_先简支后连续_梁桥的设计及应用

陈奉民1,张丽娟2

(1.重庆交通科研设计院,重庆　400067;2.重庆市政设计研究院,重庆　400020)

摘　要:“先简支后连续”体系梁在公路及市政桥梁建设中得到广泛应用。阐述这种结构体系的合理性,重点分析其计算、设计及施工要点,简要介绍其应用现状。

关键词:先简支后连续;梁;体系转换;要点

文章编号:1009-77(2006)01-0055-03　　　中图分类号:U442.5　　　文献标识码:A

“First Simply Supported Then Continuously Supported”

G irder Bridge De sign&Application

Chen Fengmin1,Zhang Lijuan2

Abstract:The“First Sim ply Supported Then C ontinuously Supported”system girder is widely applied in road and urban bridge construction.This paper descibes the rationality of this structure system and gives analysis to its com putation,design and construction key points,als o briefly introduces its current application.

K ey w ords:First Sim ply Supported Then C ontinuously Supported;girder;system trans form;key point

　　目前我国高等级公路桥梁中,20～50m的中等跨径的梁式桥占有举足轻重的地位。这类桥梁通常采用一般简支结构,桥面做成连续形式。

近些年来,随着设计技术和施工工艺的不断完善,一种介于简支结构与传统连续结构之间的梁桥形式应运而生。这种结构形式通过工厂预制、现场吊装形成一般简支体系,然后通过浇筑支点连续段混凝土、更换支座(体系转换)后形成连续结构。

1　“先简支后连续”体系的合理性

“先简支后结构连续”梁桥充分发挥了简支梁桥和连续梁桥的优点,克服了它们的缺点。首先,这种体系像简支梁一样构造简单,并有效地减小截面尺寸或者减少预应力配束。对于中小跨径简支梁桥,车辆荷载产生的跨中弯矩占总弯矩的比例较大,约为30%～40%。“先简支后结构连续”体系在运营阶段已转换为连续体系,由于支点负弯矩的“卸载”作用,使汽车荷载产生的跨中弯矩明显减少(见表1),从而减小设计尺寸或者减少配束,使得结构更趋于合理性。

其二,这种体系可以预制吊装施工。传统连续梁桥结构较复杂,施工方法无论是现浇、顶推还是移动支架都较为繁琐,建设费用高,施工工期长。“先简支后结构连续”体系能有效避免这一点,从而加快施工进度,提高经济效益。

表1　汽车荷载跨中弯矩比较

LΠm M SΠ(kN・m)M SCΠ(kN・m)M SCΠM S

201371.806791.0300.576

302314.5431260.3110.544

403141.0841710.3620.544

　　注:表中数据根据公路-1级荷载计算得出,其中L为桥梁标准跨径;M S为简支梁跨中弯矩;M SC为3跨先简支后连续梁中跨跨中弯矩。

其三,预制装配的“先简支后连续”梁在受力性能方面也具有较大的优越性,受混凝土的收缩徐变以及支座不均匀沉降等影响较小。在预制装配为简支结构时,混凝土的龄期较早,收缩与徐变的变形量都较大,这时的变形结构是静定体系,不产生支座反力,没有内力重新分布问题产生,支座产生的不均匀沉降也不产生次内力。在结构形成连续体系之后,结构收缩、徐变以及支座不均匀沉降均较小,不会产生较大的二次力。

最后从运营条件来说,这种体系具有变形小、伸缩缝少的优点,避免了简支梁桥波浪式跳车、在长期使用中桥面连续及伸缩缝常出现破坏的缺点,可以像连续梁桥一样行车无断点,从而使得行车高速、平稳、舒适。

公路交通技术　2006年2月　第1期　　　　　　T echnology of Highway and Transport　Feb.2006　No.1

收稿日期:2005-04-252　主梁的计算要点

先简支后连续体系的主梁应按组合式受弯构件来进行设计计算。所谓“组合式受弯构件”指的是施工时把预制构件作为支撑,在其上浇筑混凝土层并与其成为联合受弯构件。这类构件主要考虑2种设计状况,即持久状况和短暂状况。规范要求需分别进行持久状况下承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算,并对持久状况和短暂状况构件的应力进行验算。

由于先简支后连续体系的主梁在施工过程中发生体系转换,因此主梁根据施工阶段应分别进行预制梁(静定构件)和组合梁(超静定构件)2个方面的计算。

　2.1　持久状况承载能力极限状态计算

预制梁和组合梁分别要进行正截面抗弯承载能力、斜截面抗剪承载能力和结合面抗剪承载能力计算。其中预制梁计算正截面(正弯矩控制截面)抗弯和斜截面抗剪,结合梁则计算正截面(正弯矩和负弯矩控制截面)抗弯、斜截面抗剪和结构面抗剪。

　2.2　持久状况正常使用极限状态计算

预制梁主要进行施工阶段应力计算,组合梁需进行正截面抗裂、斜截面抗裂、裂缝宽度和挠度的验算。其中抗裂验算仅适用于预应力结构,但B类构件正截面抗裂问题不存在。

　2.3　持久状况和短暂状况应力计算

持久状况下计算组合梁混凝土法向压应力、预应力钢筋的拉应力以及斜截面的主拉应力和主压应力。短暂状况下则主要计算预制梁的上述应力。

3　设计及施工要点

　3.1　主梁连续的做法

“先简支后连续”在设计和施工中有以下几种做法:

(1)主梁的普通钢筋在墩顶连续。该方法简单易行,缺点是墩顶负弯矩区常常发生横向裂缝

,影响桥梁的持久使用。

(2)主梁纵向预应力钢束在墩顶连续。该方法效果较好,缺点是施工难度大,往往需要特殊的连接器来完成。

(3)墩顶两侧主梁在一定范围内布设预应力短束实现连续。该方法简单可行,具有第(2)种方法的优点,同时克服了墩顶负弯矩区的开裂问题。详见图1。

图1　先简支后连续梁桥现浇连续段示意

　3.2　墩梁结合的方式

先简支后连续体系的梁桥墩梁结合的方式概括起来主要有墩梁分离和墩梁固结2种。

(1)墩梁分离　此为最普遍的做法。一般在连续墩处设置普通型板式支座,在交接墩(设伸缩缝)设置F

4型板式支座。由于采用支座,施工较为方便,但同时亦存在支座易老化、需更换支座的问题。

(2)墩梁固结　这种做法主要用在山区高墩桥梁上。由于墩顶设置支座时,计算模型通常简化为上端自由下端固结的压弯构件,对于高墩桥梁势必增大墩底弯矩,造成设计上的浪费。这种情况下采用墩梁固结,计算模型简化为上下端均为固结的压弯构件,可以有效地减小墩底弯矩,优化设计。

实现墩梁固结的途径很多,目前在实践中应用较广的是在梁底和墩顶预埋钢板,焊接之后实现结构上的固结。

　3.3　临时支座的选用

架设预制梁时由于还没有实现结构连续,必然要用到临时支座作为支承(见图1)。临时支座常选用硫磺砂浆支座或者砂筒支座。

硫磺砂浆支座是利用硫磺砂浆在常温下有较高的强度、承载力,遇热后又能软化及熔化的特性制作。拆除临时支座时,只需接通电流,对硫磺砂浆支座进行加热,数分钟内硫磺砂浆完全熔化,连续梁便由临时支座落坐到永久支座上。

砂筒支座主要由上下2个钢套筒构成,构造示意见图2。它通过减少钢套筒里面的砂量来调整主梁标高或拆除支座。与硫磺砂浆支座比较,砂筒支座有环保、灵活的优点;不足之处是占据空间较大,因此设计上需加大盖梁尺寸。

4　结语

对于高等级公路或城市道路上的大中桥梁,已经越来越多地采用“先简支后连续梁”结构。同时对于曲线桥梁,在条件适合的情况下(一般半径不小

(下转第62页)

65　　　　　　　　　　　　　　　　　公　路　交　通　技　术　　　　　　　　　　　　　2006年

表2　回归拟合程度校验

已使用时间Πt i

损伤系数ΠD t i

D t =0.0173t

0.940

δ=D t - D t

δi

2

30.060.0486690.01130.00012838380.110.122548-0.0130.000157446130.160.1935-0.0340.001126518180.220.262957-0.0430.001845326230.270.331217-0.0610.003747544250.320.358267-0.0380.0014352270.360.38519-0.0250.00063454290.420.4119970.008 6.40516E -05310.470.4386950.03130.000979974330.530.4652930.070.004186932350.570.4917970.07820.00611565838

0.61

0.5313

0.0786

0.006179728

3　结论

以上根据桥梁结构实际使用和管理中获得的信息,建立了计算桥梁剩余寿命的回归预测模型。我们对桥梁结构寿命预测的目的是为了确定当前决策,至于更精确的破坏时间倒没有太大的实际意义,从这种意义上讲,这种模型是可行的,决策者可根据自己的知识水平、所掌握的信息种类和数量等主客观条件来选用模型进行预测分析和决策制定。同时该模型是初步的,模型中对有些参数的取值和对一些问题的处理存在的不妥之处,将随着实践经验的积累不断地得到改进和完善,使所建模型能更好地

适合桥梁结构的实际情况。

参考文献

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(上接第56页)

于400m ),多采用这种体系进行“弯桥直作”,这在理论上和实践上都是可行的。此时,曲线边梁的弦弧差通过翼缘板来调整,这使得主梁可预制为直梁;而曲线内、外侧梁长的变化可以通过墩顶现浇连续段来调整,这使得预制梁的跨径统一或者预制模数大为减少,从而极大地简化了结构的复杂性,方便了预制施工

。

图2　砂筒支座构造示意

“先简支后结构连续梁”桥由于采用了“先简支

后连续”的设计理念,有利于机械化、标准化施工,缩短了施工周期,降低了投资成本,并且提高了桥梁整体的受力性能和使用性能,因此在近几年得到广泛关注并得到推广。

参考文献

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