探讨山区简支结构连续梁桥T梁设计与施工
摘要：在湖南省醴陵至茶陵高速公路建设中，第三合同段K15+200至K21+100，长约5.9KM，其中桥梁就占了1.612KM，以大中桥为主，整个合同段基本位于山区，文章结合本工程中的桥梁建设对山区简支结构连续梁桥T梁设计与施工进行了探讨。
关键词：简支结构；连续梁桥；先简支后；施工
我国地貌类型多样，地势西高东低，大致呈阶梯状分布，山区面积占全国总面积的69.24％(表1、表2)。湖南省山区高速公路地形地质复杂，构造物多，桥梁、隧道总长占路线长度的比例大，其中桥梁工程造价往往占到总造价的30％～40％。因此，桥梁设计对评价总体设计方案的优劣和工程造价的高低起重要作用。而且，设计且施工好其中的桥梁部分对于工程的建设就显得十分重要。
1山区高速公路桥梁的主要特点
1．1选型原则
(1)由于受地形和线形标准制约，山区高速公路桥梁线形和桥位往往受控于路线布设。桥位除跨越沟谷外，沿溪流、陡边坡行进或桥隧相连的情况也时常出现。曲线、大纵坡、高墩、长桥成为山区高速公路桥梁的一大特点。
(2)选型时应把握以下原则：尽可能采用标准化、系列化、规模化和施工机械化程度高的桥型；采用中、小跨径为主的桥型；针对山区特点考虑视觉稳定、舒适性；注重环保、地形协调，选用合理桥型和墩台形式；大型桥梁桥位、桥型、结构形式与路线方案、隧道方案协调；开展结构耐久性设计、材料耐久性研究。
1．2结构体系选择
(1)根据路线平纵面条件、地形、地质、水文条件、施工条件、建筑材料来源等因素，综合考虑施工组织、施工进度、施工机械化、规模化的要求，山区高速公路桥梁结构形式选择以预制梁式桥为主。考虑高速公路运营的整体性和舒适性要求，尽量采用连续结构体系。
(2)山区高速公路桥梁多为弯、坡桥，单向行驶的大纵坡长桥在长期反复的汽车制动力作用下，梁体具有沿汽车行驶方向滑移的趋势。如果采用全连续结构，往往造成梁体受力不平衡，支座脱空甚至破坏，从而导致梁体开裂。因此，山区高速公路桥梁宜采用先简支后连续的结构体系，既适应平面线形，又适应桥梁受力特点，保证行车舒适，结构耐久适用。
(3)传统的简支梁桥在行车荷载作用下极易出现破坏，造成桥面铺装出现早期裂缝，且跨中弯矩较大致使梁的截面尺寸和自重显著增加。传统的连续梁结构复杂，不利于预制安装施工，而往往采用支架现浇以致造价昂贵且工期较长。先简支后连续梁桥克服了以上2种桥梁的缺点，发挥了它们的优点：结构较简单，施工方便，有利于采用工业化大规模预制生产并用现代化的起重设备进行安装；同时，桥面无断点，行车舒适且支点负弯矩的存在使跨中正弯矩明显减少而减少材料用量及结构自重，从而达到材料最省、造价最低、工期最短、寿命最长的最优效果。
1．3上部构造形式选择
上部构造形式的选择应结合桥梁的具体情况，综合考虑其受力特点和经济性，并应注意山区高速公路的特点，不追求大跨径，尽量做到标准化、系统化、施工便利、节省造价。由于预制拼装T梁在中等跨径桥梁中具有造价省、施工方便的特点，其造价低于整体式箱梁，故成为中等跨径梁桥的常用桥型。
1．4桥墩形式选择
将双柱墩与矩形薄壁墩进行比较，在桥墩面积、横向宽度相等的情况下，双柱式墩的横向及纵向刚度是矩形薄壁墩的3倍以上。因此，以双柱式墩作为中等跨径T梁桥的墩型，在曲线、大纵坡、高墩桥梁中具有变形小的优势。另外，山区高墩桥梁一般均需采用桩基，双柱对应桩基，可省去承台，节省工程量。
2先简支后连续T梁设计
2．1分类及设计思路
根据结构实现形式的差异，山区高速公路中的先简支后连续T梁可归纳为3类：简支桥面连续梁桥；简支结构连续梁桥(包括墩顶单支座单横梁简支结构连续梁桥、墩顶双支座单横梁简支结构连续梁桥、墩顶双支座双横梁简支结构连续梁桥)；简支刚构连续梁桥。3类连续T梁桥均以简支梁为基础，需先将预制梁简支架设。其在结构实现形式上的差异见表3。
表3先简支后连续T梁桥分类
类型 结构实现形式
简支桥面 将相邻跨简支梁端面上缘翼板或顶板全部或部分采用钢筋混凝土构造连为一体
简支结构连续梁桥 改进简支梁在负弯矩区段的构造，通过现浇混凝土湿接头将相邻跨主梁在墩顶连为一体，成桥状态墩顶区段将承受负弯矩
简支刚构连续梁桥 改进简支梁在负弯矩区段的构造，通过现浇混凝土湿接头将相邻跨主梁及墩顶连为一体，形成墩梁固结桥梁，成桥状态墩顶区段主梁将承受负弯矩，桥墩将承受弯矩
2．2支承方式设计
从施工便利、梁体结构受力、桥墩受力、支座受力及耐久性、墩顶结构连续可靠性等方面综合考虑，双支座与单支座支承方式均可采用。鉴于目前墩顶湿接头混凝土施工以及墩顶二次预应力建设质量实际状况，原则上采用双支座支承方式，并建议采用板式橡胶支座。
2．3受力分析和体系转换
(1)先简支后连续T梁从受力上分析可分成2个阶段，即在一期恒载作用下呈简支粱受力状态，在二期恒载与活载作用下却呈连续梁受力特点。它的连续是通过将相邻两孔间对应的主梁用普通钢筋混凝土或预应力钢筋混凝土连接来实现的。在这一区段范围内主梁主要承受负弯矩，是实现先简支后连续梁的关键，也是设计的关键和难点。
(2)从施工到成桥均经过从简支到连续的体系转换。在简支阶段梁体主要是承受本身的预制重量和现浇湿接头的重量，而连续阶段主要是承受二期恒载(如桥面铺装及安全带等)和活载(如汽车、挂车)。
2．4设计参数
必须根据成桥目标，按照施工过程进行正装、倒装结构分析，给出各主要工况下梁、板体及墩顶连续构造的几何状态参数，以便施工过程控制。设计要求的参数包括：T梁预制预拱度，预制T梁存放时间，墩顶湿接头浇筑及体系转换实施时间，二期恒载施加时间，二次预应力张拉时间，二次预应力张拉时混凝土强度，墩顶湿接头混凝土品质要求等。
2．5构造设计
简支T梁是简支连续梁桥的基本结构。由于先简支后连续梁桥在运营期的受力行为与简支梁之间的差别较大，故根据结构体系的不同应对普通简支梁构造进行改进设计。
2．6墩顶湿接头设计
(1)先简支后连续T梁是通过在墩顶处现浇相邻两简支T梁的接头来实现的，接头设计是否合理直接关系结构的安全性、耐久性和经济性。对接头形式的选择应根据其承受负弯矩的大小来决定。从以往设计经验可知，跨径不大于30m的先简支后连续T梁宜采用普通钢筋混凝土接头，跨径大于30m的先简支后连续T梁宜采用预应力混凝土接头。
(2)根据不同体系，湿接头即为纵向连接2跨简支梁、横向连接同跨梁体的现浇混凝土段。根据施工情况及受力效果，施工时湿接头连同其上的桥面铺装(范围为梁端头到第1块预应力筋锚块混凝土间)一起浇筑混凝土，此时梁的最大弯矩转移到墩顶湿接头处，且变为负弯矩；同时现浇段的剪力比原设计简支梁梁端所受剪力还大。因此现浇段承受着最大弯矩及最大剪力，为连续梁的危险截面。
3先简支后连续T梁施工
由于山区地形起伏大，桥梁工点的交通运输条件差异较大，因此施工方案对桥型方案的选择、桥梁基本造价、工期以及施工安全等都有较大影响。山区高速公路中，一般大、中桥主要采用装配式结构，多用架桥机安装；如因预制场地困难，现浇也是可行的；某些重点大桥还可采用移动支架的工艺。
3．1施工阶段
施工时，第1阶段是施工下部结构；第2阶段架设预制梁，形成简支梁，此阶段主梁承受预制梁自重及预加力所产生的内力；第3阶段浇筑墩顶连续段混凝土，待混凝土强度达到要求后，拆除临时支座，形成连续梁。连续梁桥在运营阶段承受的力有全部恒载、活载、温度、支座沉降及收缩、徐变产生的次内力等。先简支后连续梁桥跨中正弯矩要比现浇一次落架大，而支点负弯矩要比现浇一次落架小。
3．2施工工序
先简支后连续T梁桥，必须考虑施工中体系(或支座)转换及各工序下混凝土龄期的不同，并对各施工步骤中结构的安全提供设计保证。设计考虑的施工工序和流程如下：T梁预制→分批张拉T梁内抵抗正弯矩的预应力钢束(一期束)→T梁安装并连接T梁横隔板→现浇墩顶湿接头或墩梁固结混凝土→体系(或支座)转换→张拉抵抗负弯矩的预应力钢束(二期束)→二期恒载施加→成桥。
3．3施工工艺
先简支后连续主梁预制施工工艺与普通主梁预制相同，但其主梁结构比普通主梁复杂，特别是连续结构的细部尺寸、钢筋安装、负弯矩钢束的布置等应特别控制好。施工工艺流程见图1。
3．4注意事项
先简支后连续施工，重点在于临时支座设置要可靠且墩顶连续纵向管道要通畅，便于穿钢绞线。纵向连续预应力本身是一种成熟的工艺，主要是在梁预制过程中，墩顶连续纵向管道内要预穿钢绞线，混凝土浇筑完后抽出，以保证管道畅通。如能适当加大管道，则更有保证。此外，现浇湿接头承受着最大弯矩和最大剪力，故湿接头的施工应重点控制。
4结论
(1)在山区高速公路建设中，中等跨径的桥梁占相当大的比例，选择一种受力合理、造价低廉、施工快捷及营运性能好的桥型对山区高速公路建设具有长远的意义。由于先简支后连续T梁具有施工方便、工期短、造价低等优点，同时又有行车舒适、养护维修费用省等特点，恰好能满足上述要求，因此在山区高速公路建设中得到广泛应用。
(2)本文对先简支后连续T梁桥的设计特点进行了分析总结。随着山区高速公路建设的深入开展，该桥型必将得到更加广泛的应用和更加深入的研究。
(3)先简支后连续梁桥的施工由于结构复杂，工序繁琐且专业性强，每道工序都会影响整座桥梁的施工质量，因此必须组织专业化的施工队伍进行施工。只要精心组织，科学安排施工，其施工质量是可以控制好的。
参考文献
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