对先简支后结构连续桥梁结构设计的探讨
关键词:先简支后结构连续；桥梁结构设计
1、先简支后结构连续桥梁结构的优越性
简支梁桥属于静定结构,它具有构造简单、受力明确、施工方便、维修养护容易、地基不均匀沉降不产生附加内力等特点。连续梁桥由于具有变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适、抗震能力强等许多优点,正逐渐成为高速公路桥梁建设中常用的方案。但由于现浇预应力混凝土连续梁桥相对简支梁桥而言施工复杂繁琐、费工费时,人们一直希望将简支梁桥构造简单、施工方便、维修养护容易等特点与连续梁桥变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适等优越性有机的结合起来,取长补短以期发挥更大的社会效应和经济效应。
2、先简支后结构连续桥梁结构设计
2.1设计桥梁基本资料
1)桥梁线性布置。a.平曲线半径:无平曲线。b.竖曲线半径:无竖曲线,纵坡为2%。
2)技术标准。a.设计荷载:公路—Ⅱ级。b.桥面净宽:净(11.25+2×0.5)m。c.通行要求:无。
3)主要材料。混凝土;预应力钢绞线;普通钢筋;预应力锚具;预应力管道;支座;伸缩缝;焊条。
4)桥面铺装。9cm厚的沥青混凝土面层,8cm厚的C50混凝土现浇铺装层。
5)施工方法。简支转连续施工法。
2.2桥型及纵横断面布置
2.2.1桥型布置及孔径划分
该桥为某二级公路的大桥,为缩短工期,提高行车舒适性,综合分析各类桥型后最终采用预应力混凝土连续梁桥,跨径为3×30m,施工方法为简支转连续。
考虑伸缩缝的设置,实际跨径长为89.84m,即在桥的两头各设8cm的伸缩缝,桥跨结构的计算简图如图1所示,图1中,计算跨径为29.68m,连续梁两端至支座中心线之间的距离为40cm。
2.2.2截面形式及截面尺寸拟定
1)截面形式及梁高。采用等高度T形截面,梁高2.00m,高跨比H/L=1/15。
2)横截面尺寸。桥面全宽为12.25m。由于采用简支转连续的施工方法,主梁先预制再运输,吊装就位,因此横截面布置时应考虑到施工中的吊运能力,将桥做成五片T梁的组合截面。其中,预制中梁顶板宽190cm,腹板宽16cm,下马蹄宽40cm;预制边梁顶板宽195cm,腹板宽16cm,下马蹄宽40cm;预制主梁间采用60cm的湿接缝,从而减少主梁的吊装质量。T梁翼缘板的厚度主要取决于桥面板承受车轮局部荷载的要求,同时还应考虑能否满足主梁受弯时上翼板抗压强度的要求,为满足顶板负弯矩钢束,普通钢筋的布置及轮载的局部作用,T梁顶板取等厚度20cm。同时为防止应力集中和便于脱模,在腹板与顶板交界处设置47cm×6cm的承脱。按照以上拟定的外形尺寸,就可绘出预制主梁横断面构造图,见图2。
3)横隔梁设置。主梁在荷载作用位置的弯矩横向分布,在当该位置有横隔梁时比较均匀,否则主梁弯矩较大。为减小对主梁设计起控制作用的跨中弯矩,在跨中位置设置一道中横隔梁;当跨度较大时,还应在其他位置设置较多的横隔梁。本设计在桥跨中点、支点处等位置设置横隔梁,其间距为4.8m。端横隔梁的高度与主梁高度同高,厚度为上部22cm,下部20cm;中横隔梁高度为162cm,厚度为上部16cm,下部14cm。
2.3毛截面几何特性计算
毛截面几何特性是计算结构内力,配束及变形计算的前提,截面几何特性列表计算见表1。
2.4主梁内力计算
1)单元划分。本设计采用桥梁专用软件GQJS进行结构计算分析。全桥单元划分时,应综合考虑结构在施工过程及正常使用阶段控制设计的截面位置,使控制截面位于单元节点处。本设计为简支转连续梁桥,结合施工,使用结构的受力特性及预应力筋束布置,将全桥划分为99个单元,100个节点。
2)恒载内力计算。第一施工阶段为预制主梁,待混凝土达到设计强度100%后张拉正弯矩区预应力钢束,并压注水泥浆,再将各跨预制T梁安装就位,形成由临时支座支承的简支状态;第二施工阶段是先浇筑第(1),(2)跨及第(2),(3)跨连续段接头混凝土,达到设计强度后,再张拉负弯矩区预应力钢束并压注水泥浆,此阶段形成了五跨连续梁(三大跨两小跨);第三施工阶段拆除全桥的临时支座,主梁支承在永久支座上,完成体系转换,再完成主梁横向接缝,最终形成三跨连续梁;第四施工阶段进行防撞栏杆及桥面铺装施工。由施工过程可知结构恒载是分阶段形成的,主要包括:预制T梁一期恒载集度(g1),成桥后T梁一期恒载集度(g1)、二期恒载集度(g2)(见图3)。
针对本设计横断面的具体构造特点及GQJS程序计算分析的特点,将空间桥跨结构简化为平面结构进行计算,即只对由单片T梁构成的四跨简支转连续梁桥进行结构分析,在活载计算时将采用荷载横向分布这一实用计算方法,恒载空间效应按每片梁均分考虑(也可将其中的护栏按横向分布考虑)。
由施工过程可知,g1适用于主梁第一、二施工阶段恒载内力计算,g2适用于主梁第三施工阶段恒载内力计算,g1+g2适用于第四施工阶段恒载内力计算。则根据单元划分及相应的恒载集度,采用GQJS进行恒载内力计算。
3、结论
总之，与简支梁相比,先简支后连续桥梁去掉了桥墩上的伸缩缝,增强了结构的整体性和行车舒适性,而且桥墩上由两排支座减少为一排,结构中的钢材和混凝土数量少;与整体现浇相比,先简支后结构连续桥梁施工方便,不需要搭设脚手架,施工质量容易控制,而且钢材和混凝土数量也少。因此,对中小跨径预应力混凝土桥而言,先简支后连续桥梁是一种经济合理具有较强竞争力的好桥型。
