连续梁桥的先简支后连续T梁设计

　　摘要：先简支后连续T梁是国内外高速公路上常用的一种桥梁结构新形式，具有施工简易、行车条件好且经济合理，并兼备简支梁与连续梁桥的优点．以三跨预应力混凝土先简支后连续T梁为例．简要介绍随岳高速公路中广泛采用的先简支后连续梁桥的结构设计特点和计算方法．
　　关键词：连续梁桥；先简支后连续；T梁
　　
　　1简支转连续梁桥特点
　　随州至岳阳高速公路位于湖北省境内的京珠国道主干线和太原至澳门国家重点公路之间，是湖北省规划的“五纵三横一环”公路主骨架网中的
　　“一纵”。在随岳高速公路南段的设计中，绝大部分特大大桥上部构造采用先简支后连续的T梁，取得了良好的社会效益和经济效益。
　　先简支后连续的梁桥，先在场地进行梁桥的预制，再吊装至墩台上就位，此时为一般简支体系，然后通过现场浇注梁缝连接段混凝土，张拉负弯矩区域的预应力钢筋，使之成为结构的连续梁体系．与简支梁比，该结构减少了伸缩缝数量，有利于行车和改善外观质量及结构受力。
　　2设计基本资料
　　2．1主要技术标准
　　某桥设计荷载为公路一I级；桥面宽度为2×(0.5m+净-11.5m+0.75m)，桥梁总宽26m，双向四车道；桥面横坡为2%；设计行车速度为100km／h。
　　2．2主要材料
　　预制T梁、桥面现浇连续段及现浇桥面板均采用50号混凝土；桥面铺装采用沥青混凝土；预应力钢铰线采用ASTMA416—97a标准低松弛钢绞线，其标准强度Rby=1860MPa，公称直径15.24mm，公称面积140mm2，弹性模量E=1.95×10MPa。除特殊要求外，普通钢筋应满足下列要求：直径≥12mm者采用I级钢筋，标准强度340MPa；直径<12mm者采用I级钢筋，标准强度240MPa。预应力锚具：暂按OVM15系列锚具及其配套设备设计，施工时也可采用其它
　　厂家经检验合格的同类产品。预应力管道采用预埋金属波纹管成孔。
　　2．3桥型纵、横断面布置
　　图1为纵向布置简图，两边孔计算孔径为39.35m，中孔计算跨径为40m，边孔梁缝与预制梁端至边支座中心线之间的距离分别为0.65m和0.30m。
　　                           
　　                                                           图1纵向计算结构示意／cm
　　图2为半幅桥宽上部构造横断面布置，预制梁高采用220cm，现浇桥面板厚10cm。当斜交角度a≤20°时，在梁端、跨中及1/4跨处设置横隔梁，每孔共计5片；当斜交角度口>20°时，在梁端、1/4跨和距跨中1.5m处各设置横隔梁，每孔共计6片。
　　                         
　　                                                              图2上部构造横断面布置／cm
　　3内力计算
　　由于简支转连续梁桥在施工过程中存在体系转换，因此，必须依据施工过程来分析结构的受力，本桥的施工阶段划分见图3。施工的第一阶段是施工下部结构；第二阶段架设预制梁，形成简支梁，此阶段主梁承受预制梁自重及预加力所产生的内力。第三阶段浇筑墩顶连续段混凝土，待混凝土强度达到要求后，拆除临时支座，形成连续梁。连续梁桥在营运阶段承受的力有全部恒载、活载、温度、支座沉降及收缩、徐变产生的次内力等。简支转连续梁桥跨中正弯矩要比现浇一次落架大，而支点负弯矩要比现浇一次落架小。
　　                      
　　                                                               图3施工程序示意
　　a．恒载内力。由于边梁上设置了钢筋混凝土护栏，计算时认为护墙的恒重全部由边梁承受，预制梁自重由各片梁承受，其余二期恒载(沥青混凝
　　土铺装层等)则由各片梁均分。
　　b．活载内力。根据本桥的特点，活载内力计算考虑横向分布，采用刚接梁法计算。对于连续梁支点处荷载横向分布，采用杠杆法计算。横向分布系数沿纵桥向变化采用从支点至离支点L/4处的区段内呈直线形过渡，跨中部分横向分布系数不变。纵向设计中采用桥梁博士V2.95版程序计算活载引起的内力，并用钢筋混凝土及预应力混凝土综合计算程序校核。
　　c．温度及基础沉降次内力。桥梁设计中通常分温度沿梁高线性变化和非线性变化两大类，在静定结构中，线性变化的温度梯度只引起结构的位移而不产生温度次内力，而在连续梁结构中，它不但引起结构的位移，还产生结构温度次内力。非线性温度梯度时，即使是静定的简支梁桥中也要产生温度自应力。本例根据规范采用桥面板升温5℃来计算结构的温度次内力。
　　支座沉降次内力墩台基础沉降在赘余力方向产生的弹性内力，因混凝土徐变随时间的增加而逐渐松弛，其松弛程度一般正比于墩台基础沉降的速率。如基础沉降是瞬时完成的，由此产生的弹性内力经长时间后基本松弛，一般只剩原值的10～20左右，所以，在预应力混凝土连续梁中，支座沉降对连续梁后期内力影响不大．根据桥位处地质为软基的实际情况，本例以中墩支座沉降0.5cm进行计算．
　　d．内力组合。桥梁结构按极限状态法设计时，正常使用极限状态和承载能力极限状态。对于这两种极限状态，应按桥规中有关的规定进行内力
　　组合。根据本桥结构的受力特点，进行了3种内力组合：组合I为汽车+恒载；组合Ⅱ为汽车+恒载+支座沉降+温变判断组合；组合Ⅲ为挂车+恒载。设计中应根据各个施工阶段和营运阶段分别进行内力组合计算。
　　4连续T梁配筋
　　结构型式为先简支安装预制T梁，后通过现浇连续段形成连续结构，再现浇桥面，形成组合截面的多跨连续体系。为了防止墩顶连续处产生横向裂缝，负弯矩区段的桥面铺装除加防收缩钢筋网以外，还在连续段内布设预应力钢束。简支连续梁正弯矩区段及墩顶负弯矩区段按部分预应力混凝土A类构件设计，各施工阶段和使用阶段的应力应满足规范要求，并应满足承载能力极限状态强度要求。采用桥梁博士程序计算配筋，钢束布置为：边跨边梁、中梁跨中分别布置33，30根øj15.24钢绞线；中跨边梁、中梁跨中分别采用27，24根øj15.24钢绞线；现浇段负弯矩钢束：边梁均布25根øj15.24钢绞线；中梁均布21根øj15.24钢绞线。负弯矩预应力钢索由支点分别往前后延伸lOm和14m。
　　5变形计算与验算
　　5．1变形计算
　　预应力混凝土连续T梁的变形包括短期荷载和长期荷载作用下的挠度，其中，短期荷载作用下的挠度可采用规范规定的构件刚度用材料力学的方法计算；长期荷载作用下的挠度，可按该荷载下的初始弹性挠度乘以[1+φ(t，τ)]求得，φ(t，τ)为徐变系数。在张拉过程随时注意上拱度的变化，张拉时弹性上拱值与计算误差按±0.5cm控制(表1)，张拉后对锚具及时作临时防护处理。
　　表1连续粱跨度长及挠度值
　　                       
　　注：表中括号外值对应于钢柬张拉完成时，括号内值对应于存梁一个月时。
　　
　　5．2变形验算及预拱度设置
　　T梁的预制要提早进行，为了防止预制梁上拱过大、减轻桥梁建成后呈波浪形对车辆行驶的影响，要求存梁期按30d控制；为防止预制梁与现浇桥面混凝土由于龄期的不同而产生过大的收缩差，预制梁与现浇桥面混凝土时间差控制在60d之内。存梁期密切注意梁的累计上拱值，若超过规定值，应采取控制措施。根据计算，边板、中板在恒载与汽车荷载作用下的挠度fg+y，+f汽>L/1600，均需设置预拱度。同时为保证现浇桥面板和沥青铺装层厚度，各预制T梁的跨中设置在跨长范围内按二次抛物线变化的下预拱度(表2)，预制梁纵向顶面线型与底面线型一致，以保证后期桥面混凝土现浇层的厚度。
　                                               　表2下预拱度值cm
　　                   
　　6结语
　　采用先简支后连续梁的设计有以下优点。
　　a．改善了结构受力状况，采用连续设计比简支设计可减少预应力筋5%～15%。
　　b．预应力和初始上拱度相对较小，有利于桥面铺装施工。
　　c．先在现场预制，现场吊装，形成一般简支体系，然后通过现场浇注连续接头段，张拉负弯距区域的预应力钢筋，使之成为真正的连续梁体系，不但有利于施工，按传统习惯预制和安装预应力梁，减少了桥面伸缩缝，增强了结构的整体性和行车舒适性，改善了桥面养护维修。
　　d．先简支后连续T梁比简支T梁桥结构刚度大，梁高低，用料少，结构中的钢材和混凝土数量少，且施工简便，不要搭脚手架，施工质量容易控制，经济效益和社会效益均为可取。
　　e．由于主体结构采用预制构件，因此混凝土的收缩和徐变对梁的挠度和次内力影响不大。
　　对中小跨径预应力混凝土桥，先简支后连续无缝桥梁是一种经济合理的具有较强竞争力的好桥型。由于兼备了简支体系及连续体系的优点，已开始在国内高速公路建设中推广采用。
　　
　　参考文献
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　　[4]徐岳，王亚君，万振江．预应力混凝土连续梁桥设计[M]．北京：人民交通出版社，2000．