论文部分内容阅读
摘 要：在现如今桥梁结构的设计和施工的过程中，采用先简支后连续箱梁无缝桥梁的设计方式是一种比较新颖的设计方式。由于预应力混凝土连续梁桥的施工方式比较简单，工程造价比较合理，再加上这种桥梁结构的使用功能突出，因此这种设计方式在桥梁建筑中具有较为明显的竞争力。而在连续箱梁桥无缝桥梁设计的过程中，最为常见的结构主要以简支转换结构为主，这种施工方式受到了施工人员的高度青睐。本文主要对先简支后连续箱梁无缝桥梁的设计进行研究，旨在促进我国桥梁建筑行业的长足发展。
关键词：简支；连续空心板梁；无缝桥梁；设计
先简支后连续的结构在截面形式以及连续方式上都存在着明显的复杂性。为了对这些形式进行研究，主要对其受力特点以及经济性进行简要分析，并且提出了切实可行的桥梁设计方案。这样才能使得简支结构更具稳定性。从现如今的桥梁截面建设方面来看，无论是平面布置还是超高设置都是设计的重点和难点。为了对简支后连续箱梁结构在桥梁建筑中进行推广，需要经得起实践的检验。
1 先简支后连续箱梁无缝桥梁的设计
1.1 先简支后连续的结构形式及特点。这种桥梁结构可以在不同的结构中进行应用，因此，其结构形式也呈现出不同的特点，具体来说，可以表现在以下几个方面：结构形式。按照不同的因素可以分成不同的结构形式，如果按照材料来进行划分，主要可以将这一结构分钢筋混凝土或者是预应力混凝土的结构。要想保证结构的稳定性，可以采用混合结构的形式。如果按照结构预制构件所施加的预应力情况进行划分，可以将其分成先张预应力混凝土和后张法预应力混凝土等结构。如果仅仅按照构建上部结构的断面形式进行划分，可以将结构分成空心板或箱型梁等等。
1.2 主要构造及特点。1.2.1 上部构造。从构造的形态上能够看出，预制构件和装配式简支构件的类型相似，而且梁间的位置很少设置中横隔板结构，在构造设置的过程中需要费根据预埋件的特点来进行横向和纵向连续钢筋的连接。如果现浇连续段主要以预应力钢束结构为主，就需要做好管道的预埋和齿板设置工作。1.2.2 现浇连续段。对这一结构进行研究，需要以连续结构为前提，同时要保证预制构件的刚性端横隔梁的稳定性，在具体的施工中，应该按照纵向、横向以及竖向等方向和主梁结构进行有机结合。与此同时，还应该将现浇连续段的钢筋可以有多种选择，其中比较常见的就是普通钢筋和预应力钢束等等。主要是由于普通的钢筋具有操作简便的特点，同时对于主梁的结构不会产生严重的影响，提升钢束的预应力效果，最重要的是在实际的施工中应该提升预应力结构的抗裂性能。1.2.3 现浇桥面板。这一结构是整体结构的重要促成部分，在实际的应用中，加强了对装配梁柱以及分体式小箱梁之间的联系和抗扭刚度等等。同时还能够提升预制横隔板的基本功能。用现浇桥面板对钢筋或者是钢束来进行布置。
1.3 先简支后连续梁桥的常用跨径。一般来说，这种结构主要适用于中小跨径桥梁，主要是由于这种结构和体系具有节省时间、缩短工期以及经济效益良好等比较明显的特点。所以，多数的桥梁都广泛地采用先简支后连续梁桥的结构，一般来说，先简支后连续梁可以在10-50m范围内不等。在跨径测量的过程中需要根据桥梁的特点以及结构的需要来促进桥梁建筑结构、地质条件以及建筑环境之间的协调性。不仅如此，还需要尽量保证施工的便利，根据结构的形式来从众多的类型中进行选择。
1.4 先简支后连续箱梁无缝梁桥的总体设计特点。为了对这一结构的设计特点进行进一步研究，需要根据相关的实践来总结经验。具体来说需要从以下几个方面来进行具体的研究。1.4.1 平曲线段布梁方法。对于平曲线段来说，其布梁方式比较复杂，需要沿着中心线来采用标准的数据和方式来进行计算。对于梁长的变化需要进行高度控制，具体来说可以将其控制在150mm的范围内，因此，可以对现浇连接段的长度进行控制，在此过程中，预制梁的长度要尽量保持不变。如果梁体的长度超过了500mm就需要根据预制梁的变化程度，来对连续段的整体长度进行控制。不同梁体的长度需要采用不同的设计和施工方案。布梁方式可以从以下几个方面来进行具体的分析：（1）桥梁的平面如果恰好处于曲线段，就需要按照接近直线的布桥方式，如图1所示。这种结构的特征是桥墩的中心线和背墙線完全相同，桥墩中心线之间的平行程度比较强，而且桥墩的盖梁长度完全相同。（2）如果矢高能够被控制在2.5-10㎝，桥梁的孔跨应该按照直线桥的布置方式来进行，桥梁的中心线也应该向凸出的方向进行平移。具体来说，这种形式的特点就是桥梁结构中的各种中心线都能够和相关的角度相符合，同时还能够保证桥墩盖的长度符合相关的标准。（3）如果矢高达到10-20㎝，就要按照实际的桥梁工程的指标和参数来对翼板的长度进行控制和调整。（4）当矢高大于20厘米时，桥梁按照径向进行布置。具体情况通过图2表示。其主要的特点就是桥墩的中心线和交点位置所成的角度相同，各个桥墩的中心线之间不会出现相互平行的现象，桥墩盖的梁长相同等。布梁工程还需要注意以下几个方面的内容：第一，要为现浇连续段提供充足的空间，这样才能有效的保证建筑工程的施工的准确性和操作完整性。与此同时，还能够保证现浇连续段具有一定的刚度和强度。第二，如果桥体结构需要预制梁进行调整，就要对预知构件进行明确的规定，其构件结构不能超过一定的范围。第三，无论是主梁还是需要连接的部位都应该按照相关的需要来实现位置的科学连接。在实际的桥梁建筑中，这一特点比较明显，因此，需要得到相关工作人员的高度重视。1.4.2 超高段布梁方法。如果孔桥的超高没有出现明显的变化，就需要按照普通的方式来进行预制梁或者是预制板的制定，要对相应的厚度进行调节之后再应用到实际的桥梁建筑中。在不同高度的范围内，需要采用不同的方式，这种方式主要是为了更好地将先简支后连续的施工原则和设计方式融入到具体的桥梁建筑工程中，促进建筑的稳定性和可靠性。当横坡变化超出4%时，可采用改变顶板横坡的方式来调整，也可以通过调整梁底楔块来调整主梁横坡。 2 工程案例分析
2.1 工程概况。某桥梁为互通式立交主线桥，该桥平面位于R=5602.32m的圆弧段内，横跨公路，全长523.65m，左幅跨径为（4-20）+（4-20）+（30+36+30）+（5-20）+（4-20）+（4-20）m，右幅跨径为（4-20）+（5-20）+（30+36+30）+（4-20）+（4-20）+（4-20）m，除第三联为支架现浇等截面预应力砼连续箱梁外，其余第一、二、四、五、六联为等截面装配式部分预应力砼箱梁，采用先简支后连续箱梁结构；下部采用柱式墩、肋式桥台；全桥共168块预制箱梁，箱梁高1.2m，底宽1m，中梁顶宽2.4m，边梁顶宽2.85m，翼板厚18cm；29道纵向湿接缝，纵向湿接缝缝宽35cm，横向同桥宽；两箱梁翼板间为横向湿接缝，宽度为100cm，厚18cm，根据设计，湿接缝处也有预应力筋需张拉，与预制箱梁形成整体，湿接缝的预应力区顺桥向长度为13m，每一联边跨非预应力区长13.5m，中跨非预应力区7m。
2.2 桥梁技术指标。（1）设计荷载：汽车-超20级，挂车-120；（2）桥梁宽度：2×净-12米；（3）跨径：20米；（4）斜度：0°。
2.3 主要材料。（1）混凝土。预制箱梁采用C50混凝土，现浇湿接缝采用C50膨胀混凝土。（2）钢材。a、低松弛高强度预应力钢绞线应符合ASTMA416-97规定，单根钢绞线直径φj15.24mm，钢绞线面积A=140mm2，标准强度Rby=1860MPa，弹性模量Ey=1.95×105MPa。b、Ⅰ、Ⅱ级钢筋应分别符合GB13013-91和GB1499-98的规定，钢筋直径≥12mm者，均采用Ⅱ级（20MnSi）热轧螺纹钢，钢筋直径<12mm者，采用Ⅰ级（A3）钢。c、钢板为符合GB700-88规定的Q235钢板。d、锚具及管道成孔：预制箱梁锚具采用GVM型或OVM型锚具及配套设备，管道成孔采用钢波纹管；箱梁顶板负弯距钢束采用GBM15型或BM15型锚具及其配套的设备，管道成孔采用钢波纹扁管，且要求钢波纹扁管钢带厚度不小于0.35mm。
2.4 桥梁设计特点分析。2.4.1 箱梁先简支后连续结构是由预制梁段和现浇梁段组成，预制箱梁纵向钢筋伸出锚端，安装到临时支座上后，纵向两梁的钢筋连接在一起，主要承受剪力，在箱梁顶板设置抗负弯矩预应力筋；湿接缝即为纵向连接两跨简支箱梁，横向连接同跨梁板的现浇砼段，其纵向湿接缝缝宽35cm，横向为桥宽，横向湿接缝宽100cm，将每跨的相邻两片梁翼板连接起来；湿接缝浇筑完成并张拉压浆完成后拆除双排临时支座，变为单排永久支座承重，这种过程称为体系转变，体系转变完成后箱梁在恒载与活载作用下结构的受力特征均为连续梁。2.4.2 简支梁桥构造简单，施工方便，工期短，但是简支梁桥接缝多，不利于行车，且跨中弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重增加；连续梁桥结构较复杂，工期长，但是连续梁桥无断点，行车舒适，跨中正弯矩减少，从而减少材料用量及结构自重；而先简支后连续结构刚好发挥了上述两种梁桥的优点。
2.5 施工工艺。施工工艺流程：临时支座安装—预制箱梁安装—安放永久性支座及支设底模—钢筋绑扎—穿预应力筋—模板支设—浇筑膨胀砼—养生—张拉压浆—浇筑非预应力区砼—拆除临时支座及底模。
2.6 施工中存在的问题及解决措施。由于这种结构工序多而杂，我们公司又是第一次施工这种结构，施工中出现了不少难题，为此我们采取了有效的质量控制方法。2.6.1 湿接缝施工时作业空间小，又处在高空作业，因而在支设模板及钢筋绑扎时操作难度大，在保证质量和工期的同时，施工安全防护要做好。我们在施工中及时总结工序穿插方面的经验和教训，不断创新，施工速度越来越快，人员机械占用的越來越少体现了良好的经济和社全效益。2.6.2 底模由于受拆卸及预埋筋的影响，只能使用一次性的底模，我们采用了很经济的泡沫板，振捣棒插入的深度应防止碰到泡沫板，这给施工带来了一定的困难，经过初步的实践及摸索，我们在泡沫板上面铺一层油毛毡，基本解决了这一难题。2.6.3 临时支座：市场上有专业厂家生产的硫磺临时支座，安放方便，加热即可方便拆除，但由于一次性用完，造价高，我们采用砂箱作为临时支座，同样满足要求，可以节约材料成本，经过经济技术比较，仅在该工程中节约大约20000元。2.6.4 由于预应力筋长度较短，在施工初期经常出现预应力筋滑丝现象，我们QC小组经过多次PDCA活动，及时总结经验，成功杜绝了这种现象。
3 总结
总之，先简支后连续梁的设计要点是：支点上缘负弯矩钢束控制设计，支点下缘在支座沉降及温度梯度作用下较为不利，可通过设置普通钢筋来解决。整体化混凝土由于混凝土收缩应力及混凝土龄期差易产生较大剪应力，应加强两期混凝土连接或采用无收缩钢纤维混凝土。通过内力及应力分析计算，验证了先简支后连续桥梁的结构合理性。
参考文献
[1]吴天真.先简支后连续小箱梁桥的分析和试验研究[D].杭州：浙江大学，2005.
[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1999.
[3]范立础，徐光辉.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2003.
关键词：简支；连续空心板梁；无缝桥梁；设计
先简支后连续的结构在截面形式以及连续方式上都存在着明显的复杂性。为了对这些形式进行研究，主要对其受力特点以及经济性进行简要分析，并且提出了切实可行的桥梁设计方案。这样才能使得简支结构更具稳定性。从现如今的桥梁截面建设方面来看，无论是平面布置还是超高设置都是设计的重点和难点。为了对简支后连续箱梁结构在桥梁建筑中进行推广，需要经得起实践的检验。
1 先简支后连续箱梁无缝桥梁的设计
1.1 先简支后连续的结构形式及特点。这种桥梁结构可以在不同的结构中进行应用，因此，其结构形式也呈现出不同的特点，具体来说，可以表现在以下几个方面：结构形式。按照不同的因素可以分成不同的结构形式，如果按照材料来进行划分，主要可以将这一结构分钢筋混凝土或者是预应力混凝土的结构。要想保证结构的稳定性，可以采用混合结构的形式。如果按照结构预制构件所施加的预应力情况进行划分，可以将其分成先张预应力混凝土和后张法预应力混凝土等结构。如果仅仅按照构建上部结构的断面形式进行划分，可以将结构分成空心板或箱型梁等等。
1.2 主要构造及特点。1.2.1 上部构造。从构造的形态上能够看出，预制构件和装配式简支构件的类型相似，而且梁间的位置很少设置中横隔板结构，在构造设置的过程中需要费根据预埋件的特点来进行横向和纵向连续钢筋的连接。如果现浇连续段主要以预应力钢束结构为主，就需要做好管道的预埋和齿板设置工作。1.2.2 现浇连续段。对这一结构进行研究，需要以连续结构为前提，同时要保证预制构件的刚性端横隔梁的稳定性，在具体的施工中，应该按照纵向、横向以及竖向等方向和主梁结构进行有机结合。与此同时，还应该将现浇连续段的钢筋可以有多种选择，其中比较常见的就是普通钢筋和预应力钢束等等。主要是由于普通的钢筋具有操作简便的特点，同时对于主梁的结构不会产生严重的影响，提升钢束的预应力效果，最重要的是在实际的施工中应该提升预应力结构的抗裂性能。1.2.3 现浇桥面板。这一结构是整体结构的重要促成部分，在实际的应用中，加强了对装配梁柱以及分体式小箱梁之间的联系和抗扭刚度等等。同时还能够提升预制横隔板的基本功能。用现浇桥面板对钢筋或者是钢束来进行布置。
1.3 先简支后连续梁桥的常用跨径。一般来说，这种结构主要适用于中小跨径桥梁，主要是由于这种结构和体系具有节省时间、缩短工期以及经济效益良好等比较明显的特点。所以，多数的桥梁都广泛地采用先简支后连续梁桥的结构，一般来说，先简支后连续梁可以在10-50m范围内不等。在跨径测量的过程中需要根据桥梁的特点以及结构的需要来促进桥梁建筑结构、地质条件以及建筑环境之间的协调性。不仅如此，还需要尽量保证施工的便利，根据结构的形式来从众多的类型中进行选择。
1.4 先简支后连续箱梁无缝梁桥的总体设计特点。为了对这一结构的设计特点进行进一步研究，需要根据相关的实践来总结经验。具体来说需要从以下几个方面来进行具体的研究。1.4.1 平曲线段布梁方法。对于平曲线段来说，其布梁方式比较复杂，需要沿着中心线来采用标准的数据和方式来进行计算。对于梁长的变化需要进行高度控制，具体来说可以将其控制在150mm的范围内，因此，可以对现浇连接段的长度进行控制，在此过程中，预制梁的长度要尽量保持不变。如果梁体的长度超过了500mm就需要根据预制梁的变化程度，来对连续段的整体长度进行控制。不同梁体的长度需要采用不同的设计和施工方案。布梁方式可以从以下几个方面来进行具体的分析：（1）桥梁的平面如果恰好处于曲线段，就需要按照接近直线的布桥方式，如图1所示。这种结构的特征是桥墩的中心线和背墙線完全相同，桥墩中心线之间的平行程度比较强，而且桥墩的盖梁长度完全相同。（2）如果矢高能够被控制在2.5-10㎝，桥梁的孔跨应该按照直线桥的布置方式来进行，桥梁的中心线也应该向凸出的方向进行平移。具体来说，这种形式的特点就是桥梁结构中的各种中心线都能够和相关的角度相符合，同时还能够保证桥墩盖的长度符合相关的标准。（3）如果矢高达到10-20㎝，就要按照实际的桥梁工程的指标和参数来对翼板的长度进行控制和调整。（4）当矢高大于20厘米时，桥梁按照径向进行布置。具体情况通过图2表示。其主要的特点就是桥墩的中心线和交点位置所成的角度相同，各个桥墩的中心线之间不会出现相互平行的现象，桥墩盖的梁长相同等。布梁工程还需要注意以下几个方面的内容：第一，要为现浇连续段提供充足的空间，这样才能有效的保证建筑工程的施工的准确性和操作完整性。与此同时，还能够保证现浇连续段具有一定的刚度和强度。第二，如果桥体结构需要预制梁进行调整，就要对预知构件进行明确的规定，其构件结构不能超过一定的范围。第三，无论是主梁还是需要连接的部位都应该按照相关的需要来实现位置的科学连接。在实际的桥梁建筑中，这一特点比较明显，因此，需要得到相关工作人员的高度重视。1.4.2 超高段布梁方法。如果孔桥的超高没有出现明显的变化，就需要按照普通的方式来进行预制梁或者是预制板的制定，要对相应的厚度进行调节之后再应用到实际的桥梁建筑中。在不同高度的范围内，需要采用不同的方式，这种方式主要是为了更好地将先简支后连续的施工原则和设计方式融入到具体的桥梁建筑工程中，促进建筑的稳定性和可靠性。当横坡变化超出4%时，可采用改变顶板横坡的方式来调整，也可以通过调整梁底楔块来调整主梁横坡。 2 工程案例分析
2.1 工程概况。某桥梁为互通式立交主线桥，该桥平面位于R=5602.32m的圆弧段内，横跨公路，全长523.65m，左幅跨径为（4-20）+（4-20）+（30+36+30）+（5-20）+（4-20）+（4-20）m，右幅跨径为（4-20）+（5-20）+（30+36+30）+（4-20）+（4-20）+（4-20）m，除第三联为支架现浇等截面预应力砼连续箱梁外，其余第一、二、四、五、六联为等截面装配式部分预应力砼箱梁，采用先简支后连续箱梁结构；下部采用柱式墩、肋式桥台；全桥共168块预制箱梁，箱梁高1.2m，底宽1m，中梁顶宽2.4m，边梁顶宽2.85m，翼板厚18cm；29道纵向湿接缝，纵向湿接缝缝宽35cm，横向同桥宽；两箱梁翼板间为横向湿接缝，宽度为100cm，厚18cm，根据设计，湿接缝处也有预应力筋需张拉，与预制箱梁形成整体，湿接缝的预应力区顺桥向长度为13m，每一联边跨非预应力区长13.5m，中跨非预应力区7m。
2.2 桥梁技术指标。（1）设计荷载：汽车-超20级，挂车-120；（2）桥梁宽度：2×净-12米；（3）跨径：20米；（4）斜度：0°。
2.3 主要材料。（1）混凝土。预制箱梁采用C50混凝土，现浇湿接缝采用C50膨胀混凝土。（2）钢材。a、低松弛高强度预应力钢绞线应符合ASTMA416-97规定，单根钢绞线直径φj15.24mm，钢绞线面积A=140mm2，标准强度Rby=1860MPa，弹性模量Ey=1.95×105MPa。b、Ⅰ、Ⅱ级钢筋应分别符合GB13013-91和GB1499-98的规定，钢筋直径≥12mm者，均采用Ⅱ级（20MnSi）热轧螺纹钢，钢筋直径<12mm者，采用Ⅰ级（A3）钢。c、钢板为符合GB700-88规定的Q235钢板。d、锚具及管道成孔：预制箱梁锚具采用GVM型或OVM型锚具及配套设备，管道成孔采用钢波纹管；箱梁顶板负弯距钢束采用GBM15型或BM15型锚具及其配套的设备，管道成孔采用钢波纹扁管，且要求钢波纹扁管钢带厚度不小于0.35mm。
2.4 桥梁设计特点分析。2.4.1 箱梁先简支后连续结构是由预制梁段和现浇梁段组成，预制箱梁纵向钢筋伸出锚端，安装到临时支座上后，纵向两梁的钢筋连接在一起，主要承受剪力，在箱梁顶板设置抗负弯矩预应力筋；湿接缝即为纵向连接两跨简支箱梁，横向连接同跨梁板的现浇砼段，其纵向湿接缝缝宽35cm，横向为桥宽，横向湿接缝宽100cm，将每跨的相邻两片梁翼板连接起来；湿接缝浇筑完成并张拉压浆完成后拆除双排临时支座，变为单排永久支座承重，这种过程称为体系转变，体系转变完成后箱梁在恒载与活载作用下结构的受力特征均为连续梁。2.4.2 简支梁桥构造简单，施工方便，工期短，但是简支梁桥接缝多，不利于行车，且跨中弯矩较大，致使梁的截面尺寸和自重增加；连续梁桥结构较复杂，工期长，但是连续梁桥无断点，行车舒适，跨中正弯矩减少，从而减少材料用量及结构自重；而先简支后连续结构刚好发挥了上述两种梁桥的优点。
2.5 施工工艺。施工工艺流程：临时支座安装—预制箱梁安装—安放永久性支座及支设底模—钢筋绑扎—穿预应力筋—模板支设—浇筑膨胀砼—养生—张拉压浆—浇筑非预应力区砼—拆除临时支座及底模。
2.6 施工中存在的问题及解决措施。由于这种结构工序多而杂，我们公司又是第一次施工这种结构，施工中出现了不少难题，为此我们采取了有效的质量控制方法。2.6.1 湿接缝施工时作业空间小，又处在高空作业，因而在支设模板及钢筋绑扎时操作难度大，在保证质量和工期的同时，施工安全防护要做好。我们在施工中及时总结工序穿插方面的经验和教训，不断创新，施工速度越来越快，人员机械占用的越來越少体现了良好的经济和社全效益。2.6.2 底模由于受拆卸及预埋筋的影响，只能使用一次性的底模，我们采用了很经济的泡沫板，振捣棒插入的深度应防止碰到泡沫板，这给施工带来了一定的困难，经过初步的实践及摸索，我们在泡沫板上面铺一层油毛毡，基本解决了这一难题。2.6.3 临时支座：市场上有专业厂家生产的硫磺临时支座，安放方便，加热即可方便拆除，但由于一次性用完，造价高，我们采用砂箱作为临时支座，同样满足要求，可以节约材料成本，经过经济技术比较，仅在该工程中节约大约20000元。2.6.4 由于预应力筋长度较短，在施工初期经常出现预应力筋滑丝现象，我们QC小组经过多次PDCA活动，及时总结经验，成功杜绝了这种现象。
3 总结
总之，先简支后连续梁的设计要点是：支点上缘负弯矩钢束控制设计，支点下缘在支座沉降及温度梯度作用下较为不利，可通过设置普通钢筋来解决。整体化混凝土由于混凝土收缩应力及混凝土龄期差易产生较大剪应力，应加强两期混凝土连接或采用无收缩钢纤维混凝土。通过内力及应力分析计算，验证了先简支后连续桥梁的结构合理性。
参考文献
[1]吴天真.先简支后连续小箱梁桥的分析和试验研究[D].杭州：浙江大学，2005.
[2]范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京：人民交通出版社，1999.
[3]范立础，徐光辉.桥梁工程（上册）[M].北京：人民交通出版社，2003.