簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)橋梁在不同因素下的支點(diǎn)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(nèi)大部分研究工作者對簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)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(xù)結(jié)構(gòu)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(jì)算，其計(jì)算理論方法大多采用規(guī)范計(jì)算公式和有限元程序。本文分析了簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)在不同因素下的支點(diǎn)約束彎矩的變化規(guī)律。該影響因素主要包括:主梁橫截面類型;體系轉(zhuǎn)換混凝土齡期;施工順序;跨徑的大小;預(yù)應(yīng)力筋位置、數(shù)量;混凝土強(qiáng)度等級。

1 體系轉(zhuǎn)換時混凝土齡期影響

簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)體系發(fā)生轉(zhuǎn)換時，很多研究工作者認(rèn)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(jì)算分析時采用10年一個足夠長的齡期。按進(jìn)行時間歷程變化對比分析，得出三跨30m薄腹和厚腹T梁內(nèi)跨支點(diǎn)約束彎矩M規(guī)律如下。

外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，但在變形作用條件下，結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。例如，以一個兩端受轉(zhuǎn)動約束的簡支梁為例，則:當(dāng)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(shù)。

約束力矩不僅與溫差和截面高度有關(guān)，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(jié)構(gòu)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(xù)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(fā)展產(chǎn)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?yàn)槿绻凑障葷矙M隔板后澆橋面板的施工順序，當(dāng)澆筑橋面板時橫隔板己經(jīng)具有相當(dāng)大的強(qiáng)度此時會承受一些由橋面板恒載產(chǎn)生的負(fù)彎矩，并且由于新澆橋面板和主梁之間不同收縮性質(zhì)導(dǎo)致的負(fù)彎矩也會增大，其最終結(jié)果就是導(dǎo)致負(fù)約束彎矩的增大，這種澆筑順序提高了結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換后的連續(xù)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(jì)算出來的支點(diǎn)約束彎矩要比同時澆筑情況下小。當(dāng)橋面板澆筑完成后，在橋面板作用下梁端繞支座轉(zhuǎn)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(zhuǎn)動也不受任何限制，這種情況一直持續(xù)到橫隔板澆筑后，因此，負(fù)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(shù)和預(yù)應(yīng)力筋的影響，初始負(fù)彎矩的發(fā)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(jīng)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(zhuǎn)換后約束彎矩的發(fā)展起很大作用，隨著時間的發(fā)展，徐變使初始負(fù)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(xù)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(zhuǎn)連續(xù)兩種情況進(jìn)行分析可以得出:

早期轉(zhuǎn)連續(xù)，連續(xù)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?yàn)殡S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(shè)預(yù)應(yīng)力筋則由自重產(chǎn)生的支點(diǎn)約束負(fù)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(tài)總荷載產(chǎn)生的內(nèi)力必須施加較大的預(yù)應(yīng)力、設(shè)置較多的預(yù)應(yīng)力鋼筋。晚期轉(zhuǎn)連續(xù)，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(xù)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(diǎn)處產(chǎn)生負(fù)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(yīng)力產(chǎn)生重分布，且對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。故上調(diào)預(yù)應(yīng)力筋會減小收縮徐變對應(yīng)力的影響，是有利的。布置預(yù)應(yīng)力筋后，內(nèi)支點(diǎn)處截面應(yīng)力表達(dá)式如下

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

預(yù)壓力用來抵消恒載作用下的截面上緣拉應(yīng)力，故上調(diào)預(yù)應(yīng)力筋對結(jié)構(gòu)有利。上調(diào)鋼束位置，支點(diǎn)處預(yù)應(yīng)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(diǎn)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(jié)構(gòu)更加趨于安全。

除了以上預(yù)應(yīng)力筋的布置的影響外，預(yù)應(yīng)力筋數(shù)量的影響也是一個很重要的影響因素。

鋼筋是橋梁結(jié)構(gòu)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(chǎn)生拉應(yīng)力，亦即減少了混凝土的預(yù)壓應(yīng)力，因而對混凝土建立有效預(yù)壓應(yīng)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(yīng)素混凝土的收縮徐變，因而減少了預(yù)應(yīng)力鋼筋的預(yù)應(yīng)力損失，這對于預(yù)應(yīng)力筋建立有效預(yù)應(yīng)力則是有利的。然而決定結(jié)構(gòu)抗裂性的是混凝土的有效預(yù)壓應(yīng)力，因此非預(yù)應(yīng)力筋或型鋼的存在對結(jié)構(gòu)的抗裂性是不利的。

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

4 混凝土強(qiáng)度等級影響

混凝土的抗壓強(qiáng)度雖然與混凝土的收縮徐變沒有直接的關(guān)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(dāng)前結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級有了較大的提高，在混凝土收縮徐變預(yù)測模型中應(yīng)該考慮混凝土強(qiáng)度等級的影響。表明，混凝土強(qiáng)度等級越高，彈性模量越大，收縮徐變產(chǎn)生的撓度和內(nèi)力越小?；炷翉?qiáng)度等級小于等于C40時，收縮徐變對結(jié)構(gòu)的影響較大;混凝土強(qiáng)度等級大于等于C40時，收縮徐變對結(jié)構(gòu)影響較小。這是因?yàn)橹髁汉蜆蛎姘宀煌牧蠒?dǎo)致其收縮徐變差異更加明顯。

5 結(jié)論

本文對簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)中支點(diǎn)約束彎矩規(guī)律進(jìn)行了分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論。

(1)簡支變連續(xù)結(jié)構(gòu)支點(diǎn)約束彎矩受體系轉(zhuǎn)換時主梁混凝土齡期影響較大，早期轉(zhuǎn)連續(xù)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(zhuǎn)連續(xù)的情況下，約束彎矩為負(fù)值。

(2)主梁截面形式?jīng)Q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?yàn)楹窀菇孛鎀梁自重較大，對于早期轉(zhuǎn)連續(xù)情況抑制上拱的能力較強(qiáng)。

(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(zhì)是約束負(fù)彎矩的一個重要決定因素，當(dāng)先澆橋面板時，橋面板和主梁之間的不同收縮性質(zhì)差異不明顯，所以負(fù)彎矩表現(xiàn)也不明顯。這種施工順序和早期轉(zhuǎn)連續(xù)情況下產(chǎn)生的約束彎矩變化情況相似。

(4)不同跨度、預(yù)應(yīng)力分布位置、彎起鋼筋數(shù)量、混凝土強(qiáng)度等級等因素也對支點(diǎn)約束彎矩的變化有一定影響。

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