先简支后连续桥梁结构与施工

丁勇文

摘要:先简支后连续梁桥结构刚度大,钢材和混凝土用量相对较少;施工简便且增强了结构的整体性和行车舒适性,并改善外观质量。先简支后连续的结构应用范围较广,文章对先简支后连续梁桥现状、结构型式、存在的问题进行了阐述,并结合工程案例对施工技术进行了分析。

关键词:先简支后;连续梁桥;施工技术;先张法预应力;后张法预应力;混凝土结构

中图分类号:U446文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)24-0168-02

一、先简支后连续梁桥现状

简支梁桥是梁式桥中应用最早,最广泛的一种桥型,由于它构造简单、施工方便、能适应地基较大的沉降,因而在中小型跨径梁桥中得以普遍应用。一般认为简支梁桥面连续的内容应该包括以下两方面,其一是人们常说的梁上现浇混凝土板连续,此时的桥面连续板内设有预应力配筋甚至普通钢筋;其二是指组合梁的桥面板连续,它是指混凝土板作为梁结构本身的一部分后浇或者预制,多采用预应力使之连续,尽管这已经属于桥梁结构本连续的范畴,但是沿用“桥面板连续”这一说法,我们将其归入了简支梁桥面连续的体系之中,但其受力性能与常规的简支梁桥面连续结构体系不同,而应该归于结构连续的范畴(即连续梁结构体系)。

通常来说,桥面连续部位近似于一种不完全铰的作用,即为刚接的桥面连续板。这种刚接板形式不但用钢量较多,而由于接缝处的混凝土板承受较大的拉应力,因而很容易发生接缝处混凝土板的开裂,其后果是导致雨水的渗透随后即会引起钢筋的锈蚀。主梁简支、桥面连续的结构体系虽然在相当的时间内迅速普及,但无论从理论根据上还是构造实践上均不尽完美,破损情况依旧发生。尽管国内外众多的学者也在不断地对桥面连续的工艺不断改进,但都不能从该根本上解决问题。这就要求寻求更加有效的方法。由此出现了“恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁”设想,即完全按简支梁施工,安放有两个支座,然后在桥墩顶处浇混凝土接头,待浇筑的混凝土达到强度后,结构体系就转化为连续梁体系,其受力特点显然要比简支梁优越。

二、先简支后连续梁桥结构型式

(一)先简支后连续桥的结构型式

先简支后连续桥梁,因其应用条件的不同,从而形成丰富的结构型式。

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件,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形式分:普通空心板、大孔空心板,工形梁或T形梁、箱形梁等。

(二)先简支后连续梁桥的优点

与其它体系的桥梁相比,先简支后连续结构体系具有以下显著的特点:

1.先简支后连续双排支座梁桥,由于采用双排永久支座,施工方便,连续处开裂后修补容易,湿接缝处剪力小等优点;避免采用大量的脚手架,可保护环境,节省费用。

2.先简支后连续单排支座桥,优点是结构受力明确,支座不托空;由于在下部结构施工的同时便可进行上部构件的预制,因而节省了施工时间,加快了施工速度,有利于提高经济效益。

3.先简支后连续全预应力梁桥,此结构优点是抗裂性能好,刚度大;整片梁的吊装就位仅需要吊装设备,简支梁的预应力筋张拉可在工厂进行,而负弯矩的布置或张拉可在梁上或挂篮上进行,因而减少了施工设备,又可避免造成地面障碍。

4.由于采用预制构件,因而可以在预制场内批量生产,这样则便于统一生产管理并严格控制预制构件的尺寸。采用标准构件时更有利于技术操作、提高预制速度、节省模板费用。

(三)先简支后连续梁桥存在的问题

先简支后连续梁桥体系,在长期的工程实践中人们注意到:

1.先简支后连续梁桥在施工过程中,在整体桥面板浇注后往往出现沿预制T梁翼板接缝的混凝土纵向裂纹。

2.梁端部接缝设置较多的预应力钢筋,当没有汽车荷载作用时,结构仍然处于高压应力状态,结构的反拱度较大,混凝土的徐变影响也较严重,而且徐变变形还将加剧结构的反拱。

3.桥梁在运营阶段长期受到反复活载作用,由于活载所占比例较大,带有湿接缝的先简支后连续梁结构中最薄弱部位往往存在于湿接缝断面。尽管在湿接缝处采取加设预应力钢筋、后浇高强微膨胀混凝土,但工程实践显示:重复加载能明显降低梁体刚度,并使梁体混凝土、普通钢筋和预应力钢筋的应变增大。

4.重复荷载降低了湿接缝的抗裂强度,常常出现沿纵向接缝的裂纹和墩头接缝处的反拱。

三、工程实例分析

(一)工程概况

某公路桥梁工程为设计跨径40m,桥梁纵坡达到2.5%,且墩高在15m以上,每联跨数一般为4跨,设计认为为了减少支座维护、更换等工作,墩梁刚度比适合墩梁固接时,可采用先简支后刚构连续T形梁桥,墩顶连续和墩梁固接应采用预应力构造。预制T梁存放时间为2个月,墩顶湿接头浇筑及体系转换实施时间为1个月,二期恒载施加时间为1个月,二次预应力张拉时间需要在T梁翼板间现浇带或空心板企口混凝土浇筑前进行。

(二)施工过程

1.预制主梁,并注意支座预埋件、桥面铺装连接钢筋、护栏钢筋等的预埋,待混凝土达到规定设计强度的90%后,张拉正弯矩区预应力钢束,压注水泥浆并及时清理箱底板通气孔。

2.桥梁基础、墩台身和盖梁施工完毕后,设置临时支座并安装好永久支座(联端无需设置临时支座),逐孔安装主梁,置于临时支座上成为简支状态,及时连接桥面板钢筋及端梁钢筋。

3.连接连续接头段钢筋,绑扎横梁钢筋,设置接头板束波纹管并穿束。在日温最低时,浇筑连续接头、中横梁及其两侧与顶板负弯矩束同长度范围内的桥面板,达到设计强度以后,张拉顶板弯矩预应力钢束(先张拉短束,后张拉长束),并压注水泥浆。

4.接头施工完成后,浇筑剩余部分桥面板湿接缝混凝土,剩余部分桥面板湿接缝混凝土,应由跨中向支点浇筑,浇筑完成后,拆除临时支座,完成体系转换。解除临时支座时,应特别注意严防高温影响橡胶支座质量。

5.连接顶板钢束张拉预留槽口处钢筋后,现浇铺装混凝土、喷洒防水层、护栏施工、进行桥面铺装施工及伸缩缝安装。

四、结语

虽然该简支梁桥的形式可以加快连续梁桥的建设速度,省去繁琐的支模工序,但是由于先简支后结构连续体系自提出到被广泛采用的时间很短,对其结构设计、施工工艺及性能未经过系统研究,从目前来看,桥梁工程科学技术研究更多地是针对于大跨径的桥梁,对中小跨径桥梁重视不够。事实上,中小跨径在桥梁所占绝大多数,对它们的设计施工、质量控制、养护管理不容忽视。

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