簡支變連續(xù)箱梁上部結(jié)構設計

廖宜波

(山西省交通規(guī)劃勘察設計院，山西太原 030012)

1 概述

簡支變連續(xù)是公路橋梁施工中較為常見的一種方法。一般先架設預制主梁，形成簡支狀態(tài)，然后再將主梁在墩頂形成整體，最終形成連續(xù)梁體系，由簡支梁轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁的這一過程即為“體系轉(zhuǎn)換”。簡支變連續(xù)施工方法采用簡支梁的施工工藝，卻達到了建造連續(xù)梁的目的。

它具有以下特點:

1)結(jié)構受力性能好，建筑高度小，配筋少，外形美觀;2)施工方法簡單，實現(xiàn)了橋梁施工的工廠化、標準化和裝配化，施工質(zhì)量容易控制，上下部能夠同時施工，從而在很大程度上縮短了工期;3)伸縮縫少，行車舒適且經(jīng)濟合理，并兼?zhèn)浜喼Я汉瓦B續(xù)梁橋的優(yōu)點。

某橋根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設計中采用3-30 m簡支變連續(xù)箱梁結(jié)構形式。該橋橋?qū)?4．5 m，采用雙幅布置，單幅橋橫向采用4片小箱梁，箱梁之間采用18 cm厚的現(xiàn)澆濕接縫聯(lián)接。箱梁高度為1．6 m，每片小箱梁之間橫向濕接縫寬0．5 m，橋面橫坡采用2%的雙向坡(見圖1～圖3)。

圖1 標準橫斷面布置（單位：cm）

圖2 中梁標準橫斷面（單位：cm）

圖3 邊梁標準橫斷面（單位：cm）

2 技術標準及主要材料

2．1 技術標準

1)公路等級:雙向六車道高速公路;2)設計荷載:公路—Ⅰ級;3)橋面寬度:0．5 m防撞墻+11 m行車道+0．5 m防撞墻+0．5m中央分隔帶+0．5m防撞墻+11 m行車道+0．5m防撞墻，全橋?qū)?4．5 m;4)設計安全等級:一級;5)環(huán)境類別:Ⅱ類。

2．2 主要材料

1)橋梁預制、現(xiàn)澆及封錨混凝土均采用C50混凝土;2)普通鋼筋:采用符合國家有關最新標準的熱軋R235，HRB335鋼筋;3)預應力鋼絞線:采用符合GB/T 5224-2003的270級高強低松弛預應力鋼絞線，鋼絞線直徑為 15．2 mm，面積為 139 mm2，fpk=1 860 MPa，彈性模量 Ep=1．95 ×105MPa。

3 計算依據(jù)

1)箱梁計算參照JTG D60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范和JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范的相關規(guī)定進行計算。

2)按照定型設計技術要求進行計算，具體內(nèi)容如下:溫度效應:整體溫差，升溫30℃，降溫20℃，溫度梯度按JTG D60-2004公路橋涵設計通用規(guī)范第4．3．10條相關規(guī)定進行計算。基礎變位:1號墩考慮5 mm的豎向位移。預應力計算時參數(shù)選用:預應力鋼筋與管道內(nèi)壁的摩阻系數(shù) μ取0．25，管道偏差系數(shù)K取0．001 5，張拉端錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值 Δl采用12 mm。

3)收縮徐變:收縮徐變時間取為10年，即3 650 d。

4)活載橫向分布系數(shù)采用剛接梁法進行計算。保守考慮，邊梁和中梁結(jié)構計算時采用較大的一個橫向分布系數(shù)進行取值。主梁活載橫向分布系數(shù)確定后，將活載乘以相應的橫向分布系數(shù)后，在主梁內(nèi)力影響線上最不利布載，考慮沖擊系數(shù)，即可求得主梁最大活載內(nèi)力。

4 結(jié)構計算

本文以3-30 m一聯(lián)小箱梁為例，使用“橋梁博士3．1．0”計算軟件對中梁建立計算模型，進行結(jié)構計算。模型共建立了66個單元，67個節(jié)點，其中2號、23號、45號、66號節(jié)點為支座節(jié)點，計算模型見圖4。

圖4 計算模型

簡支變連續(xù)的過程是一個體系轉(zhuǎn)換的過程，由一個靜定結(jié)構體系轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€超靜定結(jié)構體系，計算分析中必須依據(jù)具體的施工過程來檢驗每一施工階段結(jié)構的安全性。計算時候主要考慮施工階段和正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構應力是否滿足規(guī)范要求，以及承載能力極限狀態(tài)的結(jié)構強度是否滿足規(guī)范要求。

結(jié)構計算時，施工階段劃分如下:

第1施工階段:安裝預制主梁，張拉正彎矩鋼絞線，并壓注水泥漿、封錨，同時設置臨時支座并安裝好支座，使主梁形成簡支狀態(tài)。

第2施工階段:在日溫最低時澆筑第一孔與第二孔及第二孔與第三孔主梁之間的連續(xù)段混凝土，達到設計強度后，張拉負彎矩鋼絞線，并壓注水泥漿。并拆除臨時支座，進行體系轉(zhuǎn)換，最終形成三跨連續(xù)梁。

第3施工階段:橋面鋪裝及護欄施工。

首先，我們來看施工階段應力是否能滿足規(guī)范要求(見圖5～圖7)。

圖5 第1施工階段截面正應力

圖6 第2施工階段截面正應力

圖7 第3施工階段截面正應力

從以上計算結(jié)果可以看出:

1)各施工階段主梁截面上下緣均未出現(xiàn)拉應力。

2)最大壓應力滿足JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范(以下簡稱“規(guī)范”)第7．2．8條的規(guī)定。

其次，我們再來看使用階段應力是否能滿足規(guī)范要求(見圖8～圖12)。

圖8 長期效應組合截面正應力

圖9 短期效應組合截面正應力

圖10 標準組合截面最大正應力

從以上計算結(jié)果可以看出:

1)長期效應組合下，主梁上下緣均未出現(xiàn)拉應力，滿足規(guī)范6．3．1 條的規(guī)定。

圖11 短期效應組合截面最大主拉應力

圖12 標準組合截面最大主壓應力

2)短期效應組合下，主梁上下緣均未出現(xiàn)拉應力，滿足規(guī)范6．3．1 條的規(guī)定。

3)標準組合下，主梁上下緣最大正應力滿足規(guī)范7．1．5條的規(guī)定。

σkc+ σpt=15．8 MPa≤0．5fck=0．5 ×32．4=16．2 MPa。

4)短期效應組合下，主梁最大主拉應力滿足規(guī)范6．3．1條的規(guī)定。

σtp=0．9 MPa≤0．4ftk=0．4 ×2．65=1．06 MPa。5)標準組合下，主梁最大主壓應力滿足規(guī)范7．1．6條的規(guī)定。

σcp=15．8 MPa≤0．6fck≤0．6 ×32．4=19．4 MPa。最后，看主梁抗力能否滿足規(guī)范要求(見圖13，圖14)。

圖13 承載能力極限組合1截面最大抗力及其對應內(nèi)力

圖14 承載能力極限組合1截面最小抗力及其對應內(nèi)力

從以上計算結(jié)果可以看出，主梁抗力也能滿足規(guī)范要求。

5 需要注意的問題

由于簡支變連續(xù)梁橋在施工過程中存在體系轉(zhuǎn)換，那么必須依據(jù)具體的施工過程來分析結(jié)構的受力，而且在澆筑兩孔主梁之間的連續(xù)段混凝土前應該先釋放開臨時支座的水平約束，必須保證將要連續(xù)的兩孔主梁的邊界條件只有一個是固定支座，以保證轉(zhuǎn)完連續(xù)的體系中沒有預存軸力。

簡支變連續(xù)梁橋邊跨比中跨受力要大，邊跨配筋需加大，應有別于中跨配筋。墩頂負彎矩必須嚴格按照設計要求進行張拉，張拉時混凝土實際強度不小于設計強度的95%，采用強度與彈性模量雙控。控制混凝土凝期的時間，以減少混凝土收縮徐變的影響。

墩頂負彎矩區(qū)合龍頂板束的張拉應按照先邊跨后中跨的順序，兩側(cè)對稱張拉。

濕接縫也是簡支變連續(xù)梁橋設計的一個重點。由于濕接縫是在梁體縱向形成連續(xù)梁后澆筑的，此部分新老混凝土結(jié)合最易成為結(jié)構的薄弱環(huán)節(jié)，新老混凝土強度必須達到一致連成整體，所以濕接頭部位新老混凝土鑿毛相當重要，接頭混凝土養(yǎng)護工作也必須重點注意。

6 結(jié)語

簡支變連續(xù)梁橋施工工藝簡單，質(zhì)量可靠，可以有效地改善橋梁行車的舒適性、平穩(wěn)性，有利于高速行車。該橋已于2007年順利施工完成，現(xiàn)階段情況良好。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范［S］．

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設計通用規(guī)范［S］．