简支转连续梁桥的几个关键问题研究

简支转连续梁桥的几个关键问题研究

摘要：简支转连续梁桥兼顾了简支梁桥和连续梁桥的优点，其数量在我国混凝土梁桥中占相当大的比重。然而，由于一系列关键问题研究的相对滞后，人们对简支转连续梁桥的认识还远不如对简支梁桥和现浇连续梁桥明确。本文分析了气现状及应注意的问题。

关键词：简支转连续梁桥；关键；问题 引言

简支转连续梁桥施工过程中存在体系转换,采用不同的施工工序势必会造成结构内力状态的不同。先简支后连续梁桥施工工序是将预制简支梁安装在临时支座上,在相邻两简支梁之间浇筑湿接缝混凝土。待混凝土达到设计强度要求后,张拉内支座区域上缘设置的预应力钢筋,拆除临时支座,使梁支承在永久支座上,经支座转换形成连续梁体系。先简支后连续梁桥体系形成的关键是结构从简支状态转换为连续状态,包括混凝土现浇段施工、预应力张拉和临时支座的拆除。

一、简支转连续梁桥发展现状

随着预应力技术的普及，简支转连续梁桥得已出现和发展。简支转连续梁桥是从简支梁桥中逐步过渡并转化过来的一种具有自身体系特点的结构形式，受力性能介于简支梁桥与完全的连续梁桥（整体现浇连续梁桥）之间，内力分布更加均匀，结构受力更加明确合理。与简支体系梁桥相比较，由于刚度的提高，结构变形较小且行车平顺，能很好的适应高速行车的需求，且墩顶支座数量可由两排减少为一排；与完全的现浇连续梁相比较，受混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降等影响较小，由此产生的次内力也较小。而且恒载和可变荷载在简支转连续梁桥内支座处产生的负弯矩也比完全的现浇连续梁要小，并且施工期间对桥下交通影响较小。其主梁的预制装配式施工方法可大幅度提高桥梁的建设速度，使得该类桥梁在工程界备受青睐。

早期出现简支转连续结构具有“一期恒载简支体系受力、二期恒载及活载连续体系受力、支点不转换”的结构特点。结构体系本质是采用普通钢筋混凝土后连续接头方案。虽然这样做既能减少桥面伸缩缝的使用，也在一定程度上减少了连接部位的开裂现象。但未能从根本上解决墩顶截面位置负弯矩导致的开裂现象。对结构耐久性仍构成一定的威胁。目前工程设计中仅简支转连续板桥仍在使用该种后连续技术。

在接头处施加预应力，在墩顶截面容易开裂的地方储存一定的压应力，才能从根本上消除开裂隐患和满足高速行车功能要求。这就是目前简支转连续梁桥中主流的后连续方法。

二、应加大对动力工作性能重视

在简支梁桥与简支转连续梁桥的桥型方案设计比选时，简支梁桥具有工期短、造价偏低的优势，但同时也存在伸缩缝处的行车颠簸以及桥面连续处的耐久性差的缺憾。而在许多人看来，简支转连续梁桥的优势恰好在于解决了简支梁桥在纵向连接构造上的耐久性问题，但却存在施工工期长、造价偏高的缺点。针对两种桥型的比较很少考虑两种结构在车辆荷载作用下的动力工作性能的优劣。公路桥梁的真实工作状态就是车辆与桥梁处于相互激发的耦合振动状态。因此，简支梁桥及简支转连续梁桥使用性能与耐久性能除依赖于其静力效应外，更依赖于结构在移动车辆荷载作用下的动力效应。一座桥梁如果不具备良好的动力工作性能，将会发生较为严重的振动破坏现象，动力工作性能往往决定了桥梁的安全及耐久。简支转连续梁桥承受行车荷载时已属于连续体系结构，从定性角度来说，它的动力工作性能一定会优于同等跨径的简支梁桥，但最终结论应以具体量化对比数据为依据。同时，结构动力性能的评价需要基于一系列评价指标，而我国桥梁设计规范还未建立较为全面的动力特性评价体系。

三、应完善结构计算方法

由于于简支转连续梁桥产生相对较晚，加之存在较为复杂的体系转换过程，目前对简支转连续梁桥的认识还不如对简支梁桥与完全的现浇连续梁桥明确。桥梁设计及施工方面的计算，基本在参照简支梁和连续梁的相关规范条例进行，并且有限元方法几乎成为唯一的计算手段，计算结果的正确性也仅依赖于设计师的软件建模经验以及几种有限元计算软件之间的相互校核，缺乏方便工程设计及施工中使用的针对体系特点的力学计算方法。另一方面，为了使桥梁结构在成桥状态时达到设计要求的线型指标，在设计及施工过程中均应对各施工阶段结构的线形及标高做出正确的计算和判断。工程实践表明，简支转连续梁桥普遍存在反拱过大或者反拱值不一致的现象，图纸中的反拱计算值与现场实测值经常出现较大的冲突，承包商对反拱的现象普遍缺乏统一的认识，更没有良好的控制手段，反拱值差异较大，安装后梁体底面高程上参差不齐，严重影响桥梁外观质量及横向连接精度，跨中与支点处的高程差将导致桥面铺装厚度不均，改变了桥梁设计标高和设计荷载效应，梁端倾斜度超过标准将影响主梁的安装精度，后期徐变效应将加剧桥面波浪起伏，严重影响桥梁的行车性能及外观质量，并使得主梁跨中截面上缘及桥面开裂现象较为突出，严重影响了桥梁的耐久性。简支转连续梁桥的挠度主要受以下几个原因影响：首先，绝大多数简支转连续梁桥为中等跨径桥梁，汽车荷载内力占总荷载内力的比例约为30%-50%。为了提供足够的承载能力必须施加较大的预应力，即使用较多的预应力钢筋。当车辆荷载较小时或车辆荷载驶出后，结构下缘将处于高压应力状态，结构的反拱度较大，混凝土的徐变影响也较严重，并且徐变还将进一步加剧结构的反拱变形。其次，简支转连续梁桥在恒载内力上不对称以及边跨与中跨、边梁与中梁的不同配筋方案，导致挠度计算及控制更为复杂。最后，也是最为关键的因素是，简支转连续梁桥在不同的施工阶段有着完全不同的施工内容、施工周期及不同的结构体系。简支梁阶段、体系转换阶段（负弯矩张拉、临时支座拆除、桥面铺装施工）以及使用阶段结构的变形规律及计算方法均不一致，这使得该体系桥梁施工挠度控制更趋复杂。

四、应全面研究结构内力重分布规律

简支转连续梁桥需要经历一系列的体系转换过程，具体工艺过程是在各个桥墩墩顶位置浇筑接头混凝土、张拉负弯矩预应力束并拆除临时支座。由于体系转换是由简支体系转换为连续体系，这使得简支转连续梁桥有着不同于其它体系转换工艺的受力特点。结构体系转换前（简支阶段）处于静定结构，当结构变成部分连续体系或全部连续体系后，作用在结构上的徐变、局部温度变化以及预应力张拉等作用将产生次内力效应。首先，混凝土徐变效应一直以来是困扰工程界的难题之一。混凝土梁桥的耐久性及使用寿命很大程度受其影响，许多桥梁均因后期徐变变形过大而无法正常使用。国内外许多规范都对混凝土徐变效应都提出了相应的计算公式，各种规范公式在使用计算模型时都有不同的选择，这将意味着使用不同规范计算，将得到不同的计算结果。客观的讲，每一种规范公式均有其特点，也有其不完善之处，对比分析或可能够更加深入了解工程实践中发生的问题所在，也会对本文所研究的简支转连续梁桥的徐变效应进行较为准确的分析。其次，影响主梁温度分布的因素诸多，例如桥梁结构纵向所处的方位角、桥位处太阳辐射强度、大气寒流程度及作用时间、地理纬度和地形地貌等。将这些影响因素逐项计算需要相当大的工作，因此各国桥梁规范中对混凝土桥梁温度梯度及温度基数的描述基本上都是通过根据该国家部分地区温度场实测结果拟合出来的线性或非线性温度梯度变化。

简支转连续梁桥预应力效应可分为两个部分，一是正弯矩效应，二是负弯矩效应。简支转连续梁桥的正弯矩预应力束张拉时，结构处于静定状态，主梁仅产生变形不产生次内力。而在张拉墩顶段负弯矩预应力束时，由于内支座处的支座反力的改变，张拉力对截面应力产生重分布，并且受收缩徐变影响，该内力分布也将随时间历程而变化，并且预应力束布置长度、张拉力的大小以及一系

结束语

总体而言，上述这些问题的存在均会对简支转连续梁桥的使用性能及耐久性能产生影响，解决这些关键问题与技术环节，无疑会推动该类桥梁结构的进一步发展。

参考文献

[1]彭友松.混凝土桥梁结构日照温度效应理论及应用研究[D]：[博士学位论文].成都：西南交通大学，2007：23-65.

[2]包碧玉.先简支后连续结构体系的若干问题研究[D]：[硕士学位论文].北京：北京交通大学，2006：56-89.