矩形截面。在跨中設(shè)置橫梁，截面用T形截面模擬，自重系數(shù)設(shè)為0.456。

3.3 主要材料的取值

混凝土為C50:普通鋼筋、受力主筋分別采用d-12mm、d-20mm的HRB335;鋼筋:鋼絞線單根鋼絞線直徑φ15.24mm。橋面鋪裝20cm，因考慮橋面鋪裝混凝土參與受力，6cm計入縱梁單元，偏安全考慮多計入lcm，二期恒載計人的橋

面鋪裝厚度為15cm。

3.4 計算結(jié)果

對結(jié)構(gòu)進行持久狀況下承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)驗算，并對持久狀況和短暫狀況的應(yīng)力進行驗算。截面最大主壓應(yīng)力:14MPa;截面最小主拉應(yīng)力:1.6MPa。主梁豎向位移符合規(guī)范要求。與將整跨橋分為多根縱向梁，通過計算一根主梁，橫向通過橫向分布系數(shù)調(diào)整的計算方法相比，本方法省去了計算橫向分布系數(shù)的計算、抗扭慣矩的計算，將整聯(lián)橋總體考慮，計算結(jié)果更趨于實際橋梁受力情況。

4 先簡支后連續(xù)橋梁的特點

通過以上例子得知:首先，這種橋梁克服了簡支橋梁和連續(xù)橋梁的缺點，同時具有了它們的優(yōu)點。由于支點負(fù)彎矩的存在，使得跨中彎矩明顯減小，從而減小截面尺寸和減少配束，使結(jié)構(gòu)更趨于合理。在預(yù)制梁段時，結(jié)構(gòu)為靜定體系，支座產(chǎn)生的不均勻沉降不會產(chǎn)生次內(nèi)力;形成連續(xù)體系后，結(jié)構(gòu)的收縮、徐變和不均勻沉降都比較小，產(chǎn)生的二次力也比較小。其次，這種結(jié)構(gòu)可以預(yù)制吊裝施工。連續(xù)結(jié)構(gòu)施工復(fù)雜，需要施工機械多，工藝復(fù)雜，費用高，工期長，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)可以避免這些問題，從而提高經(jīng)濟效益;另外，由于是連續(xù)體系，伸縮縫少，梁體變形小，在運營階段減少了產(chǎn)生跳車現(xiàn)象，也避免了簡支橋梁的伸縮縫在長期的使用中會出現(xiàn)的破壞的缺點，從而提高行車的安全、舒適性。

5 先簡支后連續(xù)橋梁的適用范圍

先簡支后連續(xù)的連續(xù)橋梁因具有以上的特點，目前廣泛應(yīng)用于各級公路的大中橋梁、分離式立交橋、互通式立交橋、天橋及城市橋梁，跨徑在20～35m、結(jié)構(gòu)類型有空心板、箱梁、T形梁、I形組合梁橋幾種。分聯(lián)一般以100～200m-聯(lián)為宜，最長不宜超過300m。

采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系，可于施工下部結(jié)構(gòu)同時，預(yù)制梁體，這樣既可保證質(zhì)量又可縮短工期。這種橋型在不需要設(shè)置超高的順直路線上采用比較合適。位于順直路段的橋梁，橋面橫坡一般是一個定值，預(yù)制方便，施工簡單，速度較快。

先簡支后連續(xù)體系不適合用于需設(shè)置超高，橫坡不斷變化的小半徑曲線路線段內(nèi)的。當(dāng)路線線形既有平曲線變化，又有豎曲線變化，且梁跨斜交時，若采用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)，更是無法實現(xiàn)簡便、快捷的施工目的，且預(yù)制梁體裝配組合后，受力不明確，給橋梁的安全留下隱患。總之，先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的連續(xù)橋梁雖有很多優(yōu)點，但需根據(jù)橋梁所在路段，地形進行合理選用。

參考文獻

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