简支转连续梁桥名目

目录

一、绪论

1、先简支转连续梁桥概述

1.1、先简支转连续梁桥的优缺点

1.2、先简支转连续桥梁的研究背景

1.3、先简支转连续桥梁的研究现状

2、论文的主要研究内容和方法

二、简支转连续桥梁的基本理论

1、简支转连续结构体系形式和施工方法

1.1、简支转连续结构体系形式

1.2、简支转连续桥梁的施工方法和控制过程

2、简支转连续桥梁的基本理论分析

2.1、概述

2.2、梁体应力基本理论

2.3、先简支转连续桥梁的次内力和内力重分布

2.4、先简支转连续桥梁的主梁内力

3、软件简介

3.1、有限元法简介

3.2、迈达斯Civil简介

三、简支转连续体系受力特性分析

1、工程概论

2、迈达斯Civil建模过程

3、不同施工工序下体系受力计算

3.1、内力计算

3.2、变形计算

4、计算结果分析

5、结论

四、参数分析

1、收缩徐变的影响分析

五、不同跨数的次内力分析

六、施工技术研究

一、绪论

1、先简支转连续桥梁的概述

1.1、先简支转连续桥梁的优缺点

先简支转连续桥梁是两跨及两跨以上的预应力混凝土通过现浇混凝土的形式连接而成的连续结构，该连续结构有一下几个优点：

（1）具有刚度大、变形小、伸缩缝少和行车舒适的优点；

（2）简支梁的预应力钢束在工厂进行张拉，而负弯矩区的预应力钢束布置及张拉均在主梁上进行，仅需吊装设备起吊主梁，减少施工设备，又能减少或避免张拉预应力钢束阻碍地面交通；

（3）预制梁能采用标准构件，进行工厂化统一生产和管理，有利于技术操作，减少施工时间，提高了经济效益，缩短了工期。

先简支转连续桥梁是连续结构，有以下缺点：

（1）基础不均匀沉降将在结构中产生附加内力，因此，对桥梁基础要求较高，通常适用于地基较好的场地。

（2）箱梁界面局部温差，混凝土收缩、徐变及预加应力均会在结构中产生附加内力，增加了设计计算的复杂程度。

1.2、先简支转连续桥梁的研究背景

从简支梁发展到简支转连续梁是一个漫长复杂的过程。简支梁是应用最早、最广泛的一种桥梁形式，因其简单的构造，方便施工，能够适应较大的地基沉降，因此在中小跨径桥梁中普遍应用。但是，简支梁桥的桥面因有伸缩缝的存在，致使行车颠簸。尽管简支梁的桥面连接本身就存在着缺陷，无法与连续梁结构体系的良好性能相比，但施工方面的优点使其在桥梁建设中扔占有一定的地位。需要

说明的是，我们认为的简支梁桥面连续应该包括两个方面：一、对于人们常说的梁上现浇混凝土板连续，此混凝土板内没有预应力配筋甚至普通钢筋；二、组合梁的桥面连续，是指，混凝土板作为梁结构自身的一部分，后浇筑或预制，一般采用预应力使其连续，此仍属于桥面板连续。桥面连续后，减少或消除了连续梁跨内的伸缩缝，获得了比较长的连续桥面，在垂直力的作用下，各跨仍能保持简支梁受力的基本特征。

主梁简支，桥面连续的结构体系迅速普及，施工工艺不断改进，但是还是不能从根本上解决问题，之后因此出现了“恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁”设想，即完全按照简支梁施工，安放两个支座，然后在桥墩顶处浇筑混凝土接头，待浇筑的混凝土达到预定强度后，结构体系就转换为连续梁体系。其受力比简支梁较优越。虽然减少了桥面伸缩缝的数量，也一定程度上改变支座处桥面开裂现象，但是不能从根本上永久解决支座处因负弯矩而导致的桥面开裂现象。只有将结构自身做成预应力连续，使整个断面连成一体，并在桥梁支座等容易开裂的地方储存一定的弹性压缩，才是消除开裂隐患和满足高速行车功能要求的根本办法。

1.3先简支转连续桥梁的研究现状

（1）国外研究现状：

无论是韩国、日本等亚洲地区，还是美国、加拿大等美洲地区及欧洲地区，都出现了很多采用“先简支后连续”施工方法建造成的桥梁实例。其中有两座桥梁在“先简支后连续”结构体系中占有重要的地位，它们是美国内布拉斯加州林肯市建造的两座人行桥：一座是第十街的人行天桥，另一座是第Ｖ号街的天桥。此两座桥采用的后连续连接技术是内布拉斯加研究设计的一种后连续工艺，使用此法

建造连续梁的方案成为了以下几个方案的优胜者：Ｉ形钢连续梁、Ｉ形预应力混凝土简支梁、Ｉ形后张预应力混凝土连续梁，可见先简支后连续结构体系的竞争力。随后国外出现了大量的先简支后连续结构体系桥梁。近年来，世界各国采用先简支后连续方法建造的预应力混凝土连续梁桥的数量在不断增多，而采用此方法建造的连续梁桥甚至与钢结构桥梁的竞争中处于上风。

国外采用先简支后连续施工方法建造连续梁已有很长时间了，与国内相同的是，他们的分析理论亦大多采用梁理论，但其先简支后连续的施工工艺与国内稍有不同。国外的先简支后连续结构体系大多采用钢梁—混凝土板组合梁或混凝土梁一混凝土板组合梁，而截面形式则多种多样，I 型梁、T 型梁、箱型梁等各种型式均有。下面我们来看看国外“先简支后连续结构体系”的研究状况。

大约在二十世纪六十年代，波特兰混凝土协会(简称PCA)对预制梁通过现浇桥面板和连续横隔板连续(两种类型的正弯矩连接，例如焊接在构造角上的直钢筋以及弯钢筋)方法进行了研究。预制梁的连续可以通过桥墩上方桥面板内布置连续的钢筋以及内支座处两根预制梁端部之间的混凝土横隔板得以实现。40 年以来，该种类型的连接一直是许多人研究的主题，这种连接方法已经成功的应用于诸多国的收缩徐变对先简支后连续结构体系的影响上。

在二十世纪七十年代后期，作为密苏里州联合公路研究计划的一部分，密苏里州一哥伦比亚大学研究了将钢绞线延伸到连接横隔板内部以形成正弯矩连接的可行性，提出了一种设计方法，它将钢绞线的应力限制在其极限承载力的15％，以避免疲劳破坏，该研究还建议连续横隔板应该在桥面板之前浇筑。

在1993 年，Joseph A．Ficenec，Steven．Kneip 等介绍了内布拉斯加林肯市十街高架桥工程．该桥为预应力混凝土连续梁（I 型截面）桥，采用先简支后

连续方法施工方法，后连续工艺利用了内布拉斯加大学研究设计的一种新的后连续方式。

在二十世纪九十年代后期，在国家联合公路研究计划的框架下，施工技术实验室(简称为CTL)对该类连续梁桥进行了分析研究，该项研究显示，由于时间效应所产生的正弯矩可以引起连续性连接的开裂。但相反抵抗矩将变大，因此配筋和没有配筋的连接最终可能都会开裂．该研究跨中弯矩实际上与连续性横隔板内的配筋无关，研究表明，正弯矩连接困难、费时、安装费用高，并且没有结构上的优点。

在英国，Clark 和Sugie 在二十世纪九十年代后期，研究了预制梁的正、负弯矩连接。他们建议，不去计算蠕变和收缩效应，而是对于跨径在20 米～36 米范围直接在铰处设计处能够抵抗700kN-m 的正弯矩，而梁高至少为1.1m。对于小一点跨度的梁，建议设计600kN-m 的正弯矩。

在2000 年，A．R．Marl 和J．Montaner 详细探讨了一种新型的预制混凝土连续箱梁桥的几何特征、概念设计、分析以及建造。该种典型的桥梁包括“U”形截面的预制预应力混凝土梁和通过横隔板端实现混凝土桥面板的后连续预应力连接。

由以上的内容可知，国外对于先简支后连续结构体系的研究不仅包括后连续的工艺上、后连续端部的力学特性，还包括后连续端部的正负弯矩筋的配设，由于他们的先简支后连续结构体系多采用组合体系，因而很多的研究集中在混凝土（2）国内研究现状：

国内来用此方法的时间与国外相差并不长，但是由于高等级公路的发展滞后，因而先简支后连续结构体系的设计和施工水平都与国外有很大的差距，造成了国内

对该种体系研究的落后现状，近年来讨论此问题的文献才见报道。“先简支后连续”的含义也在不断扩展，不仅包含了早期的桥面连续、桥面板连续、普通钢筋实现结构本身的连续、使用预应力使结构实现结构本身的连续等内容，而且涵盖了利用钢梁或混凝土梁作为简支构件，在现浇混凝土板内利用预应力实现结构连续的钢一混凝土组合梁桥的后连续问题；“后连续”的内容也从早的纵向连续扩展到横向上桥面板的连续问题（使用普通钢筋或预应力筋）；“先简支后连续”的施工方法所采用的截面型式也得到了扩展，由早期的“I”型截面、“T”型截面、“空心板梁”发展到了“Ｕ”型截面；跨径从早期的20～30 米增加到了现在的50～80米(如葡萄牙里斯本的伽玛桥的引桥采用80 米先简支后连续箱梁)，而且还有继续增大的趋势。

先简支后连续施工方法在二十世纪八十年代兴起，并很快得到了广泛的应用。我国河北滦河大桥、广东三洪奇大桥、柳南高速公路洛维大桥（30 米Ｔ梁）、京沈高速公路潮白河大桥（20 米空心板梁）、福宁高速公路八尺门海湾特大桥（30 米、50 米T 梁）、敦延一级公路长新高架桥引桥（40 米Ｔ梁）、梅河口绕越一级公路辉发河大桥（30 米箱梁）、国道102 长平一级公路东辽河大桥（20 米箱梁）以及肇源松花江特大桥引桥（40 米T 梁）等都是采用此方法建成的简支转连续梁桥。

在国内，对该种结构体系的研究近年来才见报道。以有文献

[15～22]、[6]

对先简支后连续结构体系的不同问题进行了研究分析，还有文献

[3]、[23]

比较了不同跨径的简

支梁、三跨连续梁以及连续梁的跨中和内支座弯矩，验证了先简支后连续结构体系的合理性，以及分析了混凝土的收缩徐变以及温度对先简支后连续结构体系的影响；此外对于先简支后连续结构体系的施工工艺、后连续技术等问题，国内亦有多人进行了不同程度的分析

[20]

，也对先简支后连续结构体系进行了室内模型实验研究

[24]。

由上述研究资料，以及针对吉林省所处的季节性冰冻地区高等级公路建设的实际情况和吉林省内所设计与施工、运营的几个典型的先简支后连续结构体系桥梁的详细资料，我们可以得出国内（特别是吉林省）对于“先简支后连续结构体系”的研究存在以下几个主要问题：

(1) 由于缺乏相应的规范及参考资料，目前我国先简支后连续结构体系的预制构件的设计依然根据规范上简支梁和连续梁的相关条例进行设计，没有考虑先简支后连续结构体系的固有特点。

(2) 在先简支后连续结构体系的施工工艺上，存在很大的分歧，对后连续端部的浇筑顺序、后连续预应力的张拉顺序以及后连续端部的浇筑方式缺乏统一的认识。

(3) 在后连续端部的配筋方式和配筋量上没有统一的规定，因而导致端部配筋的设计种类繁多，且带有一定的主观随意性。

(4) 新的桥涵设计规范的实施，原有的研究并不完全符合新规范的部分要求。2、论文的主要研究内容和方法

综上所述，国内外的研究人员对简支转连续钢筋混凝土梁结构在理论、试验等几方面已经作了许多有价值的工作。但是，仍存在一些问题需深入研究。由于简支

转预应力结构连续梁桥在施工过程中存在体系转换，结构由静定体系转化为超静定体系。通过在墩顶负弯矩区张拉局部预应力短束，主梁一次张拉后的内力受到墩顶短束二次张拉的作用，将在其内部重新分配[37]。而在设计理论上，基本是套用简支梁的设计理论为主，而没有具体考虑到先简支后连续桥梁自身的体系转换的特点。并且在先简支后连续结构的施工工艺的统一需要进一步确定，对后连续端部的浇筑顺序、以及负弯矩预应力钢筋的张拉顺序等方面需要确定。目前新的桥涵设计规范对先简支后连续桥梁的规定并不全面。针对以上存在的

问题，本文开展了以下几个方面的研究工作:

1）研究了先简支后连续梁桥的特点与分类，清楚目前国内外简支转连续桥梁在理论与施工等方面的研究发展现状。

2）基于力学理论、混凝土结构设计理论和桥梁结构力学行为等相关理论，并根据迈达斯软件模拟，给出先简支后连续桥梁在不同施工工序下的应力和变形。3）基于有限元理论，利用迈达斯Civil软件对具体的先简支后连续桥梁工程项目进行计算。通过有限元的数值计算，计算与分析每个施工过程及不同施工工序状态下结构的应力与变形。在理论上分析先简支后连续桥梁在不同施工阶段力学状态的改变情况，并用软件分析计算结果。

4）据以上理论研究为基础，对简支转连续桥梁在施工工艺、施工优化以及施工工序进行讨论与分析，确保先简支后连续桥梁通过合理的施工工艺和施工工序来保证桥梁在日后使用过程中具有较高的使用性能。

二、简支转连续桥梁的基本理论

1、简支转连续结构体系形式和施工方法

1.1、简支转连续结构体系形式

先简支后连续法是指:把一联连续梁、板分成几段，每段长一孔，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，即恒载简支、活载连续、支点不转换的连续梁。

1.2、简支转连续桥梁的施工方法和控制过程

先简支后连续桥梁有其独特的施工方法和控制过程，该种桥梁的施工方法和施工控制的核心内容是要保证桥梁在日后使用过程中具有较好的连续性和安全可靠性。但由于先简支后连续梁结构的实际施工过程通常与设计过程存在一定的差别。另一方面由于先简支后连续结构的施工存在结构体系上的转换，一些临时的调整往往会带来些不利的影响。通过对大部分先简支后连续桥梁施工过程的观察和分析发现，可知先简支后连续梁桥的负弯矩区是桥梁病害的多发部位。现浇湿接头在结构转换上发挥着重要作用，所以，湿接头的浇筑顺序与负弯矩结构筋的张拉施工顺序是先简支后连续桥梁施工控制的重点。

1先简支后连续梁的施工连接过程

先简支后连续桥梁的施工顺序有多种，不同的施工顺序对于该桥梁的施工阶段的应力、挠度和弯矩的影响程度是不同的。目前根据梁端部横纵向连接先后关系，多采用以下浇筑方法：

先将梁与梁的端部一次性浇筑混凝土，实现梁与梁端部接头的连接，而后张负弯矩位置处的预应力钢筋，然后再浇注桥面及桥面铺装等恒载，实现结构的连续整体化混凝土。

图1湿接头浇筑方式图

2简支梁的制作与梁端接头混凝土面处理

在此阶段施工过程中需要注意，完成对预制梁的制作后，强度达到设计要求强度之后，进行预应力钢束的张拉，张拉完成后进行孔道的压浆，并浇筑封锚混凝土，但连续端不浇筑封锚混凝土。

3支座的安放与简支梁的架设

主梁预制好后，将临时支座、永久支座安放在墩顶部的垫石上，要注意支座的摆放位置及其相互关系，要防止安装支座架设主梁时，支座发生落空现象。

4梁端钢筋与预应力钢筋连接

将主梁吊装就位，需要注意的是，在设置有伸缩装置的墩台顶部，需要将主梁支撑在永久支座上，而将连续位置处的主梁置于临时支座上，先形成为简支状态，必要时需要采用一定的支挡措施确保各单片主梁具有良好的稳定性能。之后按照设计图纸，在各主梁端部的湿接缝处进行钢筋的绑扎工作,其中已经截断的纵向钢筋需要按照设计要求进行连接，并摆放到指定位置。抗剪钢筋的连接可以采用挤压套筒。

当主梁的内部钢筋连接完成后，进行预应力孔道的安装，安装过程中应控制好预应力孔道的位置，以便降低预应力筋与孔道间的摩擦。预应力孔道在与两预制梁端与现浇段交接处的位置偏差应控制在2mm以内,避免预应力钢筋在此处发生方向的转折。

5模板的安装

对现浇段支设模板时，通常底模通常采用泡沫板,泡沫板的厚度要比支座厚大约2mm，以减少泡沫板在现浇混凝土压缩后的高度与支座高度相同,并在支座间的缝隙用密封胶布或砂浆封住,防止漏浆。对于支座较高,支底模空间大的情况,可用

木楔支撑木模板当底模。

另一方面为了保证梁体外侧混凝土平整光滑，同时也避免漏浆的发生。外侧模板两端沿梁长度方向的延伸要与已经预制好的简支梁重叠至少20cm，外侧模板的设计长度要比湿接缝至少长40cm。外模板要具有只够的强度和稳定性。通常采用工字钢做骨架，用槽钢做模型的加劲肋，用竖向拉杆和水平拉杆保证立模型尺寸的准确和稳定。

6现浇接头混凝土

要求现浇段混凝土要与预制梁混凝土型号相符，并且根据梁端头接缝处的受力情况,为了防止此部分的混凝土收缩引起现浇段与预制梁的开裂及预应力损失，在混凝土需要掺入一定量的膨胀剂。浇筑混凝土时根据配合比,严格控制混凝土各种原材料用量。浇筑时采用水平分层、连续浇筑的方法。先浇筑底板，再浇筑腹板，最后浇筑顶板。浇筑时，为控制混凝土拌合物的倾落高度，采用串筒伸入钢筋骨架下部下料，分层浇筑和振捣。采用小直径振捣棒的振捣器配合大直径振捣棒的振捣器,最后用平板式振捣器,确保现浇段混凝土密实。

7预应力张拉

当混凝土强度达到设计要求时，对预应力钢束进行张拉，张拉前千斤顶必须经过校正，确保校正的精度与千斤顶的有效性。高压油表必须经过校正后才允许使用。通常预应力的张拉要在一定温度下进行，张拉过程通常分3个阶段。当梁体受力稳定后，千斤顶分几次张拉到设计值，每次达到该阶段规定值后锁定千斤顶，待梁体受力稳定后才可进行下一次张拉，直至张拉到设计值，然后静停5分钟，测量出千斤顶活塞伸出长度，并测量工具锚夹片回缩量，通过计算得出伸长值。在张拉过程中根据设计说明确定预应力钢筋的张拉顺序。但一束钢束的一端回缩量

不得大于6mm，否则应重新张拉。预加应力时，每片后张梁出现断丝的总根数不得多于钢丝总根数的0.5%，不在同一束，且不在同一侧，否则必须进行处理。在主筋正式张拉全部完毕24小时以后，进行孔道的压浆，压浆前需经检查无滑丝、断丝、失锚及其它异常情况。

拆卸压浆短管的时间宁晚勿早。按不同季节，酌情掌握。以水泥浆不流出即可拆管。压入管道的水泥浆应饱满密实，对管道内的水泥浆的密实程度应定期进行抽查，对管道压浆有怀疑时，应及时检查，检查方法可在梁体侧面的两端和中部打眼观察。

8体系转换

当预应力管道中的水泥浆达到设计强度时，则应该马上进行体系的转换。对于简支转连续体系结构，其体系的转换是整个施工过程的重点，并且体系转换的能否成功直接关系到结构的承载能力和使用效果，在结构体系转换时通常要注意以下几点：１）施工过程中的临时支座通常采用硫磺砂浆，以便体系转换拆除临时支座比较容易。但需要注意的是要控制好硫磺砂浆配合比，同时在临时支座内部要埋有电热丝；2）安放临时支座垫石的高程误差要小于1mm，防止出现“三条腿”受力，防止梁发生扭曲而影响到结构的使用寿命。如果梁的架设方法采用传统方法，即在支承垫石上先落梁，然后锚固支座螺栓。由于支座间的距离比较大，也很容易形成梁体的三条腿受力状态，此时对梁体结构受力是非常不利的。2、简支转连续体系基本理论分析

2.1、概述

预应力混凝土构件自预加应力至使用荷载作用要经历几个不同的受力阶段，每个受力阶段也有其各自的特征。如预加应力阶段构件截面受最大预加应力作用，从

一开始施加预应力起，其预应力钢筋和混凝土就已处在高应力状态，构件截面是否能经受高应力状态下的考验：构件在制造好后，在运输和安装过程中能否经受住动荷载的冲击作用；构件安装就位后承受二期荷载及使用荷载作用，是否满足应力要求，尤其是混凝土收缩徐变和负弯矩区预应力束张拉引起的次内力和内力重分布、温度变化对先简支转连续组合T梁的影响。本论根据软件模拟分析，主要针对应力和变形计算做如下理论的分析。

2.2梁体应力基本理论

2.2.1施工阶段的正应力计算=21]

对后张法构件,在预加应力阶段的受力状态,预应力钢筋未与构件结成整体,

预应力钢筋的变形与混凝土和普通钢筋的变形步调不一致,因此后张法构件在此阶段应该采用净截面几何特性"本阶段构件主要承受偏心的预加力凡和梁的自身恒载g的作用,可采用材料力学偏心受压的公式进行计算"本阶段的受力持点是, 预加力凡,值最大(因预应力损失值最小),而外荷载最小(仅有梁的恒载作用)"

针对后张法构件的正应力计算如下720]:

1由预加力Np产生的混凝土正应力"为:

,或一会#赞夕#(2.1)

式中:ep二预应力筋和普通钢筋合力点至净截面重心的距离;

N厂预应力钢筋的预加应力(扣除相应阶段的预应力损失)的合力;

An!工n--构件混凝土净截面的面积!惯性矩和截面抵抗矩;

y"一混凝土应力计算点至混凝土净截面重心轴的距离"

o由构件自身恒载g,产生的混凝土正应力"为

0kc或ok"=

M"

一-二,一一y"1,(2.2)

式中:M厂受弯构件的自身恒载计算弯矩" 工n一净截面惯性矩"