連續體系梁橋設計與計算分析

馬 凌，邱哲峰

(南京中交道路橋梁工程勘察設計有限公司，江蘇南京210004)

0 引言

隨著交通運輸的發展，橋梁建設也進入了一個快速發展的時期。技術的改革創新，以及使用形式的要求使得各種形式的橋梁出現在社會發展和城市交通建設中。在這其中，連續體系橋梁是一類使用較早且較為廣泛的橋梁類型。從1983年廣東珠海的珠江三橋開始，連續體系橋梁在我國已經有30 a的建設歷史，其建設類型從最初的簡單箱室類型發展到現在的雙幅多箱室形式。與其他形式的橋梁相比，連續體系橋梁的跨度并不是很大，主要用于較小跨度的橋梁建設。其體系特點主要體現在四個方面：首先，由于支點負彎矩的卸載作用，跨中正彎矩大大減小，恒載、活載均有卸載作用；其次，由于彎矩圖面積的減小，跨越能力增大；第三，由于連續體系梁橋屬于超靜定結構，對基礎變形及溫差荷載較敏感；第四，在使用過程中，由于整體性能較為穩定，跨度較小，因此其行車條件非常好。本文主要對連續體系梁橋的設計及其力學計算兩個方面展開分析，為實際的連續體系梁橋的施工帶來一定的參考。

1 連續體系梁橋設計分析

在橋梁設計時，要針對不同的使用條件和使用原則進行整體和細節的設計，例如跨徑布置確定等。

1.1 跨徑布置的設計

在連續體系梁橋設計中，跨距布置非常重要。連續體系梁橋跨距布置的設計原則有四個方面，分別是減小彎矩、增加剛度、方便施工、美觀要求。從這四個原則上也可以進一步發展。連續體系梁橋對于橋梁彎曲的要求非常嚴格。在實際設計時要根據不同的用途設計不同的類型的跨徑。一般而言，在連續體系梁橋的設計時，對于大跨度的橋梁，一般采用不等跨布置，其邊跨一般為中跨的0.5～0.8。對于中小跨度的橋梁在設計時一般采用等跨距布置。這樣施工方便，并且非常美觀，對于安全性也沒影響。當橋梁有特殊使用要求時，也可將跨度設為短邊跨布置，但在一般情況下不會使用。

1.2 截面形式的設計

連續體系梁橋的形式有很多種，包括：板式截面、肋梁式截面，箱形截面，以及其它形式的截面。在實際的工程中，主要應用前三種截面形式。板式截面分為兩種：實體板主要用于中小跨徑連續梁橋，并進行支架現澆；空心板材料用于15～30 m連續梁橋，有支架現澆，板厚可取0.8～1.2 m。肋梁式截面主要用于用于跨徑25～50 m，預制架設，梁高一般取1.6～2.5 m。箱形截面，用于跨徑超過30～60 m以上，有支架現澆、逐孔施工及懸臂施工等多種方法，對于不同的形式，其頂板寬度也不相同，例如單箱單室其頂板寬度要小于18 m。

1.3 梁高的設計原則

連續體系梁橋設計中，梁高是一個非常重要的參數。通過梁高來區分，連續體系梁橋主要有兩種形式，等高度梁和變高度梁。等高度梁主要用于中、小跨徑連續梁，一般跨徑在50～60 m以下。變高度梁主要用于大跨徑連續梁，其跨徑在100 m以上，90%為變高度連續梁。不同形式的連續體系梁橋其設計梁高設計原則如表1所列。

1.4 腹板及頂、底板厚度的設計

在進行連續體系梁橋設計時，腹板及頂、底板厚度同樣是非常重要的參數。對它們的選擇要根據橋梁的要求來進行合理設計。其中，頂板主要滿足橫向抗彎及縱向抗壓要求，一般采用等厚度，主要由橫向抗彎控制；腹板主要承擔剪應力和主拉應力，一般采用變厚度腹板，靠近跨中處受構造要求控制，靠近支點處受主拉應力控制，需加厚；底板需要滿足縱向抗壓要求，一般采用變厚度，跨中主要受構造要求控制，支點主要受縱向壓應力控制，需加厚。具體的設計參數需要根據其內力的計算結果來確定。

表1 不同形式的連續體系梁橋的梁高設計原則一覽表

1.5 配筋的選擇

不同形式的梁橋其配筋的形式也不同。概括來說，在懸臂施工階段配筋，其主筋沒有下彎時布置在腹板加掖中，需下彎時平彎至腹板位置，一般在錨固前豎彎，以抵抗剪力；當進行連續梁后期配筋時，各跨跨中底板配置連續束。在頂板上要配制橫向鋼筋或橫向預應力鋼筋，其腹板下彎的縱向鋼筋需要時布置豎向預應力鋼筋。

2 連續體系梁橋施工過程中其內力和變形計算

連續體系梁橋設計最重要的是確定各個參數的具體數值，例如：跨徑布置、梁高等。這些參數的選擇并不是隨意的，而是需要根據具體的內力和變形計算來確定。因此，對于連續體系梁橋施工過程中其內力和變形進行計算是必要的。

2.1 穩定載荷作用下連續體系梁橋內力

在連續體系梁橋施工過程中，大致要經過四個階段，即：滿堂支架現澆施工、簡支變連續施工、逐跨施工及頂推施工。在這四個階段中其內力是不斷變化的，在實際的工程中主要是針對最后一節階段的內力變化進行分析。在頂推過程中，梁體內力不斷發生改變，梁段各截面在經過支點時要承受負彎矩，在經過跨中區段時產生正彎矩，配筋必須滿足施工階段內力包絡圖（見圖 1）。

由圖a.和b.可以看出，主梁的彎矩與導梁剛度及重量有關，其最大正彎矩發生在導梁剛頂出支點外，最大負彎矩發生在導梁剛接近前方支點時。

a.主梁正彎矩圖

b.主梁負彎矩圖圖1 主梁的彎矩圖

2.2 溫度應力計算

前文中也提到，連續體系梁橋對于溫度的敏感性非常強，因此，討論和計算其溫度應力非常重要。產生溫度應力最重要的原因是常年溫差、日照、混凝土水化熱問題。具體計算方法如下，由于溫度產生的應變為：

因此，溫差自應力表示為：

根據截面內水平力平衡，以及截面內力矩平衡方程：

求解可得：

將式（5）代入式（3）就可得到由于溫度而產生的內應力。

2.3 變形計算

連續體系梁橋的變形問題是一個非常復雜的過程，它需要考慮施工過程中的體系轉換，不同的荷載作用在不同的體系上，根據力學問題進行合理計算。在變形時，要考慮恒載和活載的問題，通過得到的變形設置連續體系梁橋的拱度。式（6）是由于基礎沉降引起橋系變形計算公式。

式（6）右邊的四項分別表示瞬時沉降彈性及徐變變形、沉降徐變增量變形、沉降彈性增量變形及后期沉降自身變形。

3 結語

連續體系梁橋設計并不是一個簡單的問題，它是要建立在科學合理的計算和分析過程上來開展工作，同時，一定要考慮到在施工過程中產生的附加問題。例如：由于施工產生的附加應力，以及附加變形等，只有完整的考慮才能對工程設計具有幫助作用。

[1]張金良，孫國帥，馮嬌.連續梁橋懸臂施工臨時支墩內力與變形計算分析[J].北方交通，2008,（6）.

[2]姚永建，譚毅平.鋼筋混凝土連續T梁橋加固計算與分析[J].中國科技博覽，2010,（35）.