先简支后连续桥梁设计要点

2023-01-08崔正国

交通世界 2022年10期

崔正国

（中建路桥集团有限公司，河北石家庄 050001）

0 引言

在桥梁工程中，先简支后连续结构的应用较为广泛，该结构的整体性好，基本不会产生应力不协调的现象且造价低。但是先简支后连续的结构相对较多，不同的结构设计方法有所差别。因此为确保设计出来的桥梁结构更加合理，要进一步掌握相关的设计要点。借此本文就先简支后连续桥梁设计要点展开探析。

1 先简支后连续桥梁的构造特点

在桥梁工程中，先简支后连续结构体系的应用较为广泛，这种结构体系的主要构造包括以下几个部分：上部构造、现浇连续段、现浇桥面板等。

1.1 上部构造

预制构件与装配式简支桥梁的构件类似，主梁之间可以少设或不设横隔板。与简支桥梁不同的地方在于纵向与横向钢筋及梁底钢板的预埋，以预应力钢束作为现浇段的连接体时，除了要对预应力管道的预埋加以注意外，还要对齿板合理设置[1]。

1.2 现浇连续段

先简支后连续结构形成之后，连续段与横隔板构成横隔梁，要保证其在纵向、横向以及竖向上与主梁紧密结合。现浇连续段的纵筋可采用预应力钢束，也可选用普通钢筋，前者能够增强结构的抗裂性能，后者更便于操作，且不会对主梁的正弯矩造成影响。

1.3 现浇桥面板

在先简支后连续桥梁中，现浇桥面板是一个整体化的结构，其可使T梁、工字梁及分体式箱梁之间的横向联系得到大幅度增强，预制横隔板的功能也随之显著改善[2]。

2 先简支后连续桥梁设计要点

2.1 梁体布设方法

先简支后连续桥梁设计中，布梁是较为重要的环节之一，包括平曲线段和超高段布梁，具体方法如下：

2.1.1 平曲线段

当桥梁处于平曲线段时，沿现场测设的中心线，选用标准跨径，按照径向布设墩台中心线。梁体的长度变化在±15cm以内时，可采用调整现浇连续段长度的方法，以此来确保预制梁的长度保持不变；变化范围在±50cm时，可按照桥梁的实际情况，对设计方案合理确定，依据现行规范标准中给出的方法，验算结构稳定性。桥墩、盖梁可采用径向布设。半径较大的平曲线段，预制梁可采用等长，将现浇连续段设计为锯齿状，保证支撑梁的安全宽度；半径较小的平曲线段，可将现浇连续段的宽度作为定值，以不等长的形式布设预制梁，据此达到调整横向变化的效果[3]。平曲线段常用的布梁方法有以下几种：

（1）桥梁的平面处于曲线段内，矢高在2.5cm以内时，采用弯桥直做的方法，按直线桥布设桥梁孔跨。这种方法的特征如下：桥墩、台背的中心线与桥梁中心线的角度相同，盖梁的长度相等。

（2）矢高在2.5～10cm这一区间范围内时，可以采用弯桥直做的方法，依据直线桥的特点，对桥梁孔跨合理布设，桥梁中心线向凸面方向平移矢高的1/2。这种方法具有如下特征：当桥梁的中心线向曲线外侧平移矢高的1/2时，桥墩的中心线可以达到相互平行的状态，桥墩盖梁的长度相等。

在平曲线段上布梁时，还要注意如下事项：为给后续施工提供便利，要在现浇连续段上预留出足够的空间，确保连接刚度足够；箱梁中的湿接缝宽度控制在50～100cm内；若是需要借助预制梁调整时，可在现有的基础上减少预制件的规格[4]。

2.1.2 超高段

桥梁的超高变化相对较小时，预制梁可按照常规方式布设，并对现浇桥面板的厚度进行适当调整，以此来满足超高变化的要求；横坡的变化幅度在4%以上时，以改变顶板横披的方法达到调整的效果，或是调整梁底楔块，据此达到改变主梁横坡的效果。

2.2 选取跨径与截面形式

在先简支后连续桥梁设计中，通常会按照桥梁所处位置的地形条件以及墩柱的高度等因素，选取不同的跨径，确保高跨比适宜，与周围环境相协调，便于施工。不同的跨径要选择不同的截面形式，具体如下：

2.2.1 空心板截面

在跨径为10～20m的先简支后连续桥梁中，桥墩适合构造简单、受力明确的空心板截面，其节约面积，工程造价低。在小桥、跨径小的中桥上，均可将空心板截面作为首选，桥梁长度比较长的大桥尽可能不选用这种截面形式。当桥梁跨越河流，为降低工程造价，可选用跨径为20m的空心板。与相同跨径的箱梁相比，20m跨径空心板梁的高度更低，其在桥位受建筑高度限制时的优势较为明显，正因如此，使得空心板截面得到广泛的应用[5]。预应力空心板量的设计方法有两种，为先张法及后张法，结构也有两种，分别为先简支后桥面连续和先简支后结构连续，后者的特点体现在更加耐久、行车舒适，施工的复杂程度相对较高，需要加强质量控制。

2.2.2 箱形截面

在跨径为20～40m的先简支后连续桥梁设计中，箱形截面的应用较为广泛。此类桥梁的墩柱较高，箱形截面更加适合。箱梁的总体高度要明显低于T梁，当桥梁高度受限时，箱梁的优势更加明显，高度不受限时，箱梁的造价更低；从结构稳定性上看，单片箱梁具有较大的抗扭刚度，反拱小，线形更加平顺，桥面板的受力比较均匀。T梁间距小，反拱大，难于调平；箱梁设置的隔板数量明显少于T梁，使用性能更好[6]。

2.2.3 T形截面

在跨径为40～50m的先简支后连续桥梁设计中，因此类桥梁的墩柱较高，所以可将T形截面作为首选。与预应力箱梁相比，T梁的吊装重量更小。

本文以工程实例为依托，对T梁与箱梁的各方面性能做比较分析。某桥梁位于高速公路上，是一座跨河大桥，桥墩高度为45m。结合现场实际情况，该桥上部结构设计为简支转连续T梁，下部结构为空心墩和柱式墩，桥台采用肋板式，扩大基础。引桥为预应力简支转连续箱梁，主桥以悬臂的方法现场浇筑，双薄壁墩，全长588m。采用T梁施工比较容易，设计成熟，整体使用性能和耐久性能都比较好，工期短，便于维护。采用箱梁主桥施工的难度有所增大，且工期相对较长，造价要高于T梁。由此可见，T梁的效果更好[7]。

2.3 桥面板受力特性

通常情况下，桥面板采用的都是钢筋混凝土结构，当桥面板的跨度较大时，可施加横向预应力。桥梁设计建模的过程中，可选择主梁偏心的方式，即主梁的重心与形心具有一定的偏心距。在分析桥面板的受力特性时，若是计入板本身的刚度，则跨中弯矩与剪力在温度变化时会随之减小，而位于支点附近的剪力与弯矩则会随着温度的变化而增大[8]。同时在荷载的作用下，跨中附近的弯矩与剪力会有所降低，在支座沉降后，弯矩与剪力增大。通过对桥面板的受力特性分析后，得出如下结论：当桥面板受到温度及荷载作用时，跨中截面的内力会随之减少，而支点截面的内力有增大的迹象。