先简支后连续梁的结构特性与施工工艺研究

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　　 摘要: 本文首先概述了先简支后连续梁的发展历程和优点,然后分析了先简支后连续梁的结构特性,最后研究了施工工艺。
　　关键词: 先简支后连续梁 结构特性 施工工艺
　　
　　一、先简支后连续梁概述
　　1、先简支后连续梁的发展历程
　　我国上世纪修建的多孔中等跨径(20~40rn)桥梁多采用简支梁结构,但桥面上较多的伸缩缝构造使得行车的平顺性和舒适性较差,伸缩缝位置也易于破坏,且简支梁的力学性能较差,在跨径超过40m后造价会急剧增加;也有不少桥梁采用连续梁结构,这种桥型能保证良好的平顺性能,且具有良好的力学性能,但因其施工工艺复杂、设备(材料)投入大,在中等跨径桥梁的建造上中不占优势。“先简支后连续梁”的出现解决了这个难题,它综合了前两者的优势,性能成本比优异,因而大受欢迎,在中等跨径桥梁中得到日益广泛的应用。相对于简支梁的施工,先简支后连续梁增加了连续段施工和体系转换这两道工序,这是将简支梁变成连续梁的关键,也是施工的重点和质量控制的难点。由于先简支后连续梁的结构体系较为复杂,国内外众多的研究者从上世纪六十年代开始各个方面对其结构特性和施工工艺进行了深入地研究,到目前为止对其构造设计和施工流程基本形成了一致意见,这类桥型在国内外的工程应用也越来越多,其相对简单的施工程序和优越的使用性能也得到了广泛的认可。
　　2、先简支后连续梁的优点
　　优点主要表现在以下三个方面:(1)拥有连续梁优良的力学性能和桥面线形,先简支后连续梁的主梁是按照施工时先期恒载简支、运营时总荷载连续来进行受力计算的,较简支梁减少了构件高度,因此在修建城市立交桥时更具优势;先简支后连续梁的伸缩缝数量少、变形小,有利于提高车速,使行车更加舒适。(2)与现浇或悬浇的连续梁相比,先简支后连续梁在结构连续施工时,主梁混凝土的龄期较长(一般超过两个月),因而减少了混凝土收缩、徐变对连续结构体系的不利影响,同时主梁纵向预应力筋对结构不产生次力矩,使结构设计更为简便。(3)与现浇或悬浇的连续梁相比,先简支后连续梁对基础沉降的要求较低,由于主梁(先期恒载占总荷载的比重较大)安装就位时按简支梁受力,基础的沉降变形对结构的不产生影响,而在结构连续后施加的后期恒载(桥面铺装、栏杆、安全带等)和活载所占比重较小,引发的基础沉降变形也较小,因此相对较适合在软土上建造。
　　二、先简支后连续梁的结构特性分析
　　1、结构型式
　　先简支后连续梁,因其应用条件的不同而形成了丰富的结构型式,(1)按材料分:有钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构及混合结构(即预应力混凝土预制构、钢筋混凝土连续构造);(2)按预制构件施加预应力的方式分:有先张法预应力混凝土结构、后张法预应力混凝土结构、及复合式预应力混凝土结构(即预制构件先用先张法施加一部分预应力,在构件中预留孔道,当安装就位后,再用后张法继续施加预应力);(3)按预制构件上部构造断面型式分:空心板、I形梁或T形梁、箱形梁、U形组合梁等。
　　2、主要构造
　　其主要构造主要包括:(1)预制构件:先简支后连续梁桥的预制构件与装配式简支梁桥相似,但在后现浇连续段的端头部位则有不同,要预埋纵向连续钢筋和横向连接钢筋以及梁底临时支座处预埋钢板,当后浇连续段采用预应力筋时,还要预埋后期张拉的预应力束道及齿板构造;(2)连续段:作为两跨预制构件的连续段,要求在纵、横、竖三个方向与主梁可靠地结合,在形成连续结构后,与预制端横隔板一起组成上部构造的刚性端横隔梁,现浇连续段的纵向钢筋可考虑采用普通钢筋或预应力筋,采用普通钢筋具有操作简便而且不影响主梁己有的正弯矩预应力筋效果的优点,而采用预应力筋则抗裂性较好;(3)现浇桥面板:是预制构件的整体化结构,它加强了装配式T形梁、I形梁、空心板梁或分体式小箱梁的横向联系和抗扭刚度,加强了预制横隔板的功能,且可用以布置顶板负弯矩区受力钢筋或预应力筋;(4)桥面铺装、防撞护栏及其它桥梁附属构造如支座、伸缩缝及防、排水构造,先简支后连续梁均与其它型式的桥梁类似。
　　3、受力与变形特性
　　先简支后连续梁从施工到营运主要可分为两个阶段:预制梁板的安装架设(简支阶段);连续段的混凝土浇筑、负弯矩预应力筋的张拉、临时支座的拆除、使跨简支梁联成完整的连续结构(连续阶段)。在简支阶段,构件承受的是本身自重和前期预加力以及施工荷载等前期荷载;形成连续梁之后,构件还要承受后期恒载、车辆荷载、后期预加力,以及使用阶段的其它可变荷载等后期荷载。因此,先简支后连续梁的受力与简支梁或者完全的连续梁有较大的差别:先简支后连续梁的跨中弯矩较简支梁小,支点处的负弯矩也较完全连续梁小。其结构变形也与后两者不同:简支阶段受荷产生的变形在连续段混凝土浇筑之后即被约束,这样前期荷载与后期荷载分别在两个不同的结构体系下产生变形,且变形互不干扰,因此后期预应力筋张拉后,结构的线形将更趋平顺,使桥梁保持良好的线性。
　　三、先简支后连续梁的施工工艺研究
　　本节结合浙江省缙云县35省道壶镇大桥的施工实践进行研究,该桥为5跨30米先简支后连续小箱梁的结构型式。
　　1、梁板预制施工
　　首先要进行预制场建设和模板设计,然后进行梁板预制施工,T梁预制施工要注意以下几个工艺:(1)在台座上将钢筋绑扎焊接成钢筋骨架;波纹管道按坐标位置定位固定;注意支座、护栏、伸缩缝等部位预埋筋(件)的施工;(2)模板依次拼接,螺栓先不拧紧,待全部拼完成、调整好平整度后,再拧紧拉杆和模板螺栓,模板间必须垫有泡沫止水带,做到不漏浆;(3)埋设预埋件,安设锚垫板后,先安装端模,再安涂有脱模剂的侧钢模,要统一紧固螺栓和支撑,以保持其牢固、稳定;安装时要特别注意翼板横坡的调整,因为左右幅的横坡方向相反;在安装完后要检查模板的顺直度和垂直度;(4)主梁混凝土应采用较小水灰比,并严格控制水泥用量以减小混凝土的收缩和徐变;为改善混凝土的和易性,可适当掺入高效减水剂;由于梁肋特别是锚下部位的管道和钢筋较密,因此混凝土粗骨料的最大粒径不宜超过25mm,但混凝土强度不应降低。
　　2、梁板安装施工
　　为了使预制主梁与现浇整体化混凝土间不产生过大的收缩差,同时减少混凝土徐变引起的上拱值,要求预制主梁的存梁期不得超过90天,且同一跨预制梁的施工龄期相差不得过大,以免挠度相差较大。安装前由测量人员测放出每片T梁正对在墩台上的梁轴线,在伸缩缝所在桥台的垫石上安放永久性支座,在结构连续处桥墩的垫石两侧安装临时支座,T梁由架桥机起吊,平稳安放就位,安装偏差不超过0.5cm,T梁就位后为简支受力状态,及时采取横向连接以及支撑等措施以确保各单片主梁的稳定。安装顺序为:先中梁后对称边梁架设,用起吊小车直接就位,每片梁就位后,立即进行横向联系固定。架桥机前移:每架设完一跨后,在尾部配重,架桥机向前移一跨,在前支腿落下、并支稳固定后,方可进行下一跨安装作业。
　　3、结构连续施工
　　某桥六跨一联,墩顶负弯矩段为预应力结构,其施工工艺如下:(1)相邻两跨T梁安装完毕且湿接缝浇注完成后,即可进行结构连续施工;(2)在支座垫石顶面安放永久性支座,并在支座周边安装底模,模板顶面较支座顶面高出1cm,留出梁底钢板的位置;(3)T梁端面要预先凿毛,将连续段部分的钢筋绑扎安装完毕,并与T梁预留出的钢筋焊接牢固,以端横隔板为侧模浇筑连续段混凝土;(4)在预制T梁时,在翼板位置预埋扁波纹管成孔,并伸出端面;在连续段钢筋绑扎时,再用波纹管将其接通。接头采用大一个直径级别的波纹管做套管,长度为管径的5~7倍,接头处用胶带缠裹紧密以防止水泥浆渗入;管道位置用钢筋进行固定;(5)连续段混凝土强度等级与主梁相同,采用同一配合比施工。混凝土分层浇筑,用振捣棒振捣密实,为防止温差产生的拉应力造成连续段混凝土开裂,宜在日气温最低时浇筑。
　　4、体系转换施工
　　负弯矩预应力筋全部张拉完成、压浆、封锚后,即可落梁,进行体系转换,这时先简支后连续梁施工的关键工序,体系转换的核心是要保证梁体均匀、同步下降,支座共同受力,临时支座要有足够的强度,能比较精确地计算沉降、压缩值,以便控制梁板安装的底面标高;同时便于拆卸。一般用于临时支座的有砂筒、砂袋、硷块、木块、硫磺砂浆等,砂筒支座的优点是:抗压强度较高、沉降量少,高度易于调节;便于拆除;利于周转,成本较低。硫磺砂浆支座的优点是:抗压强度高,高度易于调节;能做到多个支座同时拆除;拆除效率高,缺点是成本偏高。硫磺砂浆的经验配合比为中(粗)砂:石英砂:硫磺=5:115:315,在砂浆中间有铜管,里面有电阻丝。当电阻丝通电时,电阻丝发热,铜管温度升高,当温度达到一定程度,硫磺熔化,将所有临时支座上的硫磺块同时通电,这样很好的保证了体系转换的同时性,同时也减少了工人的劳动强度,提高了工作效率。
　　
　　参考文献:
　　[1]阳治群,先简支后连续梁临时支座拆除顺序探讨,《公路交通科技》,2009年第9期
　　[2]闫林栋,预应力混凝土先简支后连续梁静、动力试验研究,《公路交通科技》,2005年第8期

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