先簡支后結構連續橋梁結構設計研究

■羅 強

(山西省交通科學研究院，太原 030006)

0 引言

簡支橋梁和連續橋梁是我國橋梁工程的兩種主要形式，但是這兩種橋梁結構優缺點都非常明顯[1-2]。例如簡支橋梁整體結構簡單，方便進行機械化作業，但是容易產生裂縫，影響橋梁結構穩定性；連續橋梁雖然行車舒適度好，自重輕，但是造價昂貴，后期維護成本高[3-4]。先簡支后結構連續橋梁則綜合了這兩種結構的優點，成為現階段大跨度橋梁設計與施工的常用形式[5]。對于設計人員來說，必須要掌握好先簡支后結構連續橋梁各個方面的設計要點，這樣才能為后期橋梁高質量施工提供參考。

1 先簡支后連續橋梁結構的應用優勢

首先，先簡支后結構連續橋梁所用的預應力鋼束可以提前在預制廠完成制作，并按照設計要求，完成預應力鋼束相關性能的檢測工作，確定符合橋梁設計標準后運輸到施工現場，直接使用，從而簡化了現場施工步驟，加快了施工進度；其次，采用先簡支后結構的連續橋梁，具有更強的穩定性和承載力，很少因為結構受力不均勻發生變形問題，避免了橋面裂縫或橋頭跳車等問題的發生；再次，先簡支后結構連續橋梁的大部分構件，都是按照統一標準制作，可以支持機械化施工，從施工單位角度來說，降低了施工難度，提升了經濟利潤；最后，先簡支后結構連續橋梁具有較強的環境適應性，可以在不同地質條件下使用。

2 墩頂濕接頭構造設計

2.1 單橫梁單支座簡支結構

在簡支梁構造改進基礎上，將新澆鋼筋混凝土墩頂橫梁設計為與簡支梁形成整體，并對簡支梁起嵌固作用。構造上，墩頂橫梁與簡支梁同高，以端橫隔板為側模，這種設置方式一來能夠提升墩梁及其關聯結構的穩定性，二來也能夠方便后期進行墩身混凝土澆筑。設置由順蓋梁方向的橫梁主要縱向受力鋼筋、簡支梁縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系，設置由上緣縱向抵抗負彎矩預應力鋼筋下緣縱向預應力鋼筋形成的預應力體系。

2.2 雙橫梁雙支座簡支結構

在簡支梁構造改進基礎上，設計強大的端橫梁將多片簡支梁形成整體。構造上，端橫梁高度與簡支梁同高。設計時，可以將翼板、質量以及鋼筋等組成一個配套的受力體系，提高雙橫梁雙支座結構的抗彎折能力。考慮到支座可能會受力出現不均勻下沉情況，設計時還要在制作下緣增加預應力體系。這種設計方式有利于提高簡支結構的承載能力，即便是遇到較強的荷載壓力或地質擾動，也能夠通過結構自身輕微變形進行緩沖調整，不會對結構安全造成破壞性影響，從而達到了保護連續橋梁質量安全的目的。

3 支座體系設計

先簡支后結構連續橋梁的支座設計，目前來看主要有單支座和雙支座兩種形式，且各有其優缺點。例如，單支座結構簡單，無論是前期設計、施工，還是后期進行橋梁維護，都相對簡單。但是單支座結構橋梁不適用于復雜地質，承載力也相對有限。相反，雙支座結構雖然比較復雜，但是承載力和穩定性更好，適用于大跨度、復雜地質條件下橋梁工程。以雙支座結構為例，保證橋梁結構穩定性的設計方法是，在墩頂梁端濕接頭出通過澆筑混凝土的方式，形成一個二次預應力，起到保護橋梁結構安全的效果。

4 連續橋梁整體設計

4.1 跨徑的影響

根據橋梁跨度的不同，先簡支后結構的總體設計也存在一定差異。簡單來說應遵循以下設計原則：如果橋梁跨徑在20m以下，且跨數不超過5跨，則采用鋼筋混凝土結構，設計時要注意控制好裂縫寬度；對于橋梁跨徑超過20m，但是沒有達到30m的情況，可以考慮使用簡支連續橋，可以減少支座轉換和維護；對于橋梁跨徑超過30m，且墩高在12m以上的，應當使用先簡支后連續結構。

4.2 支承方式設計

(1)雙支座簡支結構。連續橋梁采用雙支座的支承方式，優勢在于實現了橋梁主體壓力的分擔，特別是對于一些大跨度連續橋梁，采用雙支座設計方式，有效緩解了后期墩臺不均勻沉降的問題，對于延緩支座疲勞和延長橋梁使用壽命都起到了積極作用。但是雙支座簡支結構比較復雜，設計時也要注意兩方面的要點：其一是保證兩個支座的高度、直徑等參數保持一致，誤差控制在標準范圍以內，提升橋身穩定性；其二，在墩頂梁端濕接頭處施加二次預應力，避免支座頻繁轉換，維護橋梁結構受力安全。

(2)單支座簡支結構。與雙支座簡支結構相比，單支座的優點是避免了橋梁各部分結構受力不均勻，從而導致一側支座受力過大而另一側制作不受力的問題。但是單支座簡支結構對適用條件有特殊要求，通常情況下在墩頂梁端濕接頭預應力不足的情況下，可以選種單支座簡支結構。設計時還要注意單支座水平面上受力的均勻性，以及地基因素導致的支座不均勻沉降問題，這些都需要納入設計考慮范圍之內，從而提升設計的科學性和實用性。

(3)簡支梁構造改進設計。先簡支后結構是在原先簡支梁結構上進行優化形成的，部分橋梁基于成本考慮，選擇使用簡支梁構造，為了達到設計要求，需要對現行的簡支梁構造進行改進。基本的設計方案為：首先，將預制梁、板，嵌入到墩頂現澆衡量上，嵌入尺寸控制在18cm～24cm之間，嵌入長度不足會影響后期穩定性，前去長度過長則會影響其他構造的施工；其次，保證墩頂連續施工，可以提升橋梁結構的整體性，對確保受力的科學性也有一定幫助。

4.3 簡支連續橋梁施工流程設計

在設計階段，要理順先簡支后連續橋梁的具體施工流程，并且通過備注形式，將各個施工流程中的技術要點進行重點標注，方便現場施工隊伍進行質量管控。先簡支后連續橋梁的施工順序為：

(1)完成T梁預制，并進行T梁安裝。安裝是要同時做好T梁橫隔板的布置，以提高梁板結構的整體穩定性；

(2)完成現澆墩頂濕接頭的布置，進行墩梁混凝土澆筑，進行澆筑效果檢查，符合標準后張拉預應力鋼束；

(3)繼續完成T梁翼板和空心板接口澆筑工作，最后施加恒載完成橋梁施工。下表1為T梁吊裝的重量表。

表1 T梁吊裝重量表

4.4 施工過程管控設計要點

設計人員需要結合以往工作經驗，對先簡支后結構連續橋梁實際施工中遇到的問題，以及問題的形成原因，提前通過優化設計，做到施工常見問題的有效預防。施工環節中的設計要求包括：一是T梁預拱度設計，目的是避免后期橋梁使用過程中出現跨中下撓問題；二是T梁存放時間的控制，預制成型的T梁，現場存放時間一般不得超過60天，避免存放時間過長影響使用效果；三是二次預應力張拉時間的設計，通常選擇在T梁翼板澆筑之前完成張拉。張拉方式和張拉順序也要根據相關要求，在設計方案中進行明確說明，下圖1為先簡支后連續結構的相關類型圖示。

圖1 先簡支后連續結構的類型圖

4.5 墩臺穩定性設計

墩臺穩定性設計對連續橋梁的整體質量有直接影響，結合以往的設計經驗可知，影響墩臺穩定性的因素有多種，例如混凝土自身的收縮、地基的不均勻沉降等等。在進行穩定性設計時，需要重點做好以下幾方面的工作：首先，根據地質勘查結果，設計地基穩定方案，使用強夯法、換填法等，提升地基穩定性和承載力；其次，要關注支座更換引起的墩臺位移問題，確定墩臺支座位移的最大范圍，如果實際檢測結果表明支座位移超過標準，則需要采取糾偏措施。

4.6 混凝土澆筑設計

連續橋梁混凝土澆筑施工時，像梁、板等重要結構，應當保證一次性澆筑成型，避免分層澆筑出現結構裂縫問題。因此，在前期設計時，就需要提前做好結構劃分，并科學確定混凝土的澆筑厚度。例如，裸梁上現澆混凝土的厚度要控制在7cm～10cm之間，這部分混凝土層的作用是調平，并不參與主梁受力。混凝土澆筑前不適用鋼筋網，為了提升橋梁結構穩定性和抗拉能力，可以使用柔性纖維混凝土代替普通混凝土。

5 結語

先簡支后結構目前已經廣泛的應用到大跨度連續橋梁中，并且經過大量的工程實踐，驗證了這一結構的優越性。為了切實保證橋梁工程整體質量，需要提前做好橋梁結構設計，明確先簡支后結構設計的技術要點和相關流程。設計人員要重點關注支座體系、支承方式、墩臺穩定性等方面的設計工作，并在完成橋梁整體設計后進行必要的驗證和檢測，確定不存在問題后方可指導橋梁施工建設，從而在保證橋梁安全方面發揮必要的作用。