簡支轉連續梁橋施工及溫度效應計算理論研究

陶潘深 何 敏

(湖南聯智橋隧技術有限公司，湖南長沙 410199)

1 概述

隨著我國交通網絡的不斷完善，修建了許多20 m～40 m的中等跨徑的橋梁，在中等跨徑的橋梁中，簡支轉連續梁橋占有舉足輕重的地位。簡支轉連續梁橋由于綜合了簡支梁橋和連續梁橋兩種橋型，具有橋面裂縫少，整體性好，施工周期短，工程造價低等優點，已在公路及市政橋梁建設中得到了廣泛運用。雖然簡支轉連續梁橋已經被廣泛運用在設計和施工中，但是有些施工單位還停留在簡支梁和連續梁施工工藝上，對簡支轉連續梁橋的施工工藝未給予足夠的重視，導致在施工中出現質量問題，甚至出現安全事故。當橋梁結構受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導致結構產生溫度次內力，而溫度次內力將使橋梁結構產生裂縫、變形等病害。針對這些問題，本文將介紹簡支轉連續的施工工藝和溫度效應計算理論，并將施工工藝和結構理論二者結合，以促進簡支轉連續梁橋的推廣應用。

2 簡支轉連續梁橋的施工工藝

簡支轉連續梁橋的施工流程主要為:預制箱梁或者T梁;預制箱梁或者T梁安裝施工;現澆濕接縫;預制箱梁或者T梁的體系轉換。總體施工工藝流程如圖1所示。

圖1 簡支轉連續施工工藝流程

施工工藝要點:1)待預制箱梁或者T梁的混凝土強度達到設計強度的90%后，將正彎矩區域的預應力鋼束張拉到設計值，孔道壓漿并及時清理箱梁或者T梁通氣孔;2)設置臨時支座并安裝好永久支座;3)逐孔安裝主梁，置于臨時支座上成為簡支狀態，及時連接橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋;4)連接連續接頭段鋼筋，綁扎橫梁鋼筋，設置接頭板處波紋管并穿束;5)在日溫最低時，澆筑連續接頭、中橫梁及其兩側與頂板負彎矩束同長度范圍內的橋面板混凝土;6)當接頭、中橫梁達到設計強度的95%后，將頂板負彎矩預應力鋼束張拉到設計值，二次張拉采用單根張拉和錨固，并壓注水泥漿;7)接頭施工完成后，澆筑剩余部分橋面板濕接縫混凝土，剩余部分橋面板濕接縫混凝土應由跨中向支點澆筑;8)澆筑完成后拆除一聯內臨時支座，完成體系轉換;9)解除臨時支座時，應特別注意嚴防高溫影響橡膠支座質量。

3 溫度效應計算理論研究

當橋梁結構受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導致結構產生溫度次內力，而溫度次內力將使橋梁結構產生裂縫、變形等病害，并且在靜定和超靜定結構中均能產生。橋梁結構中的溫度效應是溫度自應力(內部自平衡應力)和溫度次應力(外部約束溫度應力)兩部分之和。

3.1 溫度自應力計算

在橋梁工程中，箱梁截面頂板的厚度一般不小于100 mm，如圖2所示，橋梁結構的局部溫度梯度如下式:

圖2 箱梁截面溫度計算示意圖

溫度梯度作用導致箱梁截面應變的曲率Ψ、沿箱梁界面高度y=0處的應變ε0:

由溫度梯度t(y)引起的溫度自應力σs(y):

溫度自應力σs:

其中，A為橋梁結構的橫截面面積;E為混凝土的彈性模量;α為材料的膨脹系數;I為箱梁截面的抗彎慣性矩。

3.2 溫度次應力計算

如圖3所示，通過結構受力分析可求解溫度次內力。設橋梁結構共有n跨，設主梁中支點的彎矩為xi，則有n－1個未知力，力法方程可表示為:

其中，［δ］為剛度矩陣;{x}為多余未知力矩陣;{Δt}為荷載變位矩陣。

根據上式的力法方程，可解出溫度次內力。

圖3 結構計算示意圖

中間墩墩頂截面溫度次內力計算公式為:

邊墩墩頂截面溫度次內力計算公式為:

因為僅單側墩頂具有溫度次內力效應，則邊跨的溫度次內力計算公式為:

因為兩側墩頂溫度次內力不相同，則次邊跨的溫度次內力計算公式為:

因為兩側墩頂溫度次內力效應均相同，則橋梁結構中間各跨溫度次內力計算公式為:

將以上推導出來的溫度自應力與溫度次內力疊加，即可得到簡支轉連續梁橋各跨的溫度總應力。

國內外的研究結果表明，溫度應力對橋梁結構的工作性能有重要的影響，在某些橋梁中甚至可能大于活載應力產生的效應，因此在橋梁工程的結構設計中必須考慮溫度應力的影響。本文提出的溫度效應計算公式能準確計算出溫度效應對橋梁結構產生的作用，可為橋梁設計和施工提供重要參考。

4 結語

簡支轉連續梁橋施工就是將兩跨及兩跨以上的預應力混凝土梁通過現澆混凝土形成連續結構的施工方式，這種施工方式結合了簡支梁橋和連續梁橋的優點。本文介紹了簡支轉連續梁橋的一般施工工藝，推導出了簡支轉連續梁橋溫度效應的計算公式，可為今后簡支轉連續梁橋的設計和施工提供參考。

［1］方 志，李 艷，吳鵬揚.先簡支后連續混凝土橋梁徐變影響的參數分析［J］.橋梁建設，2003(4):19-21.

［2］楊萬里.簡支連續預應力混凝土多箱式橋梁全過程受力性能研究［D］.杭州:浙江大學，2008:49-83.

［3］包碧玉.先簡支后連續結構體系的若干問題研究［D］.北京:北京交通大學，2006:56-89.

［4］高武林，賀飛來.橋梁施工中先簡支后連續技術研究［J］.黑龍江交通科技，2013(2):120-122.

［5］譚紹富.先簡支后連續橋梁預應力狀態分析研究［J］.公路，2012(11):191-194.

［6］柴翠花.高等級公路先簡支后連續橋施工技術探討［J］.山西建筑，2013，39(2):195-196.