先简支后连续

　文章编号:0451-0712(2003)11-0012-04　　　　中图分类号:U442154　　　文献标识码:B

先简支后连续梁、板桥体系转换的研究

姜云霞,赵志蒙

(内蒙古大学职业技术学院　呼和浩特市　010023)

　　摘　要:对于先简支后连续法施工的连续梁板桥,设计了逐次接长连续梁板逐次拆除临时支座的多次体系转换法,与全梁接长到总长后一次拆除临时支座的一次体系转换法比较,两种体系转换法分别使连续梁产生的超静定内力值很接近,说明多次体系转换法是安全的,而且多次体系转换法可使施工过程中边墩的侧向挠曲及弯矩明显减小。

　　关键词:简支梁;连续梁;结构体系转换;临时支座

　　连续梁、板桥具有受力合理、结构刚度大、行车

平顺、抗震性好、经济等优点,因此连续梁桥在我国大中跨径桥梁中应用得越来越普遍。连续梁、板桥的施工方法有多种,先简支后连续是其中之一。1　先简支后连续111　概念

在跨径大于等于50m时仍受青睐,如连接上海南汇芦潮港与洋山岛深水港的长达31km的东海大桥,其中179孔60m和157孔70m连续梁就采用了这种桥型。连接浙江嘉兴海盐与宁波慈溪的长达32km的杭州湾大桥,其南岸9km滩涂上183孔单跨50m的连续梁桥也选中了这种桥型。2　一次转换与多次转换211　梁的长度变形

先简支后连续法是指:把一联连续梁、板分成几段,每段长约一孔,各段在预制场预制后经移运吊放到墩台顶的临时支座上,在完成湿接缝的各项工序后浇注湿接缝混凝土,然后张拉负弯矩预应力束,拆除临时支座,使连续梁落座到永久支座上,完成结构由简支到连续的体系转换。112　受力特点

这种结构在体系转换前属简支梁,简支梁内力在体系转换中原封不动地带入连续梁,体系转换、二期恒载及活载等内力按连续梁、板计算。随着跨径的增大,自重内力迅速增加,简支梁内力占去了连续梁内力的大部分而显得不合理。一般认为先简支后连续法的适用跨径为50m以内。113　应用情况

这种结构上下部可以同时施工、进度快。上部结构采用的基本是简支梁的施工方法,得到的却是结构更优的连续梁。这种结构比其他装配式连续梁桥湿接缝数量少,不需临时支架,特别适用于软土、深水、高墩等。在我国公路建设中,跨径为20～25m的连续梁板桥大量采用了这种结构。近年,这种结构

收稿日期:2003-08-18

梁的长度变形包括梁的温度变形及混凝土收缩、徐变变形。其中温度变形使梁的长度每天都在伸

缩。目前的临时支座常采用刚性很大的C40混凝土支座,不能适应梁体的温度变形。刚性支座将把梁体的温度变形如数传递给桥墩并向边墩传递。各孔变形累积的结果,将使边墩产生过大的温度侧向挠曲及弯矩,并使中间梁段承受过大的轴向拉(降温)、压(升温)力。边墩的侧向挠曲及弯矩值与计算图式(墩顶视为自由端或弹性嵌固)有关,但不管哪种图式,当连续梁长度超过100～120m而墩高小于5～6m时,边墩的侧向挠曲及弯矩都变得严重起来。装配式长连续梁、板桥是公路工程中常见的形式,有必要考虑其施工过程中的温度变形问题。212　一次转换与多次转换

为适应装配式长连续梁、板桥施工中的温度变形,可采取以下措施。

(1)适当布置临时橡胶支座。对于连续梁、板桥,可在C40临时支座(高度经过调整)上叠置临时橡

胶支座。由于橡胶支座的抗推刚度远小于C40混凝土支座,当全桥横桥向安排1～2排橡胶支座时梁的温度变形可减为原来的1 2～1 3,并通过橡胶支座的剪切变形充分释放。

(2)对于长度不大的连续梁、板桥,可以将连续梁接长到全长后一次拆除临时支座,称为一次转换。对于长连续梁、板桥,可以边接长梁体,边拆除临时支座转换结构体系,全联连续梁要经多次体系转换才能达到设计长度,称为多次转换。多次转换的原因是梁体在湿接缝处由于施工的需要(如垫紧模板等)已被固定,在后续的连续梁接长工艺中,该湿接缝下的固定约束将阻碍梁体的温度变形而应及时拆除。

(3)增加桩墩自由长度。季节性河流上的桥梁,当采用桩基础时,接桩后不要马上回填土,以增加桩墩自由挠曲长度及侧向挠曲变形。回填土应在体系转换完成以后再回填。213　多次体系转换实例

准格尔大桥(简称准桥)位于鄂尔多斯市薛家湾镇准格尔路跨越塔哈拉川河处,连接薛家湾(薛岸)与对岸侯家阴湾(侯岸)新市区,桥长175m宽24m,采用一联7孔25m装配式连续板桥。为便于

(3)完成1、2孔与3、4孔连续梁间的“2+2”连

续,5、6孔连续梁与第7孔间的“2+1”连续;

(4)拆除2号墩上的临时支座,使两联双孔连续

(2+2”梁转换成一联4孔连续梁“转换),拆除6号墩上的临时支座,同样完成“2+1”转换;

(5)完成侯岸侧4孔连续梁与薛岸侧3孔连续梁在4号墩顶的“4+3”连续;

(6)拆除4号墩上的临时支座,使全梁经“4+3”转换成为一联7孔连续梁。3　两种转换法的内力比较

多次转换法解决了连续梁接长过程中梁体的温度变形带来的问题,但这样做对连续梁是否安全,一次转换与多次转换对连续梁产生的内力是否相同,这可通过计算比较。

多次体系转换法,每拆除一次临时支座,连续梁内力发生一次变化,分别算出各次转换在连续梁中产生的内力,将这些内力叠加即是多次体系转换在连续中产生的内力。一次转换法要接长到全联长度后才一次拆除全部临时支座,体系转换内力一次完成在全梁的分布。

311　体系转换内力计算

拆除临时支座后,在临时支座处以一对(一次转换法为多对)数值等于支反力的集中力作用于连续梁,此集中力引起的连续梁内力即为连续梁这次体系转换的内力。

以准桥“4+3”转换为例,说明体系转换引起的连续梁内力计算。计算图式如图1所示

。

叙述,自侯岸～薛岸墩台编号按升序排列,依次是0台、1～6号墩、7台,桥孔编号也按升序排列,依次为1～7孔。体系转换程序如下:

(1)完成1、2孔间,3、4孔间及5、6孔间湿接缝的浇注及力筋的张拉(3个“1+1”连续);

(2)拆除1、3、5号墩上的临时支座,完成3联双

孔连续梁的体系转换(3个“1+1”转换);

图1　“4+3”体系转换计算图式

—14—

　　　　　　　　　　　　　　公　　路　　　　　　　　　　　　　　　　2003年　第11期　

P

3L2

,　∆44=∆66,3EI3EI

∆12=∆21=∆13=∆31=∆24=∆42=∆35

∆11=∆22=∆33=∆55=

-

,6EI

∆1p=P,

3EIL2

22

∆2p=∆3p=P,

6EIL2

=∆53=∆56=∆65=

22

-P

6L2

=

22

-P

6L2

其余∆ij=0。

正则方程(∆ij)(xj)=-∆ip,即:00

366

0000

　　　　0

　　　　0　　　　0

　　代入数据:L1=241365m,L2=25m,a=016351m,P=279115kN,对矩阵进行行变换可解

x1x2x3x4x5

6

30

030

60

6000

603

得xi。

312　两种体系转换法的内力比较

两种体系转换法在连续梁各支点截面产生的内力如表1。

表1说明,两种转换法对先简支后连续装配式梁、板桥产生的内力几乎一样,但多次转换法可以减少边墩的侧向挠曲及弯矩,是安全的。一次转换法建造长连续梁、板桥,要解决好因梁的温度变形而造成边墩过大的侧向挠曲,否则不安全。313　多次转换法的一般适用性

600

300

60

6

63

x表1　两种体系转换法连续梁支点截面内力

交点截面kN・mkN

[1**********]

10-172147-[***********]

20-16911-[***********]

30-174137-[***********]

40-169157-[***********]

50-174125-[***********]

60-169154-[***********]

[1**********]4

四次转换一次转换四次转换一次转换

　　以上结论不仅适用于准桥,而且具有一般性,由于临时支座距永久支座很近,拆除临时支座,只在永久支座处产生内力峰值(约170kN・m),该峰值在临时支座处只剩7kN・m左右,临时支座以外迅速衰减。该峰值是近乎独立的,不管是多次转换(峰值多次叠加)还是一次转换,峰值几乎不变地带到最终结构。

4　橡胶支座弹性压缩变形对连续梁内力的影响

各次体系转换后永久支座反力由结构自重、湿接缝重量及施加预应力产生的支点反力相加得到。多次体系转换时要分别算出各次体系转换的支反力,永久支座压缩量,及由此引起的连续梁基本体系在各支点的相对转角,进而计算连续梁的赘余内力。

支座压缩量:∆i=Ε2∆=

E

2∆=

2∆22∆2EAEΠd

在各次体系转换过程中,拆除临时支座,支座反

力转由永久(橡胶)支座承受,永久支座相应产生弹性压缩变形(相当于支座沉降),梁在支座处相应产生相对转角,并在梁体中产生多余内力。411　支座反力、支座弹性压缩及梁体转角计算

式中:Pi为i号截面一片板梁下2个支座的反

力;E为橡胶支座弹性模量;d为橡胶支座直径;2∆为支座橡胶层总厚度。

支座弹性压缩引起的基本体系在各支点的转角为∃i∆,如图2所示。

∃i∆=

L

i

+

L

i+1

　2003年　第11期　　　　　　　　姜云霞　赵志蒙:先简支后连续梁、板桥体系转换的研究

表2　“4+3”转换时支点转角计算

截面位置0转角∃

i∆

(×10-6)

10

20

30

40

50

—15—

6070

[***********]214146301图2　支点截面的相对转角

“4+3”转换时支点转角计算见表2。

412　橡胶支座弹性压缩引起的连续板各截面赘余

内力计算分别计算出“1+1”,“2+1”,“2+2”,“4+3”转

换时连续板截面赘余内力,将4次转换各截面

内力叠加,就是多次体系转换法因橡胶支座弹性压缩引起的连续梁赘余内力。

“4+3”转换,橡胶支座弹性压缩引起的连续板各截面赘余内力见图3。

图3　“4+3”转换支座弹性压缩内力

　　正则方程系数∆ij与“4+3”转换时的相同,将∆ij

及∃i∆代入方程组(∆ij)xj=-∃i∆得:000x1

3EI6EI6EI000x2

6EI3EI6EI

6EI

271322×10-

6

66

-141463×10-=

-141476×10-01968×10-01996×10-66

6

6EI

3EI0

6EI

3EI

6EI

-01225×10-

00

6EI3EI

x3x4x5x000

03EI

6EI

　　代入数据L1、“4+3”转换时橡胶L2、EI,可算是

支座弹性压缩引起的支点赘余力xi。

　　同样可以算得一次体系转换法的内力。4次转换法的内力与一次转换的内力计算见表3。413　支座弹性压缩对体系转换的影响

(1)不论是一次体系转换还是多次体系转换,拆

kN・m

50-61484-21134-4135

[***********]

70

00

00

表3　两种转换方法的支座弹性压缩支点多余弯矩计算

支座截面

4次转换(1)

[1**********]4-31669

20141333-[1**********]

30-71055-01700-61355

[***********]3

一次转换(2)

(1)—(2)

除临时支座后橡胶支座的弹性压缩变形都会引起连续梁内的超静内力。

(2)多次体系转换法支点截面的多余弯矩绝对值大于一次转换法,多次转换法的支点多余正弯矩可达14133kN・m,由于支点截面的控制弯矩为负弯矩,这是有利的。负弯矩比一次转换法多-614kN・m,对结构影响不大。

(3)在长连续板梁施工中,分多次及时凿除临时

支座,实行多次体系转换,可解决不断接长的连续板的温度变形问题,而不用耽心支座弹性压缩带给梁的不利弯矩,多次转换法是安全的。

(4)由于橡胶支座受压弹性模量大,压缩变形小,连续梁在各支点处相对转角小,引起的连续梁内力必然小,这是一个普遍性结论,而不是仅适用于准桥。

公路　2003年11月　第11期　　　　　　　　　　

　　　　　　　　　　　　HIGHWAY　Nov12003　No111　

　文章编号:0451-0712(2003)11-0016-04　　　　中图分类号:U445　　　　文献标识码:B

刘家峡黄河吊桥主要施工方法及技术措施

阎辉武

(甘肃省兰州公路总段　兰州市　730000)

　　摘　要:介绍刘家峡黄河吊桥施工过程中采用的主要方法和技术措施。　　关键词:刘家峡黄河吊桥;施工方法;技术措施

1　地理位置及工程概况111　地理位置

5360m3 s,推出桥位设计流速为3155m s,设计水

位1623150m,水面比降117‰,河床糙率为1812。1月份平均气温为-510℃,7月份平均气温为1817℃,最大风速为1517m s,索桥设计洪水标准

刘家峡黄河吊桥位于甘肃省永靖县大庄村～刘

家峡村之间,小川黄下大桥下游113km处。112　工程概况

该桥为双链柔式钢索吊桥,跨径为190m,桥长19718m,主索矢跨比为1 12,矢高为151833m,桥

为50年一遇。该桥设计荷载为一辆10t汽车,人群

2

荷载为3kN m。2　主要施工方法211　南北岸索塔

面预拱度为1120m。桥面结构为型钢梁和钢板桥

面,两侧设有抗风缆。风缆跨径为187130m,矢跨比为1 20,跨中倾角20°。吊桥两岩引道以适当坡率与桥台衔接,桥台基础采用4根直径为1150m的钢筋混凝土灌注桩,桩尖嵌入基岩最小为315m,桥台为115m×219m的条形钢筋混凝土台身,桥台中心桥面标高为1626100m。

上部结构:桥面板为16锰钢,钢板厚为13mm,纵梁采用I25b工字钢,间距为60cm,横梁采用I45a工字钢,间距为400cm,主索采用32根

根据小川水文站统计资料,该河段最大流量为

收稿日期:2003-07-15

根据设计文件提供的地质情况,地质从上到下依次为杂填土、圆砾层和砂砾层。吊桥基础采用4根直径为115m,长为1015m的桩基础。北岸索塔桩基因砂砾岩层埋藏较浅,采用裸壁风镐直接开挖,桩长减至419m,混凝土浇注采用串筒直接浇注,每50cm用

5　项目实施情况

参考文献:

[1]　JTJ023-85,钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规

项目实施包括准桥方案设计及施工图设计(含体系转换程序及工艺设计),理论分析及计算,硫磺砂浆支座的试验室制作及工地的批量生产,体系转换施工,连续梁控制截面应力及挠度测试,全桥体系转换完成后连续梁24h温度变形观测等。准格尔大桥于2002年8月竣工通车。

范[S].

[2]　范立础.预应力混凝土连续梁桥[M].北京:人民交通

出版社,1997.

[3]　徐岳,等.预应力混凝土连续梁桥设计[M].北京:人民

交通出版社,2000.