先简支后连续组合梁桥设计计算及应用范围

摘要:从受力及施工、运营情况阐述先简支后连续桥梁的一些特点以及其体系转换的方法,结合例子分析其受力情况、施工方法,介绍其应用范围及局限性。

关键词:

装配式;先简支后连续;组合箱梁桥;施工技术

中图分类号:TV

文献标识码:A

文章编号:1672-3198(2010)16-0319-02

1 概述

先简支后连续是连续桥梁施工中较为常见的一种方法。一般先架设预制主梁,形成简支梁状态;进而再将主梁在墩顶连成整体,最终形成连续梁体系。目前,随着高等级公路的发展,为改善桥梁行车的舒适性,先简支后连续桥梁在中、小跨径的连续桥梁中得到了广泛的应用。

2 在先简支后连续桥梁中由简支状态转变为连续梁状态的常见方法

常见方法有以下几种:

(1)将主梁内的普通钢筋在墩顶连续。

(2)将主梁内纵向预应力钢束在墩顶采用特殊的连接器进行连接。

(3)在墩顶两侧一定范围内的主梁上部布设局部预应力短束来实现连续。

第一种方法虽然简单易行,但常在墩顶负弯矩区内发生横向裂缝,影响桥梁的正常使用。第二种方法效果最好,但施工很困难,故一般不采用。第三种方法不仅施工可行,并且具有方法二的优点,同时又克服了仅采用普通钢筋连续的开裂问题。所以一般简支转连续桥梁多采用墩顶短束与普通钢筋连续的构造处理来实现体系转换。

3 先简支后连续桥梁的计算及施工方案

下面以4×30m组合箱梁为例子说明。该桥梁高1.6m,桥面净宽12.5m,桥面横坡由预制箱梁按2%坡度进行调整,具体尺寸见图1。设计荷载:公路I级。

图1 主梁横断面图(尺寸单位:cm)

3.1 规范标准

规范标准有:《公路工程技术标准》(JTGB01-2003)、《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)、《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62-2004)。

3.2 计算模型

本设计主梁采用C50混凝土,正截面混凝土的拉应力控制在1.8MPa以内,斜截面混凝土的主拉应力控制在1.33MPa以内;混凝土压应力控制在16.2MPa以内。结构按承载能力极限状态和正常使用极限状态进行作用效应组合,取其最不利效应组合进行设计。

主梁施工按以下步骤进行(图2),第一施工阶段为预制主梁,待混凝土强度达到要求后张拉正弯矩区预应力钢束,并压注水泥浆,再将各跨预制梁安装就位,形成由临时支座支撑的简支梁状态;第二施工阶段首先浇筑第①、②跨及第③、④跨连续段接头、中横梁及主梁横向接缝,达到设计强度后,张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆,形成2跨连续梁;第三施工阶段是先浇筑第②、③跨连续段接头、中横梁及主梁横向接缝,达到设计强度后,再张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆;第四施工阶段拆除全桥的临时支座,主梁支承在永久支座上,完成体系转换,最终形成四跨连续梁;第五施工阶段进行防护栏及桥面铺装施工。

图2 施工阶段示意图

该模型采用桥梁博士3.1.0计算,采用桥博斜弯曲模式建模。全桥四跨,各跨单元划分相同,同第一跨。在桥博中采用平行网格法快速划分单元,共661个单元,其中纵梁单元376个(1～376),横梁单元285个(377～661),横梁和纵梁相应单元采用相同节点号,平移横梁左右节点到相应位置(桥博默认为与纵梁刚性连接),模拟横向联系。纵梁的单元长度为2m,在跨中加密,另在变截面处,支点处等位置均划分了单元。纵梁单元截面中计人了现浇段的宽度,因此,横梁单元的自重系数为0。横梁单元为现浇段的横向联系模拟,截面为一般矩形截面。在跨中设置横梁,截面用T形截面模拟,自重系数设为0.456。

3.3 主要材料的取值

混凝土为C50:普通钢筋、受力主筋分别采用d-12mm、d-20mm的HRB335;钢筋:钢绞线单根钢绞线直径φ15.24mm。桥面铺装20cm,因考虑桥面铺装混凝土参与受力,6cm计入纵梁单元,偏安全考虑多计入lcm,二期恒载计人的桥

面铺装厚度为15cm。

3.4 计算结果

对结构进行持久状况下承载能力极限状态和正常使用极限状态验算,并对持久状况和短暂状况的应力进行验算。截面最大主压应力:14MPa;截面最小主拉应力:1.6MPa。主梁竖向位移符合规范要求。与将整跨桥分为多根纵向梁,通过计算一根主梁,横向通过横向分布系数调整的计算方法相比,本方法省去了计算横向分布系数的计算、抗扭惯矩的计算,将整联桥总体考虑,计算结果更趋于实际桥梁受力情况。

4 先简支后连续桥梁的特点

通过以上例子得知:首先,这种桥梁克服了简支桥梁和连续桥梁的缺点,同时具有了它们的优点。由于支点负弯矩的存在,使得跨中弯矩明显减小,从而减小截面尺寸和减少配束,使结构更趋于合理。在预制梁段时,结构为静定体系,支座产生的不均匀沉降不会产生次内力;形成连续体系后,结构的收缩、徐变和不均匀沉降都比较小,产生的二次力也比较小。其次,这种结构可以预制吊装施工。连续结构施工复杂,需要施工机械多,工艺复杂,费用高,工期长,先简支后连续结构可以避免这些问题,从而提高经济效益;另外,由于是连续体系,伸缩缝少,梁体变形小,在运营阶段减少了产生跳车现象,也避免了简支桥梁的伸缩缝在长期的使用中会出现的破坏的缺点,从而提高行车的安全、舒适性。

5 先简支后连续桥梁的适用范围

先简支后连续的连续桥梁因具有以上的特点,目前广泛应用于各级公路的大中桥梁、分离式立交桥、互通式立交桥、天桥及城市桥梁,跨径在20～35m、结构类型有空心板、箱梁、T形梁、I形组合梁桥几种。分联一般以100～200m-联为宜,最长不宜超过300m。

采用先简支后连续结构体系,可于施工下部结构同时,预制梁体,这样既可保证质量又可缩短工期。这种桥型在不需要设置超高的顺直路线上采用比较合适。位于顺直路段的桥梁,桥面横坡一般是一个定值,预制方便,施工简单,速度较快。

先简支后连续体系不适合用于需设置超高,横坡不断变化的小半径曲线路线段内的。当路线线形既有平曲线变化,又有竖曲线变化,且梁跨斜交时,若采用先简支后连续结构,更是无法实现简便、快捷的施工目的,且预制梁体装配组合后,受力不明确,给桥梁的安全留下隐患。总之,先简支后连续结构的连续桥梁虽有很多优点,但需根据桥梁所在路段,地形进行合理选用。

参考文献

[1]朱云奇,金庆利,徐锦.新沂新戴运河大桥设计[J].徐州建筑职业技术学院学报,2010,(01):39-41.

[2]王斌.预应力连续箱梁混凝土施工控制难点及方法[J].黑龙江生态工程职业学院学报,2010,(02):46-48.