简支转连续梁桥施工及温度效应计算理论研究

陶潘深 何 敏

(湖南联智桥隧技术有限公司，湖南长沙 410199)

1 概述

随着我国交通网络的不断完善，修建了许多20 m～40 m的中等跨径的桥梁，在中等跨径的桥梁中，简支转连续梁桥占有举足轻重的地位。简支转连续梁桥由于综合了简支梁桥和连续梁桥两种桥型，具有桥面裂缝少，整体性好，施工周期短，工程造价低等优点，已在公路及市政桥梁建设中得到了广泛运用。虽然简支转连续梁桥已经被广泛运用在设计和施工中，但是有些施工单位还停留在简支梁和连续梁施工工艺上，对简支转连续梁桥的施工工艺未给予足够的重视，导致在施工中出现质量问题，甚至出现安全事故。当桥梁结构受到大气中的温度、太阳辐射等自然环境的影响时，其表面温度会迅速改变，温度沿截面高度变化，从而形成温度梯度，导致结构产生温度次内力，而温度次内力将使桥梁结构产生裂缝、变形等病害。针对这些问题，本文将介绍简支转连续的施工工艺和温度效应计算理论，并将施工工艺和结构理论二者结合，以促进简支转连续梁桥的推广应用。

2 简支转连续梁桥的施工工艺

简支转连续梁桥的施工流程主要为:预制箱梁或者T梁;预制箱梁或者T梁安装施工;现浇湿接缝;预制箱梁或者T梁的体系转换。总体施工工艺流程如图1所示。

图1 简支转连续施工工艺流程

施工工艺要点:1)待预制箱梁或者T梁的混凝土强度达到设计强度的90%后，将正弯矩区域的预应力钢束张拉到设计值，孔道压浆并及时清理箱梁或者T梁通气孔;2)设置临时支座并安装好永久支座;3)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横梁钢筋;4)连接连续接头段钢筋，绑扎横梁钢筋，设置接头板处波纹管并穿束;5)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混凝土;6)当接头、中横梁达到设计强度的95%后，将顶板负弯矩预应力钢束张拉到设计值，二次张拉采用单根张拉和锚固，并压注水泥浆;7)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;8)浇筑完成后拆除一联内临时支座，完成体系转换;9)解除临时支座时，应特别注意严防高温影响橡胶支座质量。

3 温度效应计算理论研究

当桥梁结构受到大气中的温度、太阳辐射等自然环境的影响时，其表面温度会迅速改变，温度沿截面高度变化，从而形成温度梯度，导致结构产生温度次内力，而温度次内力将使桥梁结构产生裂缝、变形等病害，并且在静定和超静定结构中均能产生。桥梁结构中的温度效应是温度自应力(内部自平衡应力)和温度次应力(外部约束温度应力)两部分之和。

3.1 温度自应力计算

在桥梁工程中，箱梁截面顶板的厚度一般不小于100 mm，如图2所示，桥梁结构的局部温度梯度如下式:

图2 箱梁截面温度计算示意图

温度梯度作用导致箱梁截面应变的曲率Ψ、沿箱梁界面高度y=0处的应变ε0:

由温度梯度t(y)引起的温度自应力σs(y):

温度自应力σs:

其中，A为桥梁结构的横截面面积;E为混凝土的弹性模量;α为材料的膨胀系数;I为箱梁截面的抗弯惯性矩。

3.2 温度次应力计算

如图3所示，通过结构受力分析可求解温度次内力。设桥梁结构共有n跨，设主梁中支点的弯矩为xi，则有n－1个未知力，力法方程可表示为:

其中，［δ］为刚度矩阵;{x}为多余未知力矩阵;{Δt}为荷载变位矩阵。

根据上式的力法方程，可解出温度次内力。

图3 结构计算示意图

中间墩墩顶截面温度次内力计算公式为:

边墩墩顶截面温度次内力计算公式为:

因为仅单侧墩顶具有温度次内力效应，则边跨的温度次内力计算公式为:

因为两侧墩顶温度次内力不相同，则次边跨的温度次内力计算公式为:

因为两侧墩顶温度次内力效应均相同，则桥梁结构中间各跨温度次内力计算公式为:

将以上推导出来的温度自应力与温度次内力叠加，即可得到简支转连续梁桥各跨的温度总应力。

国内外的研究结果表明，温度应力对桥梁结构的工作性能有重要的影响，在某些桥梁中甚至可能大于活载应力产生的效应，因此在桥梁工程的结构设计中必须考虑温度应力的影响。本文提出的温度效应计算公式能准确计算出温度效应对桥梁结构产生的作用，可为桥梁设计和施工提供重要参考。

4 结语

简支转连续梁桥施工就是将两跨及两跨以上的预应力混凝土梁通过现浇混凝土形成连续结构的施工方式，这种施工方式结合了简支梁桥和连续梁桥的优点。本文介绍了简支转连续梁桥的一般施工工艺，推导出了简支转连续梁桥温度效应的计算公式，可为今后简支转连续梁桥的设计和施工提供参考。

［1］方 志，李 艳，吴鹏扬.先简支后连续混凝土桥梁徐变影响的参数分析［J］.桥梁建设，2003(4):19-21.

［2］杨万里.简支连续预应力混凝土多箱式桥梁全过程受力性能研究［D］.杭州:浙江大学，2008:49-83.

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

［4］高武林，贺飞来.桥梁施工中先简支后连续技术研究［J］.黑龙江交通科技，2013(2):120-122.

［5］谭绍富.先简支后连续桥梁预应力状态分析研究［J］.公路，2012(11):191-194.

［6］柴翠花.高等级公路先简支后连续桥施工技术探讨［J］.山西建筑，2013，39(2):195-196.