先简支后连续梁桥结构特点与施工

李春林

(山西路桥第四工程有限公司，山西 大同 037300)

1 项目背景

某大桥工程项目是先简支后连续梁桥，其上部结构采用的是预应力混凝土T梁(6×50 m)，设计的荷载具体是挂车-120 t、汽超-20 t。该梁桥的单幅梁宽度是13.20 m，高度为2.6 m，中梁的宽度为2×80 m。待预制T梁就位之后，需要将梁体搭接位置的纵向湿接缝宽度控制为0.9 m，而后浇筑连续梁位置横向湿接缝顶部宽度控制为1.23 m，底部宽度控制为0.8 m。其中预制T梁采用的是C50混凝土，选择的钢绞线相关参数见表1。此外，主梁部位布设4束钢绞线且使用原锚，从负弯矩部位布设5束钢绞线(每束由5根钢绞线组成)且使用扁锚。

表1 钢绞线相关参数

2 先简支后连续梁结构特点

2.1 结构类型

先简支后连续梁采用的结构类型比较多，具体分类如下：①根据材料主要划分成钢筋混凝土与预应力混凝土结构等[1]；②根据预应力基本划分成先张法预应力混凝土结构、后张法预应力混凝土结构等；③根据断面方式划分成空心板与T形梁等，具体见图1。

图1 一次受力组合梁

2.2 基本构造

此桥梁包含的构造主要为预制构件、连续段、现浇桥面板与桥面铺装等。

2.3 先简支后连续梁受力与变形

其包含了简支梁阶段与连续梁阶段。其中简支梁阶段是指预制梁板安装阶段，而连续梁阶段是指混凝土浇筑。通过张拉负弯矩预应力钢筋与拆除临时支座将简支梁有效连接成连续性结构。从梁桥受力方面分析，先简支后连续梁与简支梁、连续梁有所不同，处于简支梁阶段，其中自重与施工荷载等均由简支梁承受，而处于连续梁阶段，需要承受后期车辆荷载、预应力与其他荷载等[2]。与简支梁对比，先简支后连续梁的跨中弯矩相对偏小；与连续梁对比，先简支后连续梁支点位置的负弯矩相对偏小。同时先简支后连续梁出现的结构变形与简支梁、连续梁不同，是因为先简支后连续梁处于简支梁阶段的变形在形成连续梁后就会被约束，从而造成不同结构体系内的变形不同，而且不会相互干扰。

2.4 先简支后连续梁特性

由于先简支后连续梁施工主要包含两个阶段，因此表现为二次受力组合梁特性。待预制梁板吊装完成之后，施工阶段的荷载与梁板自重全部直接作用在预制混凝土梁之上，所以在现浇混凝土强度级别达到要求之后才由预制与现浇混凝土一起承担荷载，此阶段形成的预制与现浇混合截面的应力都是二次受力引发的[3]。所以为了能够实现先简支后连续梁的具体受力特性研究分析，需要把第一受力阶段和仅有的一次受力连续梁实施对比(见图1～2)，同时第二受力阶段的主要受力特性和组合连续梁大体相同。因为先简支后连续梁划分成两个施工阶段，所以结构受力分析也必须分成两阶段实施受力验算。

图2 二次受力组合梁

1)简支内力验算。从桥梁分段与预制梁片实施拼装的过程中简支梁就处于受力状态，所以梁片验算主要包含吊装阶段、运输阶段以及简支条件下荷载、自重验算。而针对施工阶段荷载验算，必须结合采用的施工方式选择最大荷载条件下部位实施控制。

2)连续内验算。其中连续梁支点位置形成的是最大负弯矩，同时连续梁跨中部位形成的正弯矩地域简支梁[4]。此外，安装阶段弯矩控制主要是基于简支条件下实施的，所以控制内力必须站在设计视角进行考虑。

3 先简支后连续梁施工分析

3.1 预制梁反拱度设置

先简支后连续梁结构的基本特性为：主梁荷载是简支梁受力，而桥梁荷载是连续梁受力。基于连续梁状态下，其跨中弯矩低于简支梁，所以先简支后连续梁总体弯矩与简支梁状态、连续梁状态而言相对偏小，就导致梁片处于预制阶段下预应力筋张拉弯矩显著减小，需要严格控制预应力筋与材料用量，从而能够有效优化梁体的受力结构。正式施工中应合理建立拱度，以能够将梁体后期形成的上拱度进行抵消[5]。因为先简支后连续梁和简支梁采用的施工工艺有所区别，所以反拱度设置必须综合考虑各项影响要素，合理地计算预拱度。

1)结合此项目的实际情况，综合考量梁体承载、自重与先期预应力，设置的初始上拱度见表2。

表2 初始上拱度值 单位：mm

2)结合资料分析研究，普通混凝土徐变系数见表3。

表3 混凝土徐变系数

3)预制T梁各体系实现有效转换时间大约为1～3个月，而混凝土徐变大约是6个月，短期内因为混凝土徐变会造成上拱度大约增加40 mm。

4)待体系转换完成之后，下挠度下降接近5%～10%，上拱度提高3.5～8.5 mm，选择自重状态中下挠度10%，而上拱度是6 mm。

5)梁体基于二级荷载下会出现大约为40 mm的下挠度，同时必须考虑混凝土慢慢硬化后造成梁体刚度提升，通过计算确定二期荷载状态下连续梁下挠度为30 mm。

6)桥面沥青铺装结束到交工一般是2～4个月，其中混凝土徐变接近是总体徐变10%，就造成梁体上饶度提高7 mm。

7)基于汽车活载状态下，梁体下挠度增加5 mm。

通过综合研究，预制T梁跨中部位反拱度需要设置为40 mm。

3.2 梁板拱度变化及控制措施

T梁拱度数值分析确定拱度变化影响要素是预应力、温度以及混凝土徐变。本文结合影响要素提出对应的控制措施，确保T梁上拱度均匀以及施工效果。

1)预应力。预应力筋张拉是预制梁施工中的一项关键环节，而预应力筋张拉操作中预应力大小、顺序与持续时间等直接关系到桥梁预拱度变化。具体控制措施如下：①在混凝土强度级别≥90%，才能够实施预应力张拉；②张拉设备应安排专业人员负责操作，以实现张拉力的精准控制，同时千斤顶等各项辅助设施需要标定之后才可以应用；③在钢绞线张拉时需要确保两边同步进行；④张拉结束之后必须及时注浆，以降低预拱度变化。

2)温度应力。基于室温条件下，温度应力产生的变形大约为5 mm，其温度变化和应力变化之间成正比例关系，同时应力变化和梁体挠度变化也是正比例关系。具体控制措施是高温条件下施工时必须提前制定有效的防护措施，如实施洒水处理，以免梁体温度偏高。

3)混凝土徐变。梁体拱度受混凝土徐变的影响相对偏大，具体控制措施如下：①砂石料控制，必须严格按照规范要求选择碎石，若是碎石的含泥量比较高则必须进行冲洗、晾晒处理，然后才能够使用；②混凝土配合比控制，结合项目施工实际情况不断优化与调整配合比；③混凝土采用分层浇筑方式，需要保证厚度≥30 cm，且养护时间≥7 d。

4 总 结

先简支后连续梁的主要特点是二次受力，且结构设计具有特殊性要求。先简支后连续梁施工阶段必须根据结构特性，合理地设置桥梁预拱度。本文围绕先简支后连续梁基本结构特点与施工展开研究，同时从预拱度方面研究了变形控制措施，以保证先简支后连续梁施工质量。

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