簡支變連續(xù)箱梁上部結(jié)構(gòu)設(shè)計

廖宜波

(山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院，山西太原 030012)

1 概述

簡支變連續(xù)是公路橋梁施工中較為常見的一種方法。一般先架設(shè)預(yù)制主梁，形成簡支狀態(tài)，然后再將主梁在墩頂形成整體，最終形成連續(xù)梁體系，由簡支梁轉(zhuǎn)換為連續(xù)梁的這一過程即為“體系轉(zhuǎn)換”。簡支變連續(xù)施工方法采用簡支梁的施工工藝，卻達到了建造連續(xù)梁的目的。

它具有以下特點:

1)結(jié)構(gòu)受力性能好，建筑高度小，配筋少，外形美觀;2)施工方法簡單，實現(xiàn)了橋梁施工的工廠化、標(biāo)準(zhǔn)化和裝配化，施工質(zhì)量容易控制，上下部能夠同時施工，從而在很大程度上縮短了工期;3)伸縮縫少，行車舒適且經(jīng)濟合理，并兼?zhèn)浜喼Я汉瓦B續(xù)梁橋的優(yōu)點。

某橋根據(jù)現(xiàn)場實際情況，設(shè)計中采用3-30 m簡支變連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)形式。該橋橋?qū)?4．5 m，采用雙幅布置，單幅橋橫向采用4片小箱梁，箱梁之間采用18 cm厚的現(xiàn)澆濕接縫聯(lián)接。箱梁高度為1．6 m，每片小箱梁之間橫向濕接縫寬0．5 m，橋面橫坡采用2%的雙向坡(見圖1～圖3)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置（單位：cm）

圖2 中梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：cm）

圖3 邊梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：cm）

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及主要材料

2．1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

1)公路等級:雙向六車道高速公路;2)設(shè)計荷載:公路—Ⅰ級;3)橋面寬度:0．5 m防撞墻+11 m行車道+0．5 m防撞墻+0．5m中央分隔帶+0．5m防撞墻+11 m行車道+0．5m防撞墻，全橋?qū)?4．5 m;4)設(shè)計安全等級:一級;5)環(huán)境類別:Ⅱ類。

2．2 主要材料

1)橋梁預(yù)制、現(xiàn)澆及封錨混凝土均采用C50混凝土;2)普通鋼筋:采用符合國家有關(guān)最新標(biāo)準(zhǔn)的熱軋R235，HRB335鋼筋;3)預(yù)應(yīng)力鋼絞線:采用符合GB/T 5224-2003的270級高強低松弛預(yù)應(yīng)力鋼絞線，鋼絞線直徑為 15．2 mm，面積為 139 mm2，fpk=1 860 MPa，彈性模量 Ep=1．95 ×105MPa。

3 計算依據(jù)

1)箱梁計算參照JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范和JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范的相關(guān)規(guī)定進行計算。

2)按照定型設(shè)計技術(shù)要求進行計算，具體內(nèi)容如下:溫度效應(yīng):整體溫差，升溫30℃，降溫20℃，溫度梯度按JTG D60-2004公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范第4．3．10條相關(guān)規(guī)定進行計算。基礎(chǔ)變位:1號墩考慮5 mm的豎向位移。預(yù)應(yīng)力計算時參數(shù)選用:預(yù)應(yīng)力鋼筋與管道內(nèi)壁的摩阻系數(shù) μ取0．25，管道偏差系數(shù)K取0．001 5，張拉端錨具變形、鋼筋回縮和接縫壓縮值 Δl采用12 mm。

3)收縮徐變:收縮徐變時間取為10年，即3 650 d。

4)活載橫向分布系數(shù)采用剛接梁法進行計算。保守考慮，邊梁和中梁結(jié)構(gòu)計算時采用較大的一個橫向分布系數(shù)進行取值。主梁活載橫向分布系數(shù)確定后，將活載乘以相應(yīng)的橫向分布系數(shù)后，在主梁內(nèi)力影響線上最不利布載，考慮沖擊系數(shù)，即可求得主梁最大活載內(nèi)力。

4 結(jié)構(gòu)計算

本文以3-30 m一聯(lián)小箱梁為例，使用“橋梁博士3．1．0”計算軟件對中梁建立計算模型，進行結(jié)構(gòu)計算。模型共建立了66個單元，67個節(jié)點，其中2號、23號、45號、66號節(jié)點為支座節(jié)點，計算模型見圖4。

圖4 計算模型

簡支變連續(xù)的過程是一個體系轉(zhuǎn)換的過程，由一個靜定結(jié)構(gòu)體系轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€超靜定結(jié)構(gòu)體系，計算分析中必須依據(jù)具體的施工過程來檢驗每一施工階段結(jié)構(gòu)的安全性。計算時候主要考慮施工階段和正常使用極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)應(yīng)力是否滿足規(guī)范要求，以及承載能力極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)強度是否滿足規(guī)范要求。

結(jié)構(gòu)計算時，施工階段劃分如下:

第1施工階段:安裝預(yù)制主梁，張拉正彎矩鋼絞線，并壓注水泥漿、封錨，同時設(shè)置臨時支座并安裝好支座，使主梁形成簡支狀態(tài)。

第2施工階段:在日溫最低時澆筑第一孔與第二孔及第二孔與第三孔主梁之間的連續(xù)段混凝土，達到設(shè)計強度后，張拉負彎矩鋼絞線，并壓注水泥漿。并拆除臨時支座，進行體系轉(zhuǎn)換，最終形成三跨連續(xù)梁。

第3施工階段:橋面鋪裝及護欄施工。

首先，我們來看施工階段應(yīng)力是否能滿足規(guī)范要求(見圖5～圖7)。

圖5 第1施工階段截面正應(yīng)力

圖6 第2施工階段截面正應(yīng)力

圖7 第3施工階段截面正應(yīng)力

從以上計算結(jié)果可以看出:

1)各施工階段主梁截面上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力。

2)最大壓應(yīng)力滿足JTG D62-2004公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(以下簡稱“規(guī)范”)第7．2．8條的規(guī)定。

其次，我們再來看使用階段應(yīng)力是否能滿足規(guī)范要求(見圖8～圖12)。

圖8 長期效應(yīng)組合截面正應(yīng)力

圖9 短期效應(yīng)組合截面正應(yīng)力

圖10 標(biāo)準(zhǔn)組合截面最大正應(yīng)力

從以上計算結(jié)果可以看出:

1)長期效應(yīng)組合下，主梁上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范6．3．1 條的規(guī)定。

圖11 短期效應(yīng)組合截面最大主拉應(yīng)力

圖12 標(biāo)準(zhǔn)組合截面最大主壓應(yīng)力

2)短期效應(yīng)組合下，主梁上下緣均未出現(xiàn)拉應(yīng)力，滿足規(guī)范6．3．1 條的規(guī)定。

3)標(biāo)準(zhǔn)組合下，主梁上下緣最大正應(yīng)力滿足規(guī)范7．1．5條的規(guī)定。

σkc+ σpt=15．8 MPa≤0．5fck=0．5 ×32．4=16．2 MPa。

4)短期效應(yīng)組合下，主梁最大主拉應(yīng)力滿足規(guī)范6．3．1條的規(guī)定。

σtp=0．9 MPa≤0．4ftk=0．4 ×2．65=1．06 MPa。5)標(biāo)準(zhǔn)組合下，主梁最大主壓應(yīng)力滿足規(guī)范7．1．6條的規(guī)定。

σcp=15．8 MPa≤0．6fck≤0．6 ×32．4=19．4 MPa。最后，看主梁抗力能否滿足規(guī)范要求(見圖13，圖14)。

圖13 承載能力極限組合1截面最大抗力及其對應(yīng)內(nèi)力

圖14 承載能力極限組合1截面最小抗力及其對應(yīng)內(nèi)力

從以上計算結(jié)果可以看出，主梁抗力也能滿足規(guī)范要求。

5 需要注意的問題

由于簡支變連續(xù)梁橋在施工過程中存在體系轉(zhuǎn)換，那么必須依據(jù)具體的施工過程來分析結(jié)構(gòu)的受力，而且在澆筑兩孔主梁之間的連續(xù)段混凝土前應(yīng)該先釋放開臨時支座的水平約束，必須保證將要連續(xù)的兩孔主梁的邊界條件只有一個是固定支座，以保證轉(zhuǎn)完連續(xù)的體系中沒有預(yù)存軸力。

簡支變連續(xù)梁橋邊跨比中跨受力要大，邊跨配筋需加大，應(yīng)有別于中跨配筋。墩頂負彎矩必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求進行張拉，張拉時混凝土實際強度不小于設(shè)計強度的95%，采用強度與彈性模量雙控。控制混凝土凝期的時間，以減少混凝土收縮徐變的影響。

墩頂負彎矩區(qū)合龍頂板束的張拉應(yīng)按照先邊跨后中跨的順序，兩側(cè)對稱張拉。

濕接縫也是簡支變連續(xù)梁橋設(shè)計的一個重點。由于濕接縫是在梁體縱向形成連續(xù)梁后澆筑的，此部分新老混凝土結(jié)合最易成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，新老混凝土強度必須達到一致連成整體，所以濕接頭部位新老混凝土鑿毛相當(dāng)重要，接頭混凝土養(yǎng)護工作也必須重點注意。

6 結(jié)語

簡支變連續(xù)梁橋施工工藝簡單，質(zhì)量可靠，可以有效地改善橋梁行車的舒適性、平穩(wěn)性，有利于高速行車。該橋已于2007年順利施工完成，現(xiàn)階段情況良好。

［1］JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范［S］．

［2］JTG D60-2004，公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范［S］．