簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋施工工藝及溫度效應(yīng)計算理論研究

吳濤，陳慶，陶潘深

（湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司，湖南長沙410019）

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋施工工藝及溫度效應(yīng)計算理論研究

吳濤，陳慶，陶潘深

（湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司，湖南長沙410019）

先簡支后連續(xù)梁橋同時具有簡支梁橋和連續(xù)梁橋的特點，也因為其施工便利，以及良好的使用性能已在公路及市政橋梁建設(shè)中得到了廣泛運用。現(xiàn)首先介紹簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的一般施工工藝，然后推導(dǎo)出簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋溫度效應(yīng)的計算公式。其研究內(nèi)容可為簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的設(shè)計和施工提供參考。

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋；施工工藝；溫度效應(yīng)；應(yīng)用

0　引言

隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，修建了許多20～40m的中等跨徑的橋梁，在中等跨徑的橋梁中，簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋占有舉足輕重的地位。簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋由于綜合了簡支梁橋和連續(xù)梁橋兩種橋型，具有橋面裂縫少，整體性好，施工周期短，工程造價低等優(yōu)點，已在公路及市政橋梁建設(shè)中得到了廣泛運用。雖然簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋已經(jīng)被廣泛運用在設(shè)計和施工中，但是有些施工單位還停留在簡支梁和連續(xù)梁施工工藝上，對簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的施工工藝未給予足夠的重視，導(dǎo)致在施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題，甚至出現(xiàn)安全事故。當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環(huán)境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，而溫度次內(nèi)力將使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、變形等病害。針對這些問題，本文將介紹簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的施工工藝和溫度效應(yīng)計算理論，并將施工工藝和結(jié)構(gòu)理論兩者結(jié)合，以促進簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的推廣應(yīng)用。

1　簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的施工工藝

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的工藝步驟為：箱梁在預(yù)制場內(nèi)集中預(yù)制加工；完成后采用運梁車運至施工現(xiàn)場；然后采用雙導(dǎo)梁架橋機縱向逐跨安裝；箱梁簡支安裝后，再采取結(jié)構(gòu)連續(xù)的方法將受力體系轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁結(jié)構(gòu)（見圖1）。

圖1　簡支轉(zhuǎn)連續(xù)施工工藝流程圖

2　溫度效應(yīng)計算理論研究

當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環(huán)境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，而溫度次內(nèi)力將使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、變形等病害，并且在靜定和超靜定結(jié)構(gòu)中均能產(chǎn)生。橋梁結(jié)構(gòu)中的溫度效應(yīng)是溫度自應(yīng)力（內(nèi)部自平衡應(yīng)力）和溫度次應(yīng)力（外部約束溫度應(yīng)力）兩部分之和（見圖2）。

圖2　箱梁截面溫度計算圖式

2.1溫度自應(yīng)力計算

在橋梁工程中，箱梁截面（見圖2）頂板的厚度一般不小于100mm，橋梁結(jié)構(gòu)的局部溫度梯度如下式：

溫度梯度作用導(dǎo)致箱梁截面應(yīng)變的曲率Ψ、沿箱梁界面高度y=0處的應(yīng)變ε0為：

由溫度梯度t（y）引起的溫度自應(yīng)力σs（y）為：

溫度自應(yīng)力σs為：

式中：A為橋梁結(jié)構(gòu)的橫截面面積；E為混凝土的彈性模量；a為材料的膨脹系數(shù)；I為箱梁截面的抗彎慣性矩。

2.2溫度次應(yīng)力計算

如圖3所示，通過結(jié)構(gòu)受力分析可求解溫度次內(nèi)力。設(shè)橋梁結(jié)構(gòu)有n跨，取中支點主梁彎矩為未知力，有n-1 個未知力，則力法的方程為：

圖3　計算圖式

式中：［δ］為柔度系數(shù)矩陣；｛x｝為贅余力矩陣；｛Δt｝為載變位矩陣。

解該力法方程，可得到溫度次內(nèi)力。

邊墩墩頂截面溫度次內(nèi)力如公式（3-41）所示，中間墩墩頂截面溫度次內(nèi)力如公式（3-42）所示：

邊跨：由于僅單側(cè)墩頂具有溫度次內(nèi)力效應(yīng)，溫度次內(nèi)力效應(yīng)計算公式如公式（3-43）所示：

次邊跨：由于兩側(cè)墩頂具有不同的溫度次內(nèi)力效應(yīng)，溫度次內(nèi)力效應(yīng)計算公式如公式（3-44）所示：

中間各跨：由于兩側(cè)墩頂均有相同的溫度次內(nèi)力效應(yīng)，溫度次內(nèi)力效應(yīng)計算公式如公式（3-45）所示：

這樣，就建立了針對簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋各跨溫度次內(nèi)力效應(yīng)的計算公式。求得次內(nèi)力后，自然可求得溫度次應(yīng)力。與溫度自應(yīng)力疊加，可得溫度總應(yīng)力。

3　結(jié)論

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋施工就是將兩跨及兩跨以上的預(yù)應(yīng)力混凝土梁通過現(xiàn)澆混凝土形成連續(xù)結(jié)構(gòu)的施工方式。這種施工方式結(jié)合了簡支梁橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點。本文介紹了簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的一般施工工藝，推導(dǎo)出了簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋溫度效應(yīng)的計算公式，可為今后簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的設(shè)計和施工提供參考。

U445.4

A

1009-7716（2015）01-0052-02

2014-09-04

吳濤（1972-），男，湖南人，工程師，實驗室主任，從事橋梁、遂道檢測及工程技術(shù)研究工作。