先简支后连续梁设计

浅谈先简支后连续部分预应力工字梁设计

李恒俊（广东省公路勘察规划设计院广州510507）

［摘要］该文介绍20m和35m跨先简支后连续工字梁设计。就工字梁受力和配筋进行结构计算，分析施工各阶段构件在施工荷载作用下截面的应力和强度要求，而且重点分析构件在使用荷载作用下截面开裂的应力、刚度、强度和裂缝宽度等指标，指出设计的优缺点。

关键词：工字梁先简支后连续部分预应力

1概述

连续梁结构能确保行车舒适，避免简支梁在桥墩处用桥面连续连接所引起的行车跳动和桥面损坏。采用先简支后连续的施工方法，主梁可在下部工程施工的同时进行预制，成批生产，缩短施工周期，提高效率。采用组合截面，减轻单梁起吊重量，使行车道板一次浇筑成型，加强桥跨结构横向连接作用。连续支点处采用普通钢筋承载，简化施工工艺，接头连接更方便，有效提高建桥速度。

部分预应力混凝土梁介于全预应力混凝土梁和普通钢筋混凝土梁之间，兼有两者的一些特性。设计不仅考虑施工各阶段构件在施工荷载作用下截面的应力和强度要求，而且重点分析构件在使用荷载作用下截面开裂的应力，刚度、强度和裂缝宽度等指标。因此部分预应力混凝土梁设计的重点，已由原来满足使用荷载下的“拉应力为零准则”转移到控制结构承载开裂后的截面工作性能上。本结构用于佛山至开平高速公路第二合同段吉利河大桥和北江大桥引桥上。根据桥位的水文地质条件和使用要求，以实用、经济和适当考虑景观的原则作设计指导思想。吉利河大桥主桥满足通航要求的最小跨径为35 m，引桥合理跨径为20 m。在初步设计阶段，提出两个方案比较，其一是部分预应力砼连续工字梁，其二是全预应力砼简支T梁，均为35 m和20 m跨，经综合比较确定，前者为推荐方案。初步设计批复同意推荐的连续工字梁方案，施工图按批复精神进行设计。

大桥位于广东珠江三角洲区域，空气湿度大，雨水多，温度高，容易使钢材锈蚀，而该大桥是国家公路主干线的重要建筑物，为保证大桥的耐久性，限制在使用荷载作用下的裂缝宽度，采用A类部分预应力砼进行设计。

2设计标准

采用分离式横断面，单幅行车道净宽11 m，主桥设净宽为1．5 m的人行道。

设计荷载：汽车—超20级，挂车—120，人群荷载3．0 k N／m 2。

通航：通航水位（H W）6．79 m，净宽30 m，净高4．5 m。

设计洪水频率：1／300。

桥面横坡：直线段为2％，曲线段最大超高横坡为3％。

地震：按7°裂度设防。

3梁体截面和支点处梁端构造

3．1截面形式

为了减轻工字梁的起吊重量，采用组合截面。把结构恒载分成三部分：预制工字梁、现浇桥面板，桥面铺装和防撞栏。截面见图1。

3．2支点处梁端构造

图1组合截面图桥跨不设中间横隔板。目的是为了方便施工，减轻结构重量。横向连接主要是通过桥面板和支点处横隔板。为增强桥面板与预制工字梁的连结作用，预制工字梁顶面除做成毛面外，还预埋横向4排纵向间距为20cm的 12的钢筋伸入桥面板内，与桥面板的钢筋绑扎。伸缩缝处端横隔板采用倒L型截面，满足设伸缩缝构造要求，连续支点处横隔板采用T型截面，增大支点处桥面厚度，承受支点负弯矩。梁端构造如图2。图2梁端构造

3．3体系形成过程

安装临时支座→架设预制工字梁→浇筑桥面板→安永久支座、浇筑连接段→拆除临时支座，进行桥面铺装，连续梁体系形成，见图3。

4结构受力分析

4．1结构受力模式的建立

首先求算荷载横向分配系数，根据结果知边梁控制设计，因此只分析边梁的受力，把结构简化为平面杆系。用五孔一联的体系进行受力分析，因为实践证明，等跨径的连续梁，五孔已能代表多于五孔一联的体系。主桥跨径为35 m，防撞栏和人行道恒载按均布荷载叠加到边梁上，引桥跨径为20 m，与35 m相比仅少人行道荷载。温度按英国规范BS5400中的温度梯度模式考虑升温和降温2组。利用桥梁结构受力分析综合程序（QJX）进行受力分析，荷载组合分以下5种：（1）恒载＋汽车。（2）恒载＋满布人群。（3）恒载＋汽车＋温度（日照升温）。（4）恒载＋汽车＋温度（日照降温）。（5）恒载＋挂车。

4．2结构受力情况和配筋计算

拟定截面尺寸和配束，首先进行预应力简支梁施工荷载受力分析，在施工荷载作用下，构件受力性能首先要通过。再根据连续梁体系形成过程进行受力分析。经过反复电算，分析比较大量的电算成果，不断调整截面尺寸和配束，使结构受力控制在A类构件要求内”钢束应力、混凝土应力和构件挠度、裂缝宽度均满足JTJ023－85《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》要求，因篇幅所限，计算结果略。

正截面强度采用计算公式：M j≤（R a b x（h 0－x／2））／r c偏安全地略去（R′g A′g （h 0－a′g））／r s，3 4

图3连续梁体系形成图

因为受压力钢筋面积A′g很小，对截面强度计算影响不大，确定中性轴位置x的计算公式：x＝（R g A g＋R y A y）／（R a b），据电算成果算得荷载效应M j，求得普通钢筋在受拉区的配筋面积A g。等跨径连续边孔跨中弯矩比中孔大，因此，20 m跨采用边孔的预应力筋比中孔大一些。普通钢筋、预应力筋、张拉控制力见表1。

4．3体系转换选择

预制工字梁吊装完毕后，其一是先进行体系转换（先浇连接段），再浇筑桥面板；其二是先浇筑桥面板，再进行体系转换（后浇连接段）。前者是在多次超静定结构上加桥面板荷载，必定引起结构次内力；后者是在简支梁上加桥面板荷载，降低连续支点处的负弯矩，更有利于用普通钢筋承载。设计采用后者，使结构重量大部分在简支状态下加载完毕，梁体内力分布更为理想。结构内力计算结果比较见表2。

4．4支点连接段的处理

连续梁连续支点处，通常采用预应力筋（包括无粘结预应力筋）承受支点处的剪力和弯矩。为了施工方便，工艺简单，设计采用普通钢筋承载，根据电算成果，画出弯矩包络图，使截面的抗力线包住构件的内力线。单片梁支点处，35 m跨梁需配16 25长10 m和28 16长20 m，20 m跨梁需配38 16长7 m就满足要求了，钢筋分两层布置在支点段桥面板内。临时支座采用硫磺砂浆，永久支座采用板式橡胶支座。施工时，大部分临时支座改用浆砌红砖，使用效果比较理想。硫磺砂浆成本较高，燃烧臭味难闻，污染空气，加热溶化拆除时浆会流到盖梁上，外观受损。浆砌红砖，就地取材，成本低，拆除时仅需把红砖打碎即可。

表1单片梁配筋情况表跨径

项目35m 20m边孔中孔边孔中孔预应力钢束3×12 j15．2 1×7 j15．2＋1×12 15．2 2×7 j15．2控制应力σk 0．694R b y 0．694R b y 0．716R b y0．70R b y 0．716R b y跨中普通钢筋（Ⅱ级）4 25＋8 168 16 12 12 12 16 注：表中N×M j15．2表示N束每束M根（股）直径为15．2mm的钢绞线。钢绞线强度R b y＝1 860 MPa。

表2不同施工方法结构内力表

节点号

先体系转换，后浇桥面板先浇桥面板，后体系转换20m跨35m跨20m跨35m跨N Q