有關(guān)先簡支后連續(xù)橋梁設(shè)計的研究

王丁

（中交投資有限公司）

有關(guān)先簡支后連續(xù)橋梁設(shè)計的研究

王丁

（中交投資有限公司）

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，我國的道路橋梁等基礎(chǔ)工程投資額度和建設(shè)規(guī)模都越來越大。在橋梁工程的建設(shè)施工中技術(shù)人員需要選擇科學(xué)的設(shè)計方案和技術(shù)以保證橋梁工程的質(zhì)量。本文將對先簡支后連續(xù)橋梁設(shè)計進行探討和研究。

橋梁；設(shè)計；研究；探析

1 先簡支后連續(xù)橋梁概述

先簡支后連續(xù)橋梁是國內(nèi)外高速公路上常用的一種橋梁結(jié)構(gòu)新形式，具有施工簡易、行車條件好且經(jīng)濟合理的特點。它克服了簡支梁整體性差的弱點，同時也克服了現(xiàn)澆連續(xù)梁對支架和地基的要求。先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)相對于傳統(tǒng)意義上的連續(xù)梁橋而言，降低了施工難度，同時一定程度上達到了結(jié)構(gòu)連續(xù)的目的。而相對于簡支梁來說，減小了跨中彎矩，提高了結(jié)構(gòu)的承載能力，減少了梁部的伸縮縫，并控制橋面橫向裂縫額的產(chǎn)生。因而先簡支后連續(xù)橋梁是一種經(jīng)濟合理的具有較強競爭力的好橋型，兼?zhèn)淞撕喼w系及連續(xù)體系的優(yōu)點。

先簡支后連續(xù)梁橋相比簡支梁橋和連續(xù)梁橋有較大的優(yōu)勢：改善了結(jié)構(gòu)受力狀況，采用連續(xù)設(shè)計比簡支設(shè)計可減少預(yù)應(yīng)力筋5%-15%。預(yù)應(yīng)力和初始上拱度相對較小，有利于橋面鋪裝施工。先在現(xiàn)場預(yù)制，現(xiàn)場吊裝，形成一般簡支體系，然后通過現(xiàn)場澆注連續(xù)接頭段，張拉負彎矩區(qū)域的預(yù)應(yīng)力鋼筋，使之成為真正的連續(xù)梁體系，不但有利于施工，按傳統(tǒng)習(xí)慣預(yù)制和安裝預(yù)應(yīng)力梁，減少了橋面伸縮縫，增強了結(jié)構(gòu)的整體性和行車的舒適性，改善了橋面養(yǎng)護維修。

先簡支后連續(xù)T梁比簡支T梁橋結(jié)構(gòu)剛度大，梁高低，用料少，結(jié)構(gòu)中的鋼材和混凝土數(shù)量少，且施工簡便，不要搭腳手架，施工質(zhì)量容易控制，經(jīng)濟效益和社會效益均為可取。由于主體結(jié)構(gòu)采用預(yù)制構(gòu)件，因此混凝土的收縮和徐變對梁的撓度和次內(nèi)力影響不大。

2 先簡支后連續(xù)橋梁設(shè)計研究

2.1 先簡后支連續(xù)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

當(dāng)期先簡后支連續(xù)橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括上部結(jié)構(gòu)設(shè)計和下部結(jié)構(gòu)設(shè)計。上部結(jié)構(gòu)設(shè)計主要內(nèi)容有截面尺寸的擬定，內(nèi)力計算，配筋計算，施工階段和使用階段的應(yīng)力驗算，最終承載力極限狀態(tài)驗算，剛度驗算。下部結(jié)構(gòu)設(shè)計包括：橋墩，橋臺及基礎(chǔ)的設(shè)計計算。在此主要介紹上部結(jié)構(gòu)計算。

首先需要進行截面尺寸擬定，在制定方案階段只是初步選定了截面的形式和輪廓尺寸，其余的細部尺寸可參考已建成的相同橋型，相近跨徑，橋?qū)?。荷載標(biāo)準的橋梁的截面尺寸，可根據(jù)方案的具體情況進行分析。

配筋設(shè)計時預(yù)應(yīng)力力鋼筋面積的估算及布置，面積應(yīng)分別按強度要求與施工和使用階段的應(yīng)力要求進行估算，在滿足要求的同時要盡量經(jīng)濟。鋼束布置要按規(guī)范滿足構(gòu)造要求，錨于梁端時，為減小支點和錨固面上預(yù)加力的偏心距和避免過大的局部集中力，將鋼束盡量布置的分散和均勻些。鋼筋布置完后要對梁截面強度進行驗算，如不符合要求則應(yīng)對截面尺寸和鋼筋的布置進行調(diào)整直到合格。應(yīng)力驗算主要指正常使用階段的應(yīng)力驗算。對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)主要進行變形和裂縫寬度的驗算。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)主要驗算在使用荷載和預(yù)加力作用下，混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力，變形及B類構(gòu)件裂縫寬度。

2.2 先簡后支連續(xù)橋梁主梁設(shè)計參數(shù)計算與取值

先簡后支連續(xù)橋梁主梁參數(shù)取值時設(shè)計人員需要考慮橋梁結(jié)構(gòu)中永久作用和可變作用不同的受力和取值。永久作用中結(jié)構(gòu)重力一期恒載混凝土容重為26kN/m3計，按實際斷面計重量，橫梁按集中荷載考慮,抗壓及抗彎彈性模量為3.45×104MPa，線膨脹系數(shù)為0.00001，彈性繼效系數(shù)為0.3，二期恒載為欄桿及橋面鋪裝等二期恒載取為12.48kN/m。預(yù)應(yīng)力鋼絞線采用公稱直徑Фs15.24mm低松弛鋼絞線，其抗拉強度標(biāo)準值fpk＝1860MPa，彈性模量Ep＝1.95×105MPa，松弛率=3.5%，孔道摩擦系數(shù)0.25，孔道偏差系數(shù)0.0015，一端錨具變形及鋼束回縮6mm，錨下張拉控制應(yīng)力為0.75fpk=1395Mpa。計算模型中已經(jīng)考慮預(yù)制箱梁中普通受力鋼筋的影響,按照預(yù)應(yīng)力A類構(gòu)件進行計算。將橋面鋪裝當(dāng)作二期恒載，不考慮橋面鋪裝參與受力?；炷潦湛s及徐變作用按《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62—2004）計算,環(huán)境年平均相對濕度RH取80%?？勺冏饔眯枰鶕?jù)橋梁設(shè)計要求如汽車荷載為公路—Ⅰ級（橫向分配系數(shù)為：0.69），汽車沖擊力按《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）規(guī)定的方法計算(取0.264)。溫度（均勻溫度和梯度溫度）作用依據(jù)體系升溫20℃、體系降溫-20℃，梯度溫度按照《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2004）的規(guī)定進行計算。設(shè)計時需要考慮以下幾種作用組合：恒載+汽車荷載、恒載+汽車荷載+第一組支座沉降+第一組溫度(升溫)、恒載+汽車荷載+第一組支座沉降+第二組溫度(降溫)、恒載+汽車荷載+第二組支座沉降+第一組溫度(升溫)、恒載+汽車荷載+第二組支座沉降+第二組溫度(降溫)。計算圖示及離散圖均按原設(shè)計文件確定，施工流程按原設(shè)計文件提出的施工方案確定。

2.3 先簡后支連續(xù)橋梁設(shè)計施工研究

先簡后支連續(xù)橋梁設(shè)計方案完成后經(jīng)過多方復(fù)核和檢查，提交施工企業(yè)進行工程的施工。在施工中施工企業(yè)需要注意以下幾個方面：

（1）臨時支座安設(shè)。設(shè)置臨時支座并安裝好永久支座（聯(lián)端無需設(shè)臨時支座），臨時支座具有足夠的強度，剛度和穩(wěn)定性。本橋采用鋼制砂桶，里邊填滿干燥黃砂，砂桶采用壁厚8mm直徑180mm的無縫鋼管制作。箱梁安裝前，在永久支座旁設(shè)臨時支座，每片梁下設(shè)4個臨時支座，此時應(yīng)注意臨時支座頂面與永久支座同高，箱梁安裝時以永久支座中心與箱梁設(shè)計中心相吻合為準，然后安裝好永久支座；也可以在箱梁安裝完畢，濕接縫施工前安裝永久支座。箱梁采用運梁平板車從預(yù)制場運至施工現(xiàn)場,由橋臺向跨中逐次安裝,通過運梁平車順橋向縱移至各架設(shè)孔位，并利用架橋機上的兩臺天車同時載梁前移至架梁段，徐徐落下，離支座30cm時將箱梁按指定位置橫移到位，此時，箱梁置于臨時支座上成簡支狀態(tài)。

（2）濕接縫施工。將濕接縫側(cè)端的外露鋼筋調(diào)直，并連接縱橋向連續(xù)接頭段處鋼筋，橫向聯(lián)結(jié)牢固，同時連接橫橋向中橫梁鋼筋；鋼筋的連接方式參照設(shè)計要求，如設(shè)計圖沒有明確說明，鋼筋直徑≥12mm時，采用焊接，鋼筋直徑＜12mm時采用綁扎。設(shè)置接頭板束波紋管并穿鋼束，鋼筋布設(shè)好后，在箱梁內(nèi)部隔板位置采用預(yù)埋波紋預(yù)留孔道。波紋管加工質(zhì)量應(yīng)符合工藝要求。波紋管位置一定要精確，與簡支梁聯(lián)結(jié)點做防止漏漿處理。在波紋管最高點要預(yù)留帶螺絲扣的排氣孔，確保水泥漿壓滿壓實。混凝土施工完畢，為防止早期收縮出現(xiàn)裂縫最好在搗實抹平后即用塑料薄膜覆蓋，在混凝土初凝前，掀開塑料薄膜，混凝土?xí)核帘砻?，這時要進行二次收漿，以控制平整度及防止裂縫。收漿完再用塑料薄膜覆蓋待下次養(yǎng)生采用自然灑水養(yǎng)生，灑水養(yǎng)生以保持混凝土表面充分潮濕，連續(xù)養(yǎng)生時間不少于7天。

（3）板負彎矩鋼束張拉和壓漿。濕接縫混凝土抗壓強度達到設(shè)計強度90%，張拉頂板負彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束。在穿預(yù)應(yīng)力鋼束前要全面檢查錨墊板和孔道，在安裝錨墊板時，錨固面應(yīng)與鋼束相垂直；待穿鋼絲束按長度和孔位編號，穿束時對號穿入，穿束可利用人工和卷揚機配合進行。張拉時，采用跨墩箱梁兩端對稱、逐根均勻張拉，張拉順序為先長束后短束。張拉完成后，為防止錨頭和預(yù)應(yīng)力鋼束銹蝕，用混凝土將錨具封在結(jié)構(gòu)混凝土內(nèi)。鋼束張拉完成后，采用相同直徑鋼筋將負彎矩剪斷鋼筋焊接，再澆筑槽口混凝土。壓漿前用水清洗管道，管道壓漿必須在主筋正式張拉全部完畢后24小時以內(nèi)及時完成，壓漿前需經(jīng)檢查預(yù)應(yīng)力筋無滑絲、斷絲、失錨及其它異常情況，確認合格者才允許進行。拆卸壓漿短管的時間寧晚勿早。按不同季節(jié)，酌情掌握。以水泥漿不流出即可拆管。壓入管道的水泥漿應(yīng)飽滿密實，定期進行檢查，檢查方法可在梁體側(cè)面的兩端和中部打眼觀察。接頭施工完成后，澆筑剩余跨中部分范圍內(nèi)濕接縫混凝土，剩余部分橋面板濕接縫混凝土應(yīng)由跨中向支點澆筑。

（4）系轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換。結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)換是一個特殊過程，必然引起橫系梁、梁與梁之間內(nèi)力重分布及次應(yīng)力的產(chǎn)生，該次應(yīng)力在體系轉(zhuǎn)換后要再次在一聯(lián)中重新分配，對整個結(jié)構(gòu)的受力影響很大，因此，嚴格按照施工程序來完成各道工序。澆筑完成并達到設(shè)計強度后，自邊跨向中心對稱地逐跨拆除一聯(lián)內(nèi)臨時支座，使橋墩上的永久支座墊石、支座、支座鋼板聯(lián)結(jié)成整體；完成體系轉(zhuǎn)換后，解除臨時支座時，應(yīng)特別注意嚴防高溫影響橡膠支座質(zhì)量。連接頂板鋼束張拉預(yù)留槽口處鋼筋后，現(xiàn)澆調(diào)平層混凝土、噴灑防水層、護欄施工、進行橋面鋪裝施工及伸縮縫安裝。

3 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，我國橋梁工程的設(shè)計方法和施工技術(shù)不斷進步。在先簡后支連續(xù)橋梁的設(shè)計中技術(shù)人員需根據(jù)科學(xué)理念進行設(shè)計保證橋梁工程的實用性和科學(xué)性。