简支变连续桥梁设计浅究

梁式结构是一种古老的结构形式，梁式上部结构在桥梁结构形式中非常重要，目前桥梁建设水平不断提高，各种形式的桥梁逐渐出现，但是梁式桥仍然凭借其施工快捷、造价低廉并且适应性较强的特点得到了比较广泛的应用。简支梁桥梁和连续梁两种结构形式的桥梁是预应力混凝土桥梁发展几十年中最早被应用在桥梁中的结构体系。简支梁桥的构造简单，能够适应较大的地基沉降量，但是这种结构的桥面上存在伸缩缝，影响行车舒适性[1]。于是，各种行驶的连续简支梁桥逐渐出现，有着比较连续的桥面，但是这种桥梁的施工进度难以控制，即便目前出现了悬臂施工方法，施工进度控制效果仍然不理想。简支桥梁构造简单受力明确，构件能够批量预制，桥梁技术人员希望能够使用建造简支梁桥的方法建造连续梁桥，于是出现了先简支后连续结构体系的结构形式。采用几孔一联的形式，施加后连续预应力，实现结构本身的连续，支座位置处于施加额外压应力，抵消活载作用施加给支座上方桥面板的连续拉应力。

一、承载力计算

（一）简支变连续梁受力性能

简支变连续梁是两跨及以上预应力现浇混凝土施工形成的连续结构。简支变连续梁在第一阶段加载时处于简支状态，支座承受的弯矩为0，相比于一次浇筑连续梁，制作弯矩存在明显的滞后现象，滞后于受拉钢筋[2]。但是简支变连续梁受到跨中截面内力重分布和结构内力重分布的影响，负弯矩滞后会略微减弱，导致制作受拉钢筋的应力增量大于一次浇筑连续梁，当跨中钢筋屈服前或者同时，支座位置受拉钢筋也会发生屈服，因此简支变连续梁的承载力并不低于一次浇筑连续梁。

（二）简支变连续梁次内力和内力重分布

预应力混凝土在内外因素影响下结构会产生约束反力，产生了结构的附加内力，这些内力被统一成为结构次内力。简支变连续桥梁在体系转换过程中发生的内力变化也非常复杂。混凝土龄期早期，内力收缩和徐变量很大，此时结构属于静定体系，主梁预应力束张拉预加力也没有内力重分布。但是张拉墩顶负弯矩预应力钢束之后张拉力会影响结构，形成连续体系之后，后期恒载会产生较小的徐变次应力[3]。这种结果使简支变连续梁桥有着更好的受力性能。

（三）主梁内力计算

预应力混凝土简支变施工中存在着结构体系的转换。计算中需要考虑所有的弯矩包络圈。简支结构时按简支梁结构计算，形成连续结构之后要按照连续结构进行内力计算。预应力主要有三部分，第一部分是施加在构件界面上的预应力，为初内力，第二部分是超静定结构上张拉预应力筋导致的内力重分布，是次内力，第三部分是体系结构转换产生了内应力重分布，同样被称为次应力[4]。使用有限元算法能够计算出三种内力。产生总预矩等于初矩+次矩，公式如下：

M=M0+M1

式中M0是初矩，M1为次矩。

布置预应力束需要按照超静定预应力筋的现形位置原则进行，要求调整力筋合力线位置但是不能改变混凝土压力线位置，应用和合力筋概念布置吻合的预应力筋能够获得最佳的预应力设计方案效果。

（四）温度应力计算

跨径增加，温度应力也随之增大，需要对其足够重视，温度变化引起的界面应变计算可按照如下公式进行：

使用有限元法求解温度变化导致的内应力需要把单元两端固定。 二、简支变连续桥梁设计 （一）汽车载荷设定

汽车载荷是作用在桥梁上最主要的动载荷。汽车载荷主要有车道载荷和车辆载荷两种形式，车道荷载有均布载荷和集中荷载两部分。车道荷载均布荷载标准值为10.5kn/m2.集中荷载标准值会随着计算跨径的变化而变化，跨径在5m以下，集中载荷标准值为180kn。

（二）材料选择

预制梁箱横梁选用C50混凝土，现浇接头和湿接缝选用C50混凝土，水泥混凝土铺装层选用C40混凝土。

低松弛高强预应力钢绞线单根直径选择15.24mm，钢绞线面积A=140mm。钢筋直径大于12mm需要使用热轧螺纹钢，小于12mm者使用R235。

预制箱梁锚具选用OVM锚具及配套设备，管道成孔使用钢波纹管和钢波纹扁管。钢波纹扁管钢带厚度至少要达到0.35mm。

（三）结构形式选择

结构形式主要有板式截面、肋梁式和箱式等。箱梁结构有着T梁和板梁两种结构的优点，有着理想的抗扭性能，并且外形美观，并且有着良好的整体性能和经济效益。预制箱梁能够简支也能够连续，正桥和曲线桥以及斜桥都可以应用这种结构形式，所以箱梁将成为以后公路桥梁的主要形式，本工程考虑到箱型结构的上述优势，也选择预制小箱型结构。

（四）截面尺寸选择

为了方便施工，设置预制梁形梁高度为1.6m。预制顶板宽2.3m，底板宽1.2m。预制主梁采用湿接缝，尺寸为0.53m。腹板斜度为1：4。箱梁顶板等厚度为18cm，能够满足顶板负弯矩钢束、普通钢筋布置和轮载局部作用对顶板厚度的要求。底板厚度同样为18cm，提供足够的厚度提供受压面积。但是底板厚度不是均匀的，在距离边支点2m、中支点2.2m位置开始增加厚度，逐渐加厚至25cm。这种底板形式同时提供了足够的空间和承载强度。腹板在支点附近区域加宽，其余均为18cm，加宽形式和底板类似。

结束语

本文讨论了施工阶段，结构体系转换前后的内力重分布，对简支变连续桥梁的设计进行了分析，进行了结构尺寸设计、结构形式选择和材料选择等工作，理论计算和实际检测值之间存在着一定的误差，是由于平面模型和实际空间结构之间存在的差异造成的，属于正常范围内，证明此次设计方案是可行的。

参考文献

[1]曾宪武，王永珩.桥梁建设的回顾和展望[J].中国公路学会桥梁和结构工程学会，2011.