陶潘深 何 敏

(湖南聯(lián)智橋隧技術(shù)有限公司，湖南長沙 410199)

1 概述

隨著我國交通網(wǎng)絡(luò)的不斷完善，修建了許多20 m～40 m的中等跨徑的橋梁，在中等跨徑的橋梁中，簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋占有舉足輕重的地位。簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋由于綜合了簡支梁橋和連續(xù)梁橋兩種橋型，具有橋面裂縫少，整體性好，施工周期短，工程造價低等優(yōu)點，已在公路及市政橋梁建設(shè)中得到了廣泛運用。雖然簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋已經(jīng)被廣泛運用在設(shè)計和施工中，但是有些施工單位還停留在簡支梁和連續(xù)梁施工工藝上，對簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的施工工藝未給予足夠的重視，導致在施工中出現(xiàn)質(zhì)量問題，甚至出現(xiàn)安全事故。當橋梁結(jié)構(gòu)受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環(huán)境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，而溫度次內(nèi)力將使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、變形等病害。針對這些問題，本文將介紹簡支轉(zhuǎn)連續(xù)的施工工藝和溫度效應(yīng)計算理論，并將施工工藝和結(jié)構(gòu)理論二者結(jié)合，以促進簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的推廣應(yīng)用。

2 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的施工工藝

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的施工流程主要為:預(yù)制箱梁或者T梁;預(yù)制箱梁或者T梁安裝施工;現(xiàn)澆濕接縫;預(yù)制箱梁或者T梁的體系轉(zhuǎn)換?？傮w施工工藝流程如圖1所示。

圖1 簡支轉(zhuǎn)連續(xù)施工工藝流程

施工工藝要點:1)待預(yù)制箱梁或者T梁的混凝土強度達到設(shè)計強度的90%后，將正彎矩區(qū)域的預(yù)應(yīng)力鋼束張拉到設(shè)計值，孔道壓漿并及時清理箱梁或者T梁通氣孔;2)設(shè)置臨時支座并安裝好永久支座;3)逐孔安裝主梁，置于臨時支座上成為簡支狀態(tài)，及時連接橋面板鋼筋及端橫梁鋼筋;4)連接連續(xù)接頭段鋼筋，綁扎橫梁鋼筋，設(shè)置接頭板處波紋管并穿束;5)在日溫最低時，澆筑連續(xù)接頭、中橫梁及其兩側(cè)與頂板負彎矩束同長度范圍內(nèi)的橋面板混凝土;6)當接頭、中橫梁達到設(shè)計強度的95%后，將頂板負彎矩預(yù)應(yīng)力鋼束張拉到設(shè)計值，二次張拉采用單根張拉和錨固，并壓注水泥漿;7)接頭施工完成后，澆筑剩余部分橋面板濕接縫混凝土，剩余部分橋面板濕接縫混凝土應(yīng)由跨中向支點澆筑;8)澆筑完成后拆除一聯(lián)內(nèi)臨時支座，完成體系轉(zhuǎn)換;9)解除臨時支座時，應(yīng)特別注意嚴防高溫影響橡膠支座質(zhì)量。

3 溫度效應(yīng)計算理論研究

當橋梁結(jié)構(gòu)受到大氣中的溫度、太陽輻射等自然環(huán)境的影響時，其表面溫度會迅速改變，溫度沿截面高度變化，從而形成溫度梯度，導致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度次內(nèi)力，而溫度次內(nèi)力將使橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫、變形等病害，并且在靜定和超靜定結(jié)構(gòu)中均能產(chǎn)生。橋梁結(jié)構(gòu)中的溫度效應(yīng)是溫度自應(yīng)力(內(nèi)部自平衡應(yīng)力)和溫度次應(yīng)力(外部約束溫度應(yīng)力)兩部分之和。

3.1 溫度自應(yīng)力計算

在橋梁工程中，箱梁截面頂板的厚度一般不小于100 mm，如圖2所示，橋梁結(jié)構(gòu)的局部溫度梯度如下式:

圖2 箱梁截面溫度計算示意圖

溫度梯度作用導致箱梁截面應(yīng)變的曲率Ψ、沿箱梁界面高度y=0處的應(yīng)變ε0:

由溫度梯度t(y)引起的溫度自應(yīng)力σs(y):

溫度自應(yīng)力σs:

其中，A為橋梁結(jié)構(gòu)的橫截面面積;E為混凝土的彈性模量;α為材料的膨脹系數(shù);I為箱梁截面的抗彎慣性矩。

3.2 溫度次應(yīng)力計算

如圖3所示，通過結(jié)構(gòu)受力分析可求解溫度次內(nèi)力。設(shè)橋梁結(jié)構(gòu)共有n跨，設(shè)主梁中支點的彎矩為xi，則有n－1個未知力，力法方程可表示為:

其中，［δ］為剛度矩陣;{x}為多余未知力矩陣;{Δt}為荷載變位矩陣。

根據(jù)上式的力法方程，可解出溫度次內(nèi)力。

圖3 結(jié)構(gòu)計算示意圖

中間墩墩頂截面溫度次內(nèi)力計算公式為:

邊墩墩頂截面溫度次內(nèi)力計算公式為:

因為僅單側(cè)墩頂具有溫度次內(nèi)力效應(yīng)，則邊跨的溫度次內(nèi)力計算公式為:

因為兩側(cè)墩頂溫度次內(nèi)力不相同，則次邊跨的溫度次內(nèi)力計算公式為:

因為兩側(cè)墩頂溫度次內(nèi)力效應(yīng)均相同，則橋梁結(jié)構(gòu)中間各跨溫度次內(nèi)力計算公式為:

將以上推導出來的溫度自應(yīng)力與溫度次內(nèi)力疊加，即可得到簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋各跨的溫度總應(yīng)力。

國內(nèi)外的研究結(jié)果表明，溫度應(yīng)力對橋梁結(jié)構(gòu)的工作性能有重要的影響，在某些橋梁中甚至可能大于活載應(yīng)力產(chǎn)生的效應(yīng)，因此在橋梁工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計中必須考慮溫度應(yīng)力的影響。本文提出的溫度效應(yīng)計算公式能準確計算出溫度效應(yīng)對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的作用，可為橋梁設(shè)計和施工提供重要參考。

4 結(jié)語

簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋施工就是將兩跨及兩跨以上的預(yù)應(yīng)力混凝土梁通過現(xiàn)澆混凝土形成連續(xù)結(jié)構(gòu)的施工方式，這種施工方式結(jié)合了簡支梁橋和連續(xù)梁橋的優(yōu)點。本文介紹了簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的一般施工工藝，推導出了簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋溫度效應(yīng)的計算公式，可為今后簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋的設(shè)計和施工提供參考。

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