论连续刚构桥力学行为分析的重要性

　　摘要：本文在参考大量国内外文献的基础上，分别从项目历史、研究现状、项目特点及构造特点四方面论述了连续刚构桥力学行为分析的重要性。 　　关键字：连续刚构桥、力学行为分析、钢筋混凝土 　　一、前言 　　桥梁工程历来在交通事业中占有重要地位，桥梁不仅是一个具有特定功能的结构物，也是一座立体的造型艺术工程。随着我国公路交通运输事业的迅速发展，特别是改革开放以来高等级公路建设的迅速发展，我国城市桥梁日益增多。预应力连续钢构桥在近四十年间得到了较快发展，他既保持了连续无伸缩缝、行车平顺的特点，又有T型钢构桥不设支座、施工方便的优点，其中一个突出的特点是顺桥向墩的抗推刚度小，能有效地减小上部结构的内力，减小温度、混凝土收缩、徐变和地震的影响，同时在一定条件下具有用料省、施工简便、养护费用低等优点。因此，成为了目前各地广泛修建的桥型之一[1]。 　　随着国民经济及现代化交通事业的快速发展，大跨径预应力混凝土连续刚构桥顺应了桥梁建设的发展需要，在桥梁的不断发展和进步中，为了使桥梁更好的用于生产建设中，要解决的两个大问题是1、减少温度内力。2、防止船只碰撞 [2]。此外，桥梁在施工过程中受到内外因素的影响，施工过程复杂难于控制，易发生安全事故；另外一方面，在运营过程中，桥梁结构受到外界环境的影响，使梁体出现裂缝和过大下挠。因此，为了保证桥梁在施工过程和运营过程中的安全，必须对桥梁结构变形及受力进行计算和监测，全面掌握桥梁的真实状态，保证桥梁正常使用。 　　二、项目历史 　　随着高速交通的迅速发展，要求行车平顺舒适，多伸缩缝的T型钢构桥也不能很好的满足要求，因此连续梁桥得到了迅速的发展。预示连续刚构桥应运而生， 　　连续钢构桥在体系上属于连续梁桥。连续梁桥是一种古老的结构体系，悬臂施工时，墩梁临时固结，合拢后梁墩处改设支座，转换体系而成连续梁。连续梁除两端外其他无伸缩缝，有利于行车，但需梁墩临时固结转换体系，同时需设大吨位盆式支座，费用高，养护工作量大 [4]。但由于施工方法的限制，20世纪60年代以前的连续梁跨径都在100m以下，随着悬浇、悬拼施工方法的出现，产生了T型钢构，但由于这种结构对混凝土续编、收缩变形估计不足，又因温度等影响使结构在铰接处出现明显的折线变形，对行车不利，因此连续钢构桥便应运而生，20世纪60年代修建的联邦德国本道夫桥已初步体现出T型钢构与连续梁体系相结合的布置，而且T型钢构的粗大桥墩已被薄型柔性墩所代替，之后一些著名的桥梁也采用了类似的结构形式。这样便逐步形成了采用柔性薄墩、墩梁固结形式的连续钢构桥[6]。80年代后期广东省的洛溪大桥成为连续钢构桥在中国的先声，并在90年代得到迅速推广[7]。 　　三、研究现状 　　连续钢构体系跨径的增加，结构的轻巧、纤细，无疑会推动桥梁结构设计理论和施工技术的发展。随着桥梁跨径的增大，要通过牺牲截面材料来客服自重引起的弯矩。连续钢构桥的墩梁固结及高墩的柔度可适应结构由于预应力、混凝土收缩、徐变和温度变化所引起的位移能够更好地满足特大跨径桥梁的受力要求，所以在桥性选择中有竞争力。但是在长期的设计实践中，由于结构分析的复杂，计算冗长，虽然设计者主管上希望结构设计尽可能优化，力图使结构轻巧、纤细、美观以达到经济适用的目的，但缺乏高速的计算工具来进行桥梁结构的分析，同时也缺乏系统的方法指导桥梁结构设计和改进结构设计，使得结构的优化主要依靠人们积累起来的经验，以进化的方式缓慢进行。这种设计过程必然带有主观性和盲目性，且工作量大，浪费时间，甚至导致方案的失误，所以在大跨径连续钢构桥设计中，对主要参数进行优化研究是必要的[2]。 　　近几十年来的桥梁结构逐步向轻巧、纤细方面发展，但桥的载重、跨长却不断增加。连续钢构桥的优点，使得其投资比同等跨径的斜拉桥、悬索桥要低，其高墩结构的投资业比一直以来最便宜的简支梁桥在同等条件下偏低或是相同。随着桥梁施工技术水平的提高，对混凝土收缩、徐变和温度变化等因素引起的附加内力研究的深入和问题的不断解决，大跨径预应力混凝土连续刚构桥已成为目前主要采用的桥梁结构体系之一。其发展趋势如下：1、跨径可进一步增大，珠海跨伶仃洋大桥已提出318m跨横门东航到的连续刚构方案。2、上部结构不断轻型化。3、取消边跨合拢段落地支架，既能带来一定的经济效益还可方便施工。4、上部结构连续长度增加，以适应高速行车的需要。综上分析，大跨度连续钢构桥在今后的桥梁设计建造中将会有更大的发展[2]。 　　四、项目特点及构造特点 　　尽管连续钢构桥在我国的应用起步较晚，但是在近一二十年却得到了较大发展，连续钢构桥的使用越来越广泛，它所具有的优点如下：1、墩无支座；2、施工体系转换方便；3、伸缩缝下，行车舒适；4、顺桥向康弯矩刚度和横桥向抗扭刚度大，受力性能好；5、顺桥向抗推钢塑小，对温度、收缩续编及地震影响有利。而其也具有一定的缺点，例如其上部结构连续长度有一定限制，长度再增加时应改为连续钢构与连续梁组合体系，以及其抗撞击能力较弱。但是连续钢构桥仍在发展和进步中，要进一步的提高其实用性和经济性，同时也为了保证桥梁在施工过程和运营过程中的安全，必须对桥梁结构变形及受力进行计算和监测，全面掌握桥梁的真实状态，保证桥梁正常使用[3]。 　　连续刚构桥在构造上分为主跨跨中连续、主跨跨中铰接以及钢构-连续组合梁桥三种类型。主跨跨中连续的连续刚构桥是目前连续刚构桥中应用最广泛的结构形式，其主要优点是1、把墩梁固结布置在大跨、高墩上，以利用高墩的柔性来适应结构由预应力、混凝土收缩徐变和温度变化所引起的位移。2、在两桥端的伸缩装置满足纵向位移的要求。3、可以减小大型桥梁支座的数量和养护上的麻烦。4、有利于悬臂施工，省去了复杂的体系转换。主跨跨中铰接的连续刚构桥在主跨跨中设置剪力铰，边跨采用连续梁，具有连续梁和铰接T型钢构桥的受力特点，同时，利用边跨连续梁的结构自重使T构做成不等长悬臂，从而加大主跨的跨径。钢构-连续组合梁桥是连续梁桥与连续刚构桥的组合，通常在一联连续梁的中部数孔采用墩梁固结的钢构，两边孔数孔则为设置支座的连续梁结构[4]。 　　五、参考文献 　　[1].范立础，桥梁工程，（第二版）人民交通出版社。 　　[2].叶见曙，结构设计原理，人民交通出版社，2011。 　　[3].绍旭东，程祥云，李立峰.桥梁设计与计算，人民交通出版社。 　　[4].周水兴，桥梁工程，重庆大学出版社，2011。 　　[5].《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）。 　　[6].李廉锟，结构力学（上册），2010。 　　[7].铁道部大桥工程局桥梁科学研究院，《国外桥梁》[J]。 　　[8].中铁大桥局集团有限公司，《桥梁建设》。 　　[9].中国公路学会桥梁和结构工程分会，《全国桥梁学术会议论文集》[J].人民交通出版社，（2003―2007年）。