先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

■羅 強

(山西省交通科學(xué)研究院，太原 030006)

0 引言

簡支橋梁和連續(xù)橋梁是我國橋梁工程的兩種主要形式，但是這兩種橋梁結(jié)構(gòu)優(yōu)缺點都非常明顯[1-2]。例如簡支橋梁整體結(jié)構(gòu)簡單，方便進行機械化作業(yè)，但是容易產(chǎn)生裂縫，影響橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；連續(xù)橋梁雖然行車舒適度好，自重輕，但是造價昂貴，后期維護成本高[3-4]。先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁則綜合了這兩種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，成為現(xiàn)階段大跨度橋梁設(shè)計與施工的常用形式[5]。對于設(shè)計人員來說，必須要掌握好先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁各個方面的設(shè)計要點，這樣才能為后期橋梁高質(zhì)量施工提供參考。

1 先簡支后連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)的應(yīng)用優(yōu)勢

首先，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁所用的預(yù)應(yīng)力鋼束可以提前在預(yù)制廠完成制作，并按照設(shè)計要求，完成預(yù)應(yīng)力鋼束相關(guān)性能的檢測工作，確定符合橋梁設(shè)計標準后運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場，直接使用，從而簡化了現(xiàn)場施工步驟，加快了施工進度；其次，采用先簡支后結(jié)構(gòu)的連續(xù)橋梁，具有更強的穩(wěn)定性和承載力，很少因為結(jié)構(gòu)受力不均勻發(fā)生變形問題，避免了橋面裂縫或橋頭跳車等問題的發(fā)生；再次，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁的大部分構(gòu)件，都是按照統(tǒng)一標準制作，可以支持機械化施工，從施工單位角度來說，降低了施工難度，提升了經(jīng)濟利潤；最后，先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁具有較強的環(huán)境適應(yīng)性，可以在不同地質(zhì)條件下使用。

2 墩頂濕接頭構(gòu)造設(shè)計

2.1 單橫梁單支座簡支結(jié)構(gòu)

在簡支梁構(gòu)造改進基礎(chǔ)上，將新澆鋼筋混凝土墩頂橫梁設(shè)計為與簡支梁形成整體，并對簡支梁起嵌固作用。構(gòu)造上，墩頂橫梁與簡支梁同高，以端橫隔板為側(cè)模，這種設(shè)置方式一來能夠提升墩梁及其關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，二來也能夠方便后期進行墩身混凝土澆筑。設(shè)置由順蓋梁方向的橫梁主要縱向受力鋼筋、簡支梁縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系，設(shè)置由上緣縱向抵抗負彎矩預(yù)應(yīng)力鋼筋下緣縱向預(yù)應(yīng)力鋼筋形成的預(yù)應(yīng)力體系。

2.2 雙橫梁雙支座簡支結(jié)構(gòu)

在簡支梁構(gòu)造改進基礎(chǔ)上，設(shè)計強大的端橫梁將多片簡支梁形成整體。構(gòu)造上，端橫梁高度與簡支梁同高。設(shè)計時，可以將翼板、質(zhì)量以及鋼筋等組成一個配套的受力體系，提高雙橫梁雙支座結(jié)構(gòu)的抗彎折能力。考慮到支座可能會受力出現(xiàn)不均勻下沉情況，設(shè)計時還要在制作下緣增加預(yù)應(yīng)力體系。這種設(shè)計方式有利于提高簡支結(jié)構(gòu)的承載能力，即便是遇到較強的荷載壓力或地質(zhì)擾動，也能夠通過結(jié)構(gòu)自身輕微變形進行緩沖調(diào)整，不會對結(jié)構(gòu)安全造成破壞性影響，從而達到了保護連續(xù)橋梁質(zhì)量安全的目的。

3 支座體系設(shè)計

先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁的支座設(shè)計，目前來看主要有單支座和雙支座兩種形式，且各有其優(yōu)缺點。例如，單支座結(jié)構(gòu)簡單，無論是前期設(shè)計、施工，還是后期進行橋梁維護，都相對簡單。但是單支座結(jié)構(gòu)橋梁不適用于復(fù)雜地質(zhì)，承載力也相對有限。相反，雙支座結(jié)構(gòu)雖然比較復(fù)雜，但是承載力和穩(wěn)定性更好，適用于大跨度、復(fù)雜地質(zhì)條件下橋梁工程。以雙支座結(jié)構(gòu)為例，保證橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計方法是，在墩頂梁端濕接頭出通過澆筑混凝土的方式，形成一個二次預(yù)應(yīng)力，起到保護橋梁結(jié)構(gòu)安全的效果。

4 連續(xù)橋梁整體設(shè)計

4.1 跨徑的影響

根據(jù)橋梁跨度的不同，先簡支后結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計也存在一定差異。簡單來說應(yīng)遵循以下設(shè)計原則：如果橋梁跨徑在20m以下，且跨數(shù)不超過5跨，則采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)計時要注意控制好裂縫寬度；對于橋梁跨徑超過20m，但是沒有達到30m的情況，可以考慮使用簡支連續(xù)橋，可以減少支座轉(zhuǎn)換和維護；對于橋梁跨徑超過30m，且墩高在12m以上的，應(yīng)當使用先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)。

4.2 支承方式設(shè)計

(1)雙支座簡支結(jié)構(gòu)。連續(xù)橋梁采用雙支座的支承方式，優(yōu)勢在于實現(xiàn)了橋梁主體壓力的分擔，特別是對于一些大跨度連續(xù)橋梁，采用雙支座設(shè)計方式，有效緩解了后期墩臺不均勻沉降的問題，對于延緩支座疲勞和延長橋梁使用壽命都起到了積極作用。但是雙支座簡支結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，設(shè)計時也要注意兩方面的要點：其一是保證兩個支座的高度、直徑等參數(shù)保持一致，誤差控制在標準范圍以內(nèi)，提升橋身穩(wěn)定性；其二，在墩頂梁端濕接頭處施加二次預(yù)應(yīng)力，避免支座頻繁轉(zhuǎn)換，維護橋梁結(jié)構(gòu)受力安全。

(2)單支座簡支結(jié)構(gòu)。與雙支座簡支結(jié)構(gòu)相比，單支座的優(yōu)點是避免了橋梁各部分結(jié)構(gòu)受力不均勻，從而導(dǎo)致一側(cè)支座受力過大而另一側(cè)制作不受力的問題。但是單支座簡支結(jié)構(gòu)對適用條件有特殊要求，通常情況下在墩頂梁端濕接頭預(yù)應(yīng)力不足的情況下，可以選種單支座簡支結(jié)構(gòu)。設(shè)計時還要注意單支座水平面上受力的均勻性，以及地基因素導(dǎo)致的支座不均勻沉降問題，這些都需要納入設(shè)計考慮范圍之內(nèi)，從而提升設(shè)計的科學(xué)性和實用性。

(3)簡支梁構(gòu)造改進設(shè)計。先簡支后結(jié)構(gòu)是在原先簡支梁結(jié)構(gòu)上進行優(yōu)化形成的，部分橋梁基于成本考慮，選擇使用簡支梁構(gòu)造，為了達到設(shè)計要求，需要對現(xiàn)行的簡支梁構(gòu)造進行改進。基本的設(shè)計方案為：首先，將預(yù)制梁、板，嵌入到墩頂現(xiàn)澆衡量上，嵌入尺寸控制在18cm～24cm之間，嵌入長度不足會影響后期穩(wěn)定性，前去長度過長則會影響其他構(gòu)造的施工；其次，保證墩頂連續(xù)施工，可以提升橋梁結(jié)構(gòu)的整體性，對確保受力的科學(xué)性也有一定幫助。

4.3 簡支連續(xù)橋梁施工流程設(shè)計

在設(shè)計階段，要理順先簡支后連續(xù)橋梁的具體施工流程，并且通過備注形式，將各個施工流程中的技術(shù)要點進行重點標注，方便現(xiàn)場施工隊伍進行質(zhì)量管控。先簡支后連續(xù)橋梁的施工順序為：

(1)完成T梁預(yù)制，并進行T梁安裝。安裝是要同時做好T梁橫隔板的布置，以提高梁板結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性；

(2)完成現(xiàn)澆墩頂濕接頭的布置，進行墩梁混凝土澆筑，進行澆筑效果檢查，符合標準后張拉預(yù)應(yīng)力鋼束；

(3)繼續(xù)完成T梁翼板和空心板接口澆筑工作，最后施加恒載完成橋梁施工。下表1為T梁吊裝的重量表。

表1 T梁吊裝重量表

4.4 施工過程管控設(shè)計要點

設(shè)計人員需要結(jié)合以往工作經(jīng)驗，對先簡支后結(jié)構(gòu)連續(xù)橋梁實際施工中遇到的問題，以及問題的形成原因，提前通過優(yōu)化設(shè)計，做到施工常見問題的有效預(yù)防。施工環(huán)節(jié)中的設(shè)計要求包括：一是T梁預(yù)拱度設(shè)計，目的是避免后期橋梁使用過程中出現(xiàn)跨中下?lián)蠁栴}；二是T梁存放時間的控制，預(yù)制成型的T梁，現(xiàn)場存放時間一般不得超過60天，避免存放時間過長影響使用效果；三是二次預(yù)應(yīng)力張拉時間的設(shè)計，通常選擇在T梁翼板澆筑之前完成張拉。張拉方式和張拉順序也要根據(jù)相關(guān)要求，在設(shè)計方案中進行明確說明，下圖1為先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的相關(guān)類型圖示。

圖1 先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)的類型圖

4.5 墩臺穩(wěn)定性設(shè)計

墩臺穩(wěn)定性設(shè)計對連續(xù)橋梁的整體質(zhì)量有直接影響，結(jié)合以往的設(shè)計經(jīng)驗可知，影響墩臺穩(wěn)定性的因素有多種，例如混凝土自身的收縮、地基的不均勻沉降等等。在進行穩(wěn)定性設(shè)計時，需要重點做好以下幾方面的工作：首先，根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，設(shè)計地基穩(wěn)定方案，使用強夯法、換填法等，提升地基穩(wěn)定性和承載力；其次，要關(guān)注支座更換引起的墩臺位移問題，確定墩臺支座位移的最大范圍，如果實際檢測結(jié)果表明支座位移超過標準，則需要采取糾偏措施。

4.6 混凝土澆筑設(shè)計

連續(xù)橋梁混凝土澆筑施工時，像梁、板等重要結(jié)構(gòu)，應(yīng)當保證一次性澆筑成型，避免分層澆筑出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫問題。因此，在前期設(shè)計時，就需要提前做好結(jié)構(gòu)劃分，并科學(xué)確定混凝土的澆筑厚度。例如，裸梁上現(xiàn)澆混凝土的厚度要控制在7cm～10cm之間，這部分混凝土層的作用是調(diào)平，并不參與主梁受力。混凝土澆筑前不適用鋼筋網(wǎng)，為了提升橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和抗拉能力，可以使用柔性纖維混凝土代替普通混凝土。

5 結(jié)語

先簡支后結(jié)構(gòu)目前已經(jīng)廣泛的應(yīng)用到大跨度連續(xù)橋梁中，并且經(jīng)過大量的工程實踐，驗證了這一結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性。為了切實保證橋梁工程整體質(zhì)量，需要提前做好橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計，明確先簡支后結(jié)構(gòu)設(shè)計的技術(shù)要點和相關(guān)流程。設(shè)計人員要重點關(guān)注支座體系、支承方式、墩臺穩(wěn)定性等方面的設(shè)計工作，并在完成橋梁整體設(shè)計后進行必要的驗證和檢測，確定不存在問題后方可指導(dǎo)橋梁施工建設(shè)，從而在保證橋梁安全方面發(fā)揮必要的作用。