简支转连续梁桥的几个关键问题.docx
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简支转连续梁桥的几个关键问题
简支转连续梁桥的几个关键问题
摘要
随着我国高速公路建设的迅猛发展，桥梁的建造数量大幅度增加，桥型结构和施工工艺也在不断丰富。
其中“先简支后连续梁”由于其施工便利及优越的工作性能在中等跨径的桥梁中得到了大量使用。
简支转连续梁桥兼顾了简支梁桥和连续梁桥的优点，其数量在我国混凝土梁桥中占相当大的比重。
简支转连续梁桥施工中有许多关键控制环节需要进行深入的研究。
本文论述了简支连续梁桥及其结构体系、连续构造、梁桥支承、梁桥横向整体性，探讨简支连续梁桥的结构形式、构造设计及施工工艺等。
关键词：
简支连续梁桥；体系与构造；施工工艺
ResearchOnSeveralKeyProblemsofSimple-ContinuousGirderBridgeAbstract
Alongwithourcountrytherapiddevelopmentofthehighwayconstruction,bridgeconstructionquantityincreasessubstantially,bridgestructureandconstructiontechnologyarealsoconstantlyenriched."Firstsimplysupportedtocontinuousgirder"duetoitsconvenientconstructionandexcellentworkingperformanceinmiddlespanhasbeenwidelyusedinthebridge.Simple-continuousgirderbridgehastheadvantagesofsimply-supportedgirderbridgeandcontinuousbridge,whichhasalreadyalargeproportioninconcretegirderbridge.Anumberofkeytechnologiesinconstructionstageofsimple-continuousgirderbridgeneedtobestudied.Thispaperdiscussessimply-supportedandcontinuousbeambridgesandstructuresystem,continuousconstruction,beambridgesupport,lateralintegrityofbeambridges,probesintostructuretypes,constructiondesignandconstructiontechnology,etc.ofsimply-supportedandcontinuousbeambridges.
Keywords:
simply-supportedandcontinuousbeambridge;systemandconstruction;constructiontechnology
0引言
高等级公路运输倡导“安全、高速、舒适”的运营理念，这对公路桥梁结构提出了更高的质量要求，一种兼顾简支梁桥和连续梁桥优点的桥型—简支转连续梁桥应运而生。
简支连续梁桥结构形式虽然问世较晚，但其应用越来越广泛，目前已成为山区中小跨径桥梁的主要形式。
由于简支梁桥所处环境复杂，质量控制难度大，易于出现设计、施工缺陷，导致服役期内出现普遍性的病害，影响其长期正常、安全运营，故需引起极大重视。
由于多孔简支梁桥为适应温度变化的需要以及荷载作用下引起桥梁上部的变形，在每个墩（台）上都要设置伸缩缝。
随着桥上伸缩缝数量的增多，不仅大大增加了桥梁的造价，而且还会大大地降低桥面的平整度，致使车辆行驶在桥面上时有突跳感，影响了行车的速度、安全和舒适性。
并且桥梁伸缩缝长期暴露在大气中，使用环境恶劣，是桥梁结构中最易遭到破坏而又较难以修补的部位。
一旦伸缩缝遭到破坏，又会引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车状况，急剧降低桥梁的使用寿命。
上世纪70年代末，人们通过研究提出了“简支桥面连续梁桥”的想法，并迅速付诸实践。
所谓的“简支梁桥桥面连续”，就是多孔简支梁桥根据桥梁的长度、跨径和支座的型式，将其桥面分段或全桥连接起来的构造。
即在相邻两跨简支梁桥之间的伸缩缝处不设置专门的伸缩装置，而是将其桥面板部分或桥面铺装的一部分联为一体。
这种结构的桥梁其受力特点是桥体本身仍保留简支梁的特点，而桥面并不改变其受力体系。
这样，桥梁在荷载作用下，既具有简支梁桥的力学特性，又能为车辆提供连续的行车道，从而保证了行车的平稳、舒适，发挥了连续梁桥的优越性。
目前，简支桥面连续梁桥已成为小跨径梁桥的主要形式。
与预制安装简支梁桥相比，现浇预应力混凝土连续梁桥的施工复杂繁琐、费工费时，于是人们一直希望将简支梁桥构造简单、施工方便、维修养护容易等特点与连续梁桥变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适等优越性有机的结合起来，取长补短，以期发挥更大的社会效应和经济效应。
因此，借助简支梁桥的施工方法修建的连续梁桥（即在采用预制拼装形成简支梁桥的基础上，在墩顶处将主梁连为一体，从而形成连续梁—简支结构连续梁桥），已引起桥梁界的高度关注。
如今，简支结构连续梁桥已在全国各地广泛应用。
1简支连续梁桥概述
简支连续梁桥是指先将预制梁（板）简支架设，后通过现浇墩顶主梁（板）顶部部分混凝土湿接头跨缝结构。
其中预应力混凝土简支桥面连续梁（板）桥特点有以下6点，简支连续梁桥结构，见图1。
1静定体系、墩顶仅梁（板）顶部分连续
2单跨受力
3预制吊装等方法施工
4温度变化、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降等不产生附加内力
5主梁全压结构或拉应力受限并不开裂
6桥面连续构造带裂缝工作
图1简支桥面连续梁桥示意
1.1简支连续梁桥基本形式
简支连续梁桥的基本形式包括两大类，分别为钢筋混凝土连续构造、预应力混凝土连续构造。
（1）钢筋混凝土连续构造
将相邻跨钢筋混凝土或预应力板（梁）端伸出的钢筋连接，浇注接头混凝土实现连接。
由于钢筋混凝土连接构造在墩顶负弯矩作用下开裂难以避免，所以，仅用于小跨径桥梁。
（2）预应力混凝土连续构造
除将相邻跨预应力板（梁）端伸出的钢筋连接外，在浇注接头混凝土实现连接后，再通过预留孔道施加二次预应力，用于跨径20-50米梁桥。
1・2简支连续梁桥立体布置
简支连续梁桥立体布置主要有6种形式，分别是
（1）简支结构连续-单支座、整体横梁、一次预制、桥面锚固；
（2）简支刚构-一次预制、桥面锚固、整体横梁；（3）简支结构连续-二次浇注结构层、桥面锚固、整体横梁；（4）简支刚构-二次浇注结构层、桥面锚固、整体横梁；（5）简支连续梁-整体横梁、一次预制、桥下锚固；（6）简支连续梁-一次预制、分离横梁、双支座。
具体的简支连续梁桥立体布置中，简支结构连续桥梁的结构，见图2。
（b）简支结构连续桥（c）桥面锚固
图2简支结构连续桥梁
1・3简支连续梁桥横面布置
简支连续梁桥从上构主梁可以分成空心板、T梁、分体小箱梁等不同截面形式。
1空心板连续结构的经济跨径一般在16〜20m,由于其主梁梁高较矮，重量较轻，吊装要求不高，施工工期快，一般适用于跨越小河小沟或在分离式立交和互通桥中有净空限制处可用来降低路线高度。
2T梁连续结构经济跨径一般在25〜50m，由于主梁截面较大，梁高较高，因此比空心板有较大的跨越能力，在山区高速公路中跨越峡谷河川等位置的高架桥中常见。
3分体小箱梁是空心板结构的一种发展，它的经济跨径也在20〜40m之间，主要适用于空心板结构跨径不能满足要求时，如分离式和互通式桥中当被交道路所需较大跨径跨越时。
分体箱在同等跨径下比T梁梁高可以较矮，吊装时自稳能力强，但自重较大，对吊装能力要求较高。
2简支转连续梁桥动力工作性能
关于简支梁桥与简支转连续梁桥的性能对比分析，以往研究着重于施工速度、内力分布及经济性等方面，且研究方法仅限于以静力分析为前提。
公路桥梁结构在服役期间主要承受移动车辆荷载的作用，车辆通过桥梁时将激起桥梁结构的振动，而桥梁的振动又反作用于车辆的振动，这种车辆和桥梁之间相互作用的振动就是车-桥耦合振动。
动力工作性能通过车辆过桥时桥梁的振幅、加速度和冲击系数等三个指标来表征。
在实际工程中，完全平整的桥面是不存在的，但由于桥面不平整度的不确定性和随机性，单独研究某个特殊样本下的桥梁车桥耦合振动具有片面性，并无
实际意义。
本文主要针对简支以及简支转连续梁桥这两种结构形式进行对比，动
力工作性能计算利用课题组编制的车-桥耦合振动程序。
为了突出研究重点，计算时不考虑桥面不平整度、车速的影响。
并根据载重汽车的实际运行情况，选择车辆的行驶速度为25.0m/s（相当于90.0km/h）。
2.1空心板桥动力工作性能计算
图3为空心板桥断面示意图。
表1为简支板桥及简支转连续板桥的动力工作性能的三项指标（振幅、加速度与g之比以及冲击系数）计算结果。
Ik
/I
L
L1543
LflXSI
图3空心板桥断面示意图
表1空心板桥动力工作性能
跨径（m）
结构形式
主梁横向片数
振幅（mm）
加速度与g之比冲击系数
边跨
中跨
边跨中跨
边跨
中跨
8
0.284
0.284
0.0940.094
0.124
0.124
简支
10
0.228
0.228
0.0860.086
0.128
0.128
16.0
12
-
-
--
-
-
8
0.440
0.267
0.1070.101
0.119
0.077
连续
10
0.360
0.221
0.0870.086
0.118
0.074
12
0.292
0.186
0.0790.080
0.116
0.071
8
0.467
0.467
0.0850.085
0.180
0.180
简支
10
0.364
0.364
0.0720.072
0.184
0.184
20.0
12
0.32
0.32
0.0620.062
0.185
0.185
8
0.395
0.257
0.1030.096
0.087
0.069
连续
10
0.326
0.210
0.0830.079
0.084
0.067
12
0.270
0.181
0.0760.072
0.079
0.062
为了直观地看出动力工作性能与跨径、梁数及结构形式之间的关系，把各种动力工作性能指标绘于图4。
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1
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（a）振幅（b）加速度与g之比
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1（112
（c）冲击系数
图4空心板桥动力工作性能
2.2空心板桥动力工作性能结果分析
（1）跨径16m、20m简支板桥和简支转连续板桥的振幅、冲击系数均小于
相应限值。
但20m跨径板桥在横向8片结构布置时，加速度已接近限值。
（2）跨径16m、20m简支板桥和简支转连续板桥的振幅、加速度随梁数增
加而减小，冲击系数不随梁数变化。
（3）简支转连续板桥在边跨及中跨处振幅、加速度以及冲击系数均不相同，边跨处各项指标普遍大于中跨。
针对上述计算结果可作出如下分析：
（1）简支转连续桥梁由于力学上的结构不对称导致边跨的各项动工作性能普遍低于中跨。
（2）分析可知，振幅、加速度与随梁数的增大而减小，是因为两者与加载效
率密切相关，车辆是恒定的，梁数增大必然导致加载效率降低，对应的振动响应也降低。
（3）冲击系数与梁数的相关关系不显著，是因为冲击系数为相对值，受加载效率的影响小。
（4）16m跨径的简支板桥振幅小于同等跨径的简支转连续板桥，而20m跨径的简支板桥冲击系数大于同等跨径的简支转连续板桥。
总的看来，目前简支转连续板桥虽然采用了钢筋混凝土接头，保证了主梁行
车的连续性，但在动力工作性能方面未能表现出较大的优势。
3简支连续梁桥施工方法
3.1先简支后连续施工工艺流程
将体系转换为连续梁，最后其施工工艺流程见下图5（个
先简支后连续桥的梁板为后张法预应力砼梁，场地集中预制，在桥上进行体系转换，先按简支梁设置临时支座，并预置永久支座，预制梁吊装就位后，在连续墩上现浇接头砼、张拉克服负弯矩的预应力钢束，浇筑铰缝砼和（或）桥面铺装层砼，完成桥梁施工别施工顺序可根据具体情况适当调整）：
HO
mm*
郴樑一瀛戕&一籬捕就£
图5先简支后连续桥施工工艺流程
图6施工工序
在设计上必须考虑施工中体系转换，并对每步施工步骤中结构的安全提供设计保证，因此设计上一般结合施工工序分为以下几个阶段：
主梁预制；分批张拉主梁内抵抗正弯矩钢束；现浇连续段砼体系转换完成；张拉连续墩处抵抗负弯矩钢束；护栏、铺装等二期荷载作用；成桥。
工序结构框图如图6。
根据先简支后连续梁桥的工作原理和施工工艺流程可知：
主梁预制、新老混凝土结合面处理；临时支座、永久支座正确安装；连接钢筋、预应力钢束张拉等施工质量，是从简支结构变为连续体系的关键工序。
3.2主梁预制
在主梁预制阶段施工重点主要有底座的制作、主梁的立模、钢束的张拉几个方面。
（1）制作底座考虑到底座要周转多次，应坚固无沉陷，平整又光滑，因此一般都建在已经平整好的路基上，由于主梁在施工预应力后会产生上拱度，形成两端为支点的简支梁，在底模两端各2m范围内应进行加厚处理，并设一层钢筋网。
在底模上一般需设置下拱度，下拱度按抛物线设置。
移梁时，为了使吊具不致于破坏底座，在预制梁吊点对应底座预留20cm宽的槽口，槽口用钢板垫平，便于吊装时抽出。
（2）立模
主梁模板一般包括外模、封头模板、芯模（对空心板或分体小箱梁），为保证混凝土表面质量，外模一般可采用定型钢模板。
当遇到钢束波纹管阻碍插入式振捣器不能插入时，可在附近梁体每隔1m安装一台附着式振动器，以保证混凝土的密实。
（3）预应力钢束张拉一般在预制梁混凝土的实际立方强度达到设计标号的85%后方可张拉预
应力钢束，张拉时采用两端同时张拉和顶锚。
预应力钢束张拉采用双控,即同
时控制张拉力及引伸量。
对于跨径40m以上的预制T梁，在张拉此阶段钢束时容易产生侧弯，施工时应严格控制张拉顺序，并采取必要的限制措施。
张拉完毕后应马上进行孔道灌浆，同时为了防止预制梁上拱过大及预制梁与现浇桥面混凝土由于龄期差别而产生过大收缩差，存梁期不宜过长，一般以60天控制，存梁期内还应密切注意梁的累计上拱值。
3.3新老混凝土接合面处理
湿接头部位新老砼接合最易成为结构的薄弱环节，新老砼必须连成整体，所以湿接头部位老砼去皮凿毛相当重要。
有试验资料表明，新老混凝土接合面的抗拉强度与施工时的处理方法有关，经凿毛处理的新老砼面的弯曲抗拉强度（40号混凝土）为1.25MPa,而未经凿毛处理的接合面，其弯曲抗拉强度甚至趋近于0。
所以，对现浇接头部位的梁顶面应去皮处理，对有周边接触面的（如空心板铰缝）也应在预制场内凿毛洗净，以减少高空作业，并保证新老砼粘接质量。
同时由于该部位钢筋、波纹管较密集，湿接头砼一般用小石子砼分层浇筑，层层仔细震捣。
现浇连续段布置如图7：
II-JI
图7现浇连续段普通钢筋布置
3.4临时支座、永久支座正确安装
对于搁置空心板梁的临时支座，其强度和刚度必须保证在梁板架设过程中不破损，基本无沉降量，可采用四周硬木板条用拉杆锚栓箍紧方箱装砂层办法处理。
搁置T梁的临时支座可用钢管截成筒状侧边钻孔临时阀门封闭灌装砂层的办法，高度可比永久支座略高3〜5mm,以便体系转换时最后拆除；
在浇筑湿接头砼前，应对永久性支座表面进行保护（塑料膜或薄钢板覆盖）。
其接缝处残渣、杂质可用空压机清除干净，并仔细检查各支座放置的平整度。
先简支后连续桥支座在伸缩缝处和连续墩处不同，伸缩缝处多采用GJZF4或
GYZF4支座，连续墩处一般采用GJZ或GYZ支座，在连续墩处支座下设一定高度的支座垫石，GJZF4及GYZF4支座不允许倾斜安装。
对于体系转换永久支座，当纵坡＞1%寸，需采取措施使支座平置，一般采用梁底预埋钢垫板调平。
4极限状态体外束应力计算
体外预应力筋在承载力极限状态下的应力增量是体外预应力混凝土梁抗弯承载力的一个重要指标。
体外预应力混凝土梁的相关试验表明：
在混凝土开裂之前，体外预应力筋的应力增量很小；在混凝土开裂后，预应力筋的应力增加较快。
极限状态下体外预应力筋的应力增量与构件的跨高比、荷载形式、预应力筋与非
预应力钢筋的强度及配筋率、有效预应力值以及混凝土的强度等因素有关。
体外预应力筋的应力增量总是低于有粘结预应力筋的应力增量，由此导致截面承载力
的削弱。
4.1基本假定
（1）截面变形符合平截面假定。
（2）在承载能力极限状态，墩顶接缝部分已进入塑性，出现了塑性铰，其
刚度显著降低，塑性铰区受拉混凝土退出工作。
由于连续梁的受力特点，多跨连续梁在墩顶范围只能出现一个塑性铰。
（3）除墩顶塑性区外，其余截面尚未开裂，仍工作在弹性状态（包括体外
束）
（4）在承载能力极限状态，受压区混凝土达到其极限压应变0.003」；，混
凝土达到其抗压设计强度；受拉区普通钢筋达到其极限拉应变0.01,
4.2极限应力增量计算
以图3所示的计算模型为例，如果塑性铰的转角为二，体外束重心至中性轴距离为zp=dp-c，体外束的伸长量可按公式
（1）计算：
、二zpv-（dp-cp
（1）
相应体外束的应变增量为：
二ips=、./L=（dp-c）v/L
（2）
塑性铰的转角二可近似表示为：
-Lp；cu/c（3）
假定体外束仍处于弹性阶段，贝U体外束的极限应力fps可表示为：
式中，fps为体外束的极限应力；fpe为体外束的有效预应力；；cu为混凝土的极限压应变。
假设等效塑性区的长度为Lp，其高度为c，由此可求得等效塑性区段的刚度EIp;将连续梁视为在塑性铰区刚度下降的结构（其刚度为EIp），用平面杆系求
解外载作用下的结构变形；然后根据锚固及转向处主梁的变形，利用公式
（2）
可求得体外束的极限应力增量。
5结束语
先简支后连续梁桥在桥梁工程中的应用，不仅具有较好的经济效益，也具有较好的社会效益。
采用先简支后连续桥梁这种施工技术时，应该在施工过程中，严格把握好每个环节的关键点，对质量控制要点进行认真执行，这样才能保证桥梁的整体性能。
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