钢筋混凝土现浇连续梁桥面铺装施工顺序优化方案研究

【摘要】为了对钢筋混凝土连续箱梁桥现浇桥面铺装施工顺序的合理优化提供依据，通过对4×10米钢筋混凝土现浇梁桥进行了原施工方案与调整后施工方案等两种不同施工工况下的结构应力对比分析，分析结果表明：调整优化后的现浇桥面铺装施工方案控制截面拉应力降低25%以上，显著减小甚至避免了裂缝的出现，其结构刚度和耐久性得到了保证。通过施工顺序优化达到了简化施工工艺，保证施工及结构安全的目的。

【关键词】连续梁桥面铺装施工优化

Abstract In order to cast reinforced concrete continuous box girder bridge deck pavement construction sequence optimization provides a reasonable basis, through the 4 × 10 米 cast reinforced concrete girder bridge of the original construction plan and construction programs and other two kinds of adjustments different construction conditions of the comparative analysis of structural stress analysis results showed that: after the adjustment and optimization of in-situ pavement construction program control section tensile stress is reduced by 25%, and significantly reduce or even avoid the appearance of cracks, its structural rigidity and durability is guaranteed. Achieved through the optimization of the construction sequence to simplify the construction process to ensure that the construction and structural safety purposes.Keywords continuous beam bridge deck construction optimization

中图分类号：U443.33 文献标识码：A 文章编号：

一、前言

众所周知，对钢筋混凝土受弯结构来说，由于没有采用预应力对结构受拉区施加预压应力，导致钢筋混凝土结构受拉区（正弯矩区下缘和负弯矩区上缘）很容易产生裂缝，从而降低结构刚度和耐久性。针对以上问题，笔者结合施工经验和结构受力分析来试图从调整桥面铺装施工顺序的角度来改善钢筋混凝土梁桥的受力状态。

二、基本思路

钢筋混凝土现浇连续梁桥一般采用支架现浇工艺施工，即：主梁在支架现浇成型，待其强度达到设计要求后再拆除支架（以下简称原方案）。在拆除支架的过程中，主梁结构自重由原来的支架承担逐步转移到由主梁结构自身承担。这时在主梁的正弯矩下缘和负弯矩上缘处将会产生拉应力。在桥面系施工过程中随着二期恒载（主要为桥面铺装及护栏）的施工，拉应力将加大。在通车运营后，在车辆活载的作用下，拉应力将进一步加大。由于混凝土自身的抗拉能力很弱，由《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中的“表3.1.3 混凝土强度标准值”可知：对于C40混凝土其抗压强度标准值只有2.40MPa，对于C50混凝土其抗压强度标准值也只有2.65MPa而已。因此钢筋混凝土结构很容易产生裂缝。

由于主梁自重和行车活载这两部分产生的拉应力无法避免，因此可以尝试调整桥面铺装的施工顺序来改善主梁拉应力。具体方法为：主梁现浇成型后，在不拆除支架情况下继续施工桥面铺装混凝土（主要指钢筋混凝土桥面铺装），待钢筋混凝土桥面铺装强度达到设计要求后再拆除支架（以下简称调整方案）。

与原方案相比：由于在支架拆除前钢筋混凝土桥面铺装已经形成强度并与主梁形成整体，增大了结构刚度，改善了结构受力状态——原方案中，不仅主梁自重由主梁承担，而且由于桥面铺装浇筑过程中尚无强度，其自重也要由主梁来承担。桥面铺装形成的承载能力只对行车活载起作用，对结构恒载没有贡献。而调整方案的主梁和桥面铺装自重由原来的主梁本身承担转变为由主梁和桥面铺装形成的整体结构来共同承担。这时桥面铺装形成的承载能力不仅对行车活载起作用，而且对主梁自重及二期恒载也起作用。

三、不同施工顺序下结构应力对比分析

基于以上思路，此处以一座4×10米的钢筋混凝土现浇连续梁桥为例来分析在两种不同施工方案下的主梁拉应力的变化。主梁横断面几何尺寸如图1所示。

图1 主梁横断面图

1、结构模拟

主梁结构模拟采用MIDAS/CIVIL（V7.8.0）软件进行离散，单元长度为0.5米，共划分为80个梁单元，81个节点。其计算模型如图2所示。

图2 计算模型

2、基本假定

（1）原施工方案：桥面铺装及防撞护栏按均布荷载施加于主梁单元上；

（2）调整方案：防撞护栏按均布荷载施加于主梁单元上，通过增大原主梁断面尺寸来模拟桥面铺装与主梁形成的整体结构；

（3）行车荷载按公路-Ⅱ级计算；

（4）钢筋混凝土容重按26kN/m3计算；

3、荷载组合

（1）正常使用状态长期效应组合；

（2）正常使用状态短期效应组合；

（3）弹性阶段应力验算组合（考虑荷载试验时受力状态，即活载不进行折减）。

本次计算不考虑承载能力验算。

4、主梁应力验算结果

主梁在两种不同施工方案中不同荷载组合条件下控制截面拉应力对比结果如表1-表3所示。

表1正常使用状态长期效应组合下控制截面拉应力对比结果（单位：MPa）

表2正常使用状态短期效应组合下控制截面拉应力对比结果（单位：MPa）

表3弹性阶段应力验算组合下控制截面拉应力对比结果（单位：MPa）

5、对比分析

（1）由两种方案在三种不同工况下控制截面拉应力的对比分析结果可以看出：调整后的施工方案控制截面拉应力为原方案的73.2%～74.1%，平均为73.6%，即拉应力减小了约26.4%；

（2）由正常使用状态长期效应组合及短期效应组合计算分析结果可以看出：调整后的方案正弯矩控制截面跨中下缘的拉应力均小于C40混凝土抗压强度标准值2.40MPa，最大的为2.22 MPa，而原方案中最大为3.01 MPa；

（3）由弹性阶段应力验算组合计算分析结果可以看出：尽管调整后的方案正弯矩控制截面跨中下缘的拉应力有了明显改善，但其拉应力仍高于C40混凝土抗压强度标准值2.40MPa，为2.78MPa。其原因主要为本次计算采用的板梁截面为实心截面，其恒载效应较大的原故，若采用空心截面则恒载效应将会减小。另外本组合主要为成桥静载试验时所采用的工况，在实际做静载试验方案时可将跨中截面正弯矩加载效率取下限，可有效保证其拉应力满足要求；

（4）由正常使用状态长期效应组合及短期效应组合计算分析结果可以看出：调整后的方案负弯矩控制截面1号墩顶上缘的拉应力分别为2.52 MPa和2.67 MPa。根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）中4.2.4条“计算连续梁中间支承处的负弯矩时，可考虑支座宽度对弯矩折减的影响，……，但折减后的弯矩不得小于未经折减的弯矩的0.9倍”，由于采用MIDAS/CIVIL（V7.8.0）做结构离散时未考虑支座宽度的影响，故尚需对表中数值进行修正，按规范公式计算折减弯矩均大于理论弯矩的10%，故按90%进行折减，即表中数值经折减后分别为2.27 MPa 和2.40MPa，若考虑采用空心截面其恒载效应将会减小，故可保证其拉应力满足要求；

（5）由弹性阶段应力验算组合计算分析结果可以看出：调整后的方案负弯矩控制截面1号墩顶上缘的拉应力3.01 MPa，考虑支座宽度折减后为2.71 MPa，仍大于2.40 MPa，考虑采用空心截面其恒载效应将会减小并在实际做静载试验方案时可将跨中截面正弯矩加载效率取下限，可有效保证其拉应力满足要求；

（6）由弹性阶段应力验算组合计算分析结果可以看出：尽管在采取空心截面并采用加载效率取下限的方式下可以保证控制截面拉应力满足要求，但其安全储备较低，并且不同的设计方案其应力状态不完全一样，尽管本桥主梁可以满足要求，但并不能保证所有钢筋混凝土现浇连续梁桥主梁均能满足要求，故当出现控制截面拉应力超过抗拉强度标准值时，需对设计方案进行优化。

四、结论

（1）当跨中截面下缘拉应力储备较大，而墩顶截面上缘拉应力超过抗拉强度标准值时，可采用在支架上现浇0.1L～0.9L（对于中跨）和0～0.9 L（对于边跨）范围内的桥面铺装混凝土，待其强度满足要求后再拆除支架，然后再浇筑墩顶0.9L～0.1L负弯矩范围内的桥面铺装混凝土，由于墩顶负弯矩范围内的桥面铺装混凝土为后浇筑的，只承受活载的作用，故可保证其拉应力满足要求；

（2）必要时可在支架上现浇0.1L～0.9L（对于中跨）和0～0.9 L（对于边跨）范围内的护栏，拆除支架后再浇筑墩顶0.9L～0.1L负弯矩范围内的护栏可进一步减小控制截面主梁的拉应力；

（3）当采用调整方案施工桥面铺装和护栏时，应考虑支架拆除后主梁将会发生下挠，从而导致桥面铺装和护栏标高与原设计不符，这时，需在桥面铺装和护栏施工时反向设置拆除支架时的挠度值，即预拱度；

（4）由于调整后的施工方案考虑桥面铺装与主梁形成整体共同受力，故需在主梁与桥面铺装间设置剪力键来确保其可以形成整体；

（5）当桥面铺装只有钢筋混凝土结构层时，必须采用补充方案，以免在墩顶位置截面上缘发生较大拉应力而出现裂缝，导致在雨水等自然气候条件下结构耐久性降低。