簡支變連續結構橋梁在不同因素下的支點彎矩分析

倪海桂

(鹽城市新景市政工程有限公司)

0 引言

國內大部分研究工作者對簡支變連續結構體系受力分析主要集中在不同的施工方法和工藝上，而混凝土的收縮徐變等因素對簡支變連續結構體系的受力影響研究的較少，也有一些論文涉及收縮徐變的仿真計算，其計算理論方法大多采用規范計算公式和有限元程序。本文分析了簡支變連續結構在不同因素下的支點約束彎矩的變化規律。該影響因素主要包括:主梁橫截面類型;體系轉換混凝土齡期;施工順序;跨徑的大小;預應力筋位置、數量;混凝土強度等級。

1 體系轉換時混凝土齡期影響

簡支變連續結構體系發生轉換時，很多研究工作者認為在混凝土主梁的齡期最好在1000d左右，有些有限元軟件在計算分析時采用10年一個足夠長的齡期。按進行時間歷程變化對比分析，得出三跨30m薄腹和厚腹T梁內跨支點約束彎矩M規律如下。

外荷載作用下結構的內力與荷載及結構幾何尺寸有關，但在變形作用條件下，結構的約束內力不僅與變形作用及結構幾何尺寸有關，尚與結構剛度有關，這是約束內力與荷載內力的重要區別。例如，以一個兩端受轉動約束的簡支梁為例，則:當梁沿截面高度為h，承受溫差△T時，則梁上的約束力矩M為

式中:α為混凝土的線膨脹系數。

約束力矩不僅與溫差和截面高度有關，而且與梁的抗彎剛度成正比，剛度越大，約束力矩越大，徐變使混凝土的有效彈性模量降低，因而結構的剛度降低，所以約束彎矩也會隨著時間的增長而降低。

2 施工順序影響

由以上分析可知，簡支變連續梁橋支座處約束彎矩在很大程度上取決于施工期間混凝土的齡期。然而，橋面板和支座處橫隔板的澆筑順序，也會對限制彎矩的發展產生較大影響。如果先澆橫隔板后鋪橋面板，約束彎矩所受影響比較小。因為如果按照先澆橫隔板后澆橋面板的施工順序，當澆筑橋面板時橫隔板己經具有相當大的強度此時會承受一些由橋面板恒載產生的負彎矩，并且由于新澆橋面板和主梁之間不同收縮性質導致的負彎矩也會增大，其最終結果就是導致負約束彎矩的增大，這種澆筑順序提高了結構轉換后的連續性，減小了跨中正彎矩(但是并不明顯)。但是，橋面板潛在的橫向裂縫也會有所增加。

如果按照先澆橋面板后澆橫隔板的施工順序，計算出來的支點約束彎矩要比同時澆筑情況下小。當橋面板澆筑完成后，在橋面板作用下梁端繞支座轉動仍不受限制，此外，由于橋面板和主梁不同收縮引起的梁端繞支座轉動也不受任何限制，這種情況一直持續到橫隔板澆筑后，因此，負約束彎矩和橋面板中潛在的開裂都會降低。

如果橋面板和主梁同時澆筑，如果忽略主梁類型、極限徐變系數和預應力筋的影響，初始負彎矩的發展取決于主梁和橋面板之間的不同收縮情況，主梁齡期60d左右時其收縮已經大部分完成，所以主梁剩余收縮和橋面板之間的收縮相差很大，并且這種差距在體系轉換后約束彎矩的發展起很大作用，隨著時間的發展，徐變使初始負彎矩減小。

3 跨度不同對彎矩變化影響分析

不同跨度的簡支變連續梁橋受力和變形情況也不會相同，通過對不同跨徑的三跨變體系梁橋早、晚期轉連續兩種情況進行分析可以得出:

早期轉連續，連續端約束彎矩受跨度的影響比較顯著，跨度越大，約束彎矩的絕對值就越小，這是因為隨著跨徑的增大，主梁的自重不斷增大，橋面板的重量也會不斷增加，如果不增設預應力筋則由自重產生的支點約束負彎矩絕對值就會增大，從而平衡掉原有的一部分約束正彎矩。為了平衡正常使用極限狀態總荷載產生的內力必須施加較大的預應力、設置較多的預應力鋼筋。晚期轉連續，混凝土收縮徐變對其先期彎矩變化影響有相同的趨勢，對于后期彎矩變化影響較大，梁跨度越大，連續端約束彎矩絕對值隨時間增長而趨于平緩，說明受混凝土收縮徐變影響較小。

對于后期來講，在恒載作用下，支點處產生負彎矩，這時主梁混凝土橫隔梁上緣受拉，下緣受壓，收縮徐變使應力產生重分布，且對結構產生不利影響。故上調預應力筋會減小收縮徐變對應力的影響，是有利的。布置預應力筋后，內支點處截面應力表達式如下

上調或下調預應力筋，會改變截面應力分布。預應力筋偏離中心線，會使截面產生的應力梯度增加，預應力筋上調，會使b＜b為折線形預應力筋梁端處質心至主梁截面中性軸的距離)增加，上緣拉應力減小，下緣壓應力減小，有可能出現預壓力作用下，整個截面受壓的狀態。

預壓力用來抵消恒載作用下的截面上緣拉應力，故上調預應力筋對結構有利。上調鋼束位置，支點處預應力筋作用的偏心距增大，施加相同的初始張拉力可以使支點截面約束彎矩增大，減小截面上緣混凝土開裂的可能性。使結構更加趨于安全。

除了以上預應力筋的布置的影響外，預應力筋數量的影響也是一個很重要的影響因素。

鋼筋是橋梁結構中的重要組成部分，而鋼筋的存在對混凝土收縮徐變約束作用，從而在混凝土中產生拉應力，亦即減少了混凝土的預壓應力，因而對混凝土建立有效預壓應力是不利的。另一方面，由于鋼筋混凝土的收縮徐變小于相應素混凝土的收縮徐變，因而減少了預應力鋼筋的預應力損失，這對于預應力筋建立有效預應力則是有利的。然而決定結構抗裂性的是混凝土的有效預壓應力，因此非預應力筋或型鋼的存在對結構的抗裂性是不利的。

對于三跨簡支變連續梁橋，外跨約束彎矩M絕對值要小于內跨約束彎矩M值;對于早期轉連續的混凝土梁，增加彎起鋼筋的數量會增大正約束彎矩的值;對于晚期轉連續的混凝土梁，增加彎起鋼筋的數量會減小約束彎矩的絕對值。

4 混凝土強度等級影響

混凝土的抗壓強度雖然與混凝土的收縮徐變沒有直接的關系，但間接反映了混凝土水灰比和水泥含量對混凝土收縮和徐變的影響，鑒于當前結構的混凝土強度等級有了較大的提高，在混凝土收縮徐變預測模型中應該考慮混凝土強度等級的影響。表明，混凝土強度等級越高，彈性模量越大，收縮徐變產生的撓度和內力越小。混凝土強度等級小于等于C40時，收縮徐變對結構的影響較大;混凝土強度等級大于等于C40時，收縮徐變對結構影響較小。這是因為主梁和橋面板不同材料會導致其收縮徐變差異更加明顯。

5 結論

本文對簡支變連續結構中支點約束彎矩規律進行了分析，得出以下幾點結論。

(1)簡支變連續結構支點約束彎矩受體系轉換時主梁混凝土齡期影響較大，早期轉連續的情況下，約束彎矩為正值并且徐變使上拱增大，正彎矩會逐漸增大，晚期轉連續的情況下，約束彎矩為負值。

(2)主梁截面形式決定了主梁自重的大小，采用薄腹截面T梁得出的彎矩值要比厚腹截面彎矩值小，這是因為厚腹截面T梁自重較大，對于早期轉連續情況抑制上拱的能力較強。

(3)施工順序也是影響約束彎矩變化的一個重要因素，橋面板和主梁之間的不同收縮性質是約束負彎矩的一個重要決定因素，當先澆橋面板時，橋面板和主梁之間的不同收縮性質差異不明顯，所以負彎矩表現也不明顯。這種施工順序和早期轉連續情況下產生的約束彎矩變化情況相似。

(4)不同跨度、預應力分布位置、彎起鋼筋數量、混凝土強度等級等因素也對支點約束彎矩的變化有一定影響。

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