有关先简支后连续桥梁设计的研究

王丁

（中交投资有限公司）

有关先简支后连续桥梁设计的研究

王丁

（中交投资有限公司）

随着经济和社会的快速发展，我国的道路桥梁等基础工程投资额度和建设规模都越来越大。在桥梁工程的建设施工中技术人员需要选择科学的设计方案和技术以保证桥梁工程的质量。本文将对先简支后连续桥梁设计进行探讨和研究。

桥梁；设计；研究；探析

1 先简支后连续桥梁概述

先简支后连续桥梁是国内外高速公路上常用的一种桥梁结构新形式，具有施工简易、行车条件好且经济合理的特点。它克服了简支梁整体性差的弱点，同时也克服了现浇连续梁对支架和地基的要求。先简支后连续结构相对于传统意义上的连续梁桥而言，降低了施工难度，同时一定程度上达到了结构连续的目的。而相对于简支梁来说，减小了跨中弯矩，提高了结构的承载能力，减少了梁部的伸缩缝，并控制桥面横向裂缝额的产生。因而先简支后连续桥梁是一种经济合理的具有较强竞争力的好桥型，兼备了简支体系及连续体系的优点。

先简支后连续梁桥相比简支梁桥和连续梁桥有较大的优势：改善了结构受力状况，采用连续设计比简支设计可减少预应力筋5%-15%。预应力和初始上拱度相对较小，有利于桥面铺装施工。先在现场预制，现场吊装，形成一般简支体系，然后通过现场浇注连续接头段，张拉负弯矩区域的预应力钢筋，使之成为真正的连续梁体系，不但有利于施工，按传统习惯预制和安装预应力梁，减少了桥面伸缩缝，增强了结构的整体性和行车的舒适性，改善了桥面养护维修。

先简支后连续T梁比简支T梁桥结构刚度大，梁高低，用料少，结构中的钢材和混凝土数量少，且施工简便，不要搭脚手架，施工质量容易控制，经济效益和社会效益均为可取。由于主体结构采用预制构件，因此混凝土的收缩和徐变对梁的挠度和次内力影响不大。

2 先简支后连续桥梁设计研究

2.1 先简后支连续桥梁结构设计研究

当期先简后支连续桥梁的结构设计包括上部结构设计和下部结构设计。上部结构设计主要内容有截面尺寸的拟定，内力计算，配筋计算，施工阶段和使用阶段的应力验算，最终承载力极限状态验算，刚度验算。下部结构设计包括：桥墩，桥台及基础的设计计算。在此主要介绍上部结构计算。

首先需要进行截面尺寸拟定，在制定方案阶段只是初步选定了截面的形式和轮廓尺寸，其余的细部尺寸可参考已建成的相同桥型，相近跨径，桥宽。荷载标准的桥梁的截面尺寸，可根据方案的具体情况进行分析。

配筋设计时预应力力钢筋面积的估算及布置，面积应分别按强度要求与施工和使用阶段的应力要求进行估算，在满足要求的同时要尽量经济。钢束布置要按规范满足构造要求，锚于梁端时，为减小支点和锚固面上预加力的偏心距和避免过大的局部集中力，将钢束尽量布置的分散和均匀些。钢筋布置完后要对梁截面强度进行验算，如不符合要求则应对截面尺寸和钢筋的布置进行调整直到合格。应力验算主要指正常使用阶段的应力验算。对于钢筋混凝土结构主要进行变形和裂缝宽度的验算。预应力混凝土结构主要验算在使用荷载和预加力作用下，混凝土和预应力钢筋的应力，变形及B类构件裂缝宽度。

2.2 先简后支连续桥梁主梁设计参数计算与取值

先简后支连续桥梁主梁参数取值时设计人员需要考虑桥梁结构中永久作用和可变作用不同的受力和取值。永久作用中结构重力一期恒载混凝土容重为26kN/m3计，按实际断面计重量，横梁按集中荷载考虑,抗压及抗弯弹性模量为3.45×104MPa，线膨胀系数为0.00001，弹性继效系数为0.3，二期恒载为栏杆及桥面铺装等二期恒载取为12.48kN/m。预应力钢绞线采用公称直径Фs15.24mm低松弛钢绞线，其抗拉强度标准值fpk＝1860MPa，弹性模量Ep＝1.95×105MPa，松弛率=3.5%，孔道摩擦系数0.25，孔道偏差系数0.0015，一端锚具变形及钢束回缩6mm，锚下张拉控制应力为0.75fpk=1395Mpa。计算模型中已经考虑预制箱梁中普通受力钢筋的影响,按照预应力A类构件进行计算。将桥面铺装当作二期恒载，不考虑桥面铺装参与受力。混凝土收缩及徐变作用按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62—2004）计算,环境年平均相对湿度RH取80%。可变作用需要根据桥梁设计要求如汽车荷载为公路—Ⅰ级（横向分配系数为：0.69），汽车冲击力按《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）规定的方法计算(取0.264)。温度（均匀温度和梯度温度）作用依据体系升温20℃、体系降温-20℃，梯度温度按照《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）的规定进行计算。设计时需要考虑以下几种作用组合：恒载+汽车荷载、恒载+汽车荷载+第一组支座沉降+第一组温度(升温)、恒载+汽车荷载+第一组支座沉降+第二组温度(降温)、恒载+汽车荷载+第二组支座沉降+第一组温度(升温)、恒载+汽车荷载+第二组支座沉降+第二组温度(降温)。计算图示及离散图均按原设计文件确定，施工流程按原设计文件提出的施工方案确定。

2.3 先简后支连续桥梁设计施工研究

先简后支连续桥梁设计方案完成后经过多方复核和检查，提交施工企业进行工程的施工。在施工中施工企业需要注意以下几个方面：

（1）临时支座安设。设置临时支座并安装好永久支座（联端无需设临时支座），临时支座具有足够的强度，刚度和稳定性。本桥采用钢制砂桶，里边填满干燥黄砂，砂桶采用壁厚8mm直径180mm的无缝钢管制作。箱梁安装前，在永久支座旁设临时支座，每片梁下设4个临时支座，此时应注意临时支座顶面与永久支座同高，箱梁安装时以永久支座中心与箱梁设计中心相吻合为准，然后安装好永久支座；也可以在箱梁安装完毕，湿接缝施工前安装永久支座。箱梁采用运梁平板车从预制场运至施工现场,由桥台向跨中逐次安装,通过运梁平车顺桥向纵移至各架设孔位，并利用架桥机上的两台天车同时载梁前移至架梁段，徐徐落下，离支座30cm时将箱梁按指定位置横移到位，此时，箱梁置于临时支座上成简支状态。

（2）湿接缝施工。将湿接缝侧端的外露钢筋调直，并连接纵桥向连续接头段处钢筋，横向联结牢固，同时连接横桥向中横梁钢筋；钢筋的连接方式参照设计要求，如设计图没有明确说明，钢筋直径≥12mm时，采用焊接，钢筋直径＜12mm时采用绑扎。设置接头板束波纹管并穿钢束，钢筋布设好后，在箱梁内部隔板位置采用预埋波纹预留孔道。波纹管加工质量应符合工艺要求。波纹管位置一定要精确，与简支梁联结点做防止漏浆处理。在波纹管最高点要预留带螺丝扣的排气孔，确保水泥浆压满压实。混凝土施工完毕，为防止早期收缩出现裂缝最好在捣实抹平后即用塑料薄膜覆盖，在混凝土初凝前，掀开塑料薄膜，混凝土会泛水至表面，这时要进行二次收浆，以控制平整度及防止裂缝。收浆完再用塑料薄膜覆盖待下次养生采用自然洒水养生，洒水养生以保持混凝土表面充分潮湿，连续养生时间不少于7天。

（3）板负弯矩钢束张拉和压浆。湿接缝混凝土抗压强度达到设计强度90%，张拉顶板负弯矩预应力钢束。在穿预应力钢束前要全面检查锚垫板和孔道，在安装锚垫板时，锚固面应与钢束相垂直；待穿钢丝束按长度和孔位编号，穿束时对号穿入，穿束可利用人工和卷扬机配合进行。张拉时，采用跨墩箱梁两端对称、逐根均匀张拉，张拉顺序为先长束后短束。张拉完成后，为防止锚头和预应力钢束锈蚀，用混凝土将锚具封在结构混凝土内。钢束张拉完成后，采用相同直径钢筋将负弯矩剪断钢筋焊接，再浇筑槽口混凝土。压浆前用水清洗管道，管道压浆必须在主筋正式张拉全部完毕后24小时以内及时完成，压浆前需经检查预应力筋无滑丝、断丝、失锚及其它异常情况，确认合格者才允许进行。拆卸压浆短管的时间宁晚勿早。按不同季节，酌情掌握。以水泥浆不流出即可拆管。压入管道的水泥浆应饱满密实，定期进行检查，检查方法可在梁体侧面的两端和中部打眼观察。接头施工完成后，浇筑剩余跨中部分范围内湿接缝混凝土，剩余部分桥面板湿接缝混凝土应由跨中向支点浇筑。

（4）系转转换。结构体系转换是一个特殊过程，必然引起横系梁、梁与梁之间内力重分布及次应力的产生，该次应力在体系转换后要再次在一联中重新分配，对整个结构的受力影响很大，因此，严格按照施工程序来完成各道工序。浇筑完成并达到设计强度后，自边跨向中心对称地逐跨拆除一联内临时支座，使桥墩上的永久支座垫石、支座、支座钢板联结成整体；完成体系转换后，解除临时支座时，应特别注意严防高温影响橡胶支座质量。连接顶板钢束张拉预留槽口处钢筋后，现浇调平层混凝土、喷洒防水层、护栏施工、进行桥面铺装施工及伸缩缝安装。

3 结语

随着科学技术快速发展，我国桥梁工程的设计方法和施工技术不断进步。在先简后支连续桥梁的设计中技术人员需根据科学理念进行设计保证桥梁工程的实用性和科学性。