先簡支後連續結構體系

目前的現狀是：對于小跨徑的高等級公路橋梁多采用裝配式鋼筋混凝土闆梁的形式，中等跨徑的橋梁則采用裝配式預應力混凝土箱梁的形式，對于大跨徑預應力混凝土連續梁橋。但由于現澆連續梁的施工複雜繁瑣、費工費時，人們一直希望将簡支梁的批量預制生産和連續梁的優越性能結合起來，實現用箱梁批量預制生産的方式來加快連續梁的建設進度，這就是“先簡支後連續”方法得到廣泛應用的背景。

先簡支後連續橋梁結構就是兩跨及兩跨以上的預應力混凝土梁通過現澆混凝土形成連續結構，優點有以下幾點：

1、剛度大、變形小、伸縮縫少和行車舒适；

2、簡支梁的預應力鋼束在工廠進行張拉，而負彎矩區的預應力鋼束布置及張拉均在主梁上進行，僅需吊裝設備起吊主梁，減少了施工設備，又能避免張拉預應力鋼束造成地面上的障礙；

3、預制梁能采用标準構件，進行工廠化統一生産和管理，有利于技術操作，節省了施工時間，縮短工期，提高經濟效益。

先簡支後連續法是指：把一聯連續梁、闆分成幾段，每段長一孔，各段在預制場預制後經移運吊放到墩台頂的臨時支座上，在完成濕接縫的各項工序後澆注濕接縫混凝土，然後張拉負彎矩預應力束，拆除臨時支座，使連續梁落座到永久支座上，完成結構由簡支到連續的體系轉換。

簡支轉連續結構存在結構體系的轉換過程，從施工到建成分為兩個階段：預制簡支構件的安裝架設（簡支階段）；内支座區域現澆濕接縫混凝土、預應力鋼筋後期張拉形成完整的連續結構（連續階段）。簡支階段構件承受的是本身自重和前期預加力以及施工荷載等前期荷載；形成連續梁之後，構件還要承受後期恒載、車輛荷載、後期預加力，以及使用階段的其它可變荷載等後期荷載。因此，先簡支後連續結構的受力與簡支梁或者完全的連續梁有較大的差别。主要差别在下面兩個方面：

（1）結構變形

在簡支階段由自重、前期預應力筋張拉力、收縮徐變及預應力損失等因素使結構産生的變形, 在濕接縫混凝土澆築及後期預應力筋張拉後, 其變形即被約束。這樣, 前期與後期荷載分别在兩個不同的結構體系下産生變形,且變形互不幹撓。因此, 後期預應力筋張拉後, 結構的線形将更趨平順, 使橋梁保持良好的線性。

（2） 内力及内力重分布

結構體系轉換過程中, 内力變化比較複雜。在預制裝配為簡支結構時, 混凝土的齡期較早, 收縮與徐變的變形量都較大, 這時的變形結構是靜定體系, 不産生支座反力, 沒有内力重分布問題。此時支座産生的不均勻沉陷也不産生次内力。在張拉後期預應力筋後, 張拉力對結構内力及截面應力産生影響。在結構形成連續體系之後, 對于收縮、徐變以及支座不均勻沉陷的分析則應按連續梁體系計算, 這時還應考慮其次内力以及内力重分布等。一般情況下, 從預制張拉、簡支拼裝到形成連續體系要經曆2～3個月以上, 這一期間是混凝土收縮與徐變發生量最大的時期, 結構處于靜定結構狀态, 混凝土的收縮與徐變的影響僅發生結構的變形而不産生次内力。在形成連續體系後, 部分的後期恒載（主要是橋面鋪裝）将會産生徐變次内力, 但是與完全連續梁相比, 其産生的徐變次内力要相應小得多。因此簡支轉預應力連續橋梁在受力性能方面具有優越性, 對混凝土的收縮、徐變, 以及支座不均勻沉陷等影響較小。

中等跨徑橋梁的受力特性之一是可變荷載（主要是汽車荷載）産生的内力占總荷載内力的比例較大。圖為T形截面簡支梁，當跨度20～40m時，跨中彎矩中的汽車-超20級荷載産生的彎矩與總荷載彎矩的比（kM=Mp/（MG Mp））。該簡支梁最大的kM高達約50%。圖為相同截面形式的三跨連續梁跨中彎矩及内支座彎矩的kM值（圖中實線為邊跨跨中的數值，虛線為内支座的數值）。

從彎矩比例關系可以看出，随着跨徑的增大，汽車荷載産生的彎矩占總荷載彎矩的比例趨于減小。對于中等跨徑的橋梁，汽車荷載産生的彎矩約占總荷載彎矩的30%～50%。意味着結構的内力變化幅度比較大，這對全預應力混凝土結構是不利的。因為當結構按全預應力的要求設計時，為了平衡正常使用極限狀态總荷載産生的内力必須施加較大的預應力、設置較多的預應力鋼筋;當沒有汽車荷載作用時，結構仍然處于高壓應力狀态，因此，結構的反拱度較大，混凝土的徐變影響也較嚴重，而且徐變變形還将加劇結構的反拱。先簡支後連續結構體系，其跨中彎矩明顯比簡支結構的彎矩小，而内支座的負彎矩要比完全的連續結構内支座的負彎矩小得多。

根據以往多年的設計經驗初步估算先簡支後連續結構比簡支結構橋梁節約鋼材12.2%左右；先簡支後連續結構橋梁比現澆連續結構橋梁節約施工成本5.6%。可見先簡支後連續結構不僅結構性能優越，而且經濟效益良好，對于孔數多的大橋、特大橋經濟效益更顯著。

先簡支後結構連續梁橋設計

1、設計思路

①墩項單支座單橫梁先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎，針對成橋狀态的先簡支後結構連續梁橋墩項區段将承受負彎矩，在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後，通過墩頂現澆梁濕接頭，同時現澆用以嵌固簡支梁的墩項鋼筋混凝土橫梁，并在負彎矩區段翼闆内施加預應力或直接借助連接相臨跨簡支梁伸出的普通鋼筋而形成。簡支梁橋的支座作為臨時支座，連續實現後拆除臨時支座，将臨時支座反力轉換至永久支座。

②墩頂雙支座單橫梁先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎，針對成橋狀态的先簡支後結構連續梁橋墩頂區段将承受負彎矩，在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後，通過墩頂現澆梁濕接頭，同時現澆用以嵌固簡支梁的墩頂鋼筋混凝土橫梁，并在負彎矩區段翼闆内施加預應力或直接借助連接相臨跨簡支梁伸出的普通鋼筋而形成。簡支梁橋的支座即為永久支座。

③墩頂雙支座雙橫梁先簡支後結構連續梁橋

以簡支梁橋為基礎，針對成橋狀态的先簡支後結構連續梁橋墩頂區段将承受負彎矩，在對簡支梁在負彎矩區段的構造做必要的改進後，通過在墩頂現澆t梁端橫隔闆濕接頭和相臨跨簡支梁翼闆和腹闆濕接頭，并在負彎矩區段翼闆内施加預應力而形成。簡支梁橋的支座即為永久支座。

2、簡支梁構造改進

簡支梁是先簡支後結構連續梁橋的基礎。由于先簡支後結構連續梁橋在服役期的受力行為與簡支梁相差甚遠，所以，需要對普通簡支梁構造進行改進後方能用于先簡支後結構連續梁橋．

①墩頂單支座單橫梁先簡支後結構連續t梁橋

• 以簡支t梁為基礎，将中墩處端橫隔闆底緣改為與t梁底緣齊平，以便于墩頂鋼筋混凝土橫梁澆築和有利于其對t梁的嵌固作用。

• 将t梁梁肋在橫隔闆外的伸出長度最少增至25cm，以便于墩頂鋼筋混凝土橫梁對t梁起嵌固作用。

• 在端橫隔闆靠墩側伸出鋼筋，并在伸出橫隔闆的t梁梁肋内預埋向兩側伸出的鋼筋，使其與墩頂鋼筋混凝土橫梁的其他鋼筋連接，增強t梁與墩頂鋼筋混凝土橫梁的整體性。

• 二次預應力如果未錨于t梁中橫隔闆處，應在錨固處增設部分橫隔闆(即矮橫隔闆)，以便改善錨固區域結構受力。

• 将負彎矩區段的普通t梁翼闆增厚3～5cm，以便于預應力管道設置和改善該區域結構受力，有利于預應力體系的耐久性。

• t梁翼闆、梁肋端面伸出足夠的連接鋼筋。

②墩頂雙支座單橫梁先簡支後結構連續t梁橋

• 以簡支t梁為基礎，将中墩處端橫隔闆底緣改為與t梁底緣齊平，以便于墩頂鋼筋混凝土橫梁澆築和有利于其對t梁的嵌固作用。

• 将t梁腹闆在橫隔闆的伸出長度最少增至15cm，以便于t梁與墩頂鋼筋混凝土橫梁形成整體。

• 在端橫隔闆靠墩側伸出鋼筋，增強t梁與墩頂鋼筋混凝土橫梁的整體性。

• 二次預應力如果未錨于t梁中橫隔闆處，應在錨固處增設部分橫隔闆(即矮橫隔闆)，以便改善錨固區域結構受力．

• 将負彎矩區段的普通t梁翼闆增厚3～5cm，以便于預應力管道設置和改善該區域結構受力，有利于預應力體系的耐久性．

• t梁翼闆、梁肋端面伸出足夠的連接鋼筋。

③墩頂雙支座雙橫梁先簡支後結構連續t梁橋

• 以簡支t梁為基礎，将中墩處端橫隔闆厚度增至40cm,并使端橫隔闆底緣與t梁底緣齊平，以利于其整體性．

• 簡支t梁端部150～200cm範圍，梁肋寬度增至至少50cm。

• t梁腹闆伸出支座中線至少30cm，确保支承的可靠性。

• 墩頂兩端橫隔闆間的t梁翼闆采用等厚結構，厚度增至20cm。

• 二次預應力如果未錨于t梁中橫隔闆處，應在錨固處增設部分橫隔闆(即矮橫隔闆)，以便改善錨固區域結構受力。

• 将負彎矩區段的普通t梁翼闆增厚3～5cm，以便于預應力管道設置和改善該區域結構受力，有利于預應力體系的耐久性．

• t梁翼闆、梁肋端面伸出足夠的連接鋼筋。

3、總體設計

①先簡支後結構連續梁每聯跨數一般不超過5跨。

②當橋梁跨徑達到30米，橋梁縱坡達到2．5％，且墩高在15米以上，或其他墩梁剛度比适合墩梁固接時，原則上均采用先簡支後剛構連續梁橋，以便減少支座維護、更換等工作。

③對于20米以下跨徑橋梁，原則上均采用先簡支後橋面連續梁橋；對于20米以上跨徑橋梁，墩頂連續和墩梁固接應采用預應力構造，對于20米左右跨徑橋梁，可以采用以預應力空心闆為基礎的鋼筋混凝土結構連續設計，但應嚴格限制裂縫寬度。

④支承方式設計

1)雙支座先簡支後結構連續梁橋支座受力不均、可能出現一排支座脫空頻繁出現，支座容易疲勞，影響使用壽命；另外，一排支座脫空還會導緻橋墩偏心受壓負擔增大，對橋墩受力不利。另一方面，雙支座先簡支後結構連續梁橋支座支承于預制t梁混凝土結構上，即使墩頂梁端濕接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立不可靠，導緻“連續”失效，一般不至于危機橋梁結構安全(落梁)。同時，雙支座簡支結構連續梁橋施工工序簡單，特别是避免了支座轉換，極大的方便了施工。

2)單支座簡支結構連續梁橋受力體系及力學行為明确，設計不可預見的不利因素少，理應具有更高的可靠性和耐久性。但單支座先簡支後結構連續梁橋支座支承于墩頂梁端濕接頭混凝土結構上，新老混凝土接縫正處于剪力主梁最大的部位，如果墩頂梁端濕接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立不可靠，可能導緻“連續”失效，進而危機橋梁結構安全(落梁)。

3)鑒于目前墩頂梁端濕接頭混凝土施工以及墩頂二次預應力建立質量保證度不高，采用雙支座簡支結構連續梁橋不失為避免出現橋梁結構安全(落梁)的一種措施，但鑒于雙支座簡支結構連續梁橋支座受力不均，可能出現一排支座脫空，從而導緻橋墩偏心受壓(負擔增大)的問題的存在，設計中必須考慮支座受力不均、支座受力變化幅度大對支座耐久性以及橋墩受力的影響。

4)按照上述簡支梁構造改進措施，隻要墩頂現澆橫梁足夠強大，預制梁嵌入墩頂現澆橫梁在25cm以上，墩頂現澆橫梁鋼筋構造合理，并與預制梁(闆)各種伸出鋼筋形成整體，墩頂連續施工(鋼筋混凝土、二次預應力體系)質量得到保證，采用單支座先簡支後結構連續梁橋是合理的。

5)單支座先簡支後結構連續梁橋具有墩項單、雙橫梁之分。從連接可靠、結構耐久、适應曲線橋梁受力需要考慮，宜采用單橫梁方式。

⑤先簡支後結構連續梁橋，必須考慮施工中體系(或支座)轉換、各工序下混凝土齡期的不同，并對各施工步驟中結構的安全提供設計保證。設計考慮的施工工序、流程如下：t梁預制→分批張拉t梁内抵抗正彎矩的預應力鋼束(一期束)→t梁安裝并連接t梁橫隔闆→現澆墩頂濕接頭或墩梁固接混凝土→體系(或支座)轉換→張拉抵抗負彎矩的預應力鋼束(二期束) →t梁翼闆間現澆帶混凝土澆築→二期恒載施加→成橋。

⑥必須根據成橋目标，按照施工過程進行正裝、到裝結構分析，給出各主要工況下梁、闆體及墩頂連續構造的狀态參數(幾何等)，以便于施工過程控制。設計要求的參數包括：

1)t梁預制預拱度：根據正裝、到裝結構分析得出．成橋時應具有适應連續梁後期下撓的預拱度。

2)預制t梁存放時間：2個月。

3)墩頂濕接頭澆築及體系轉換實施時間：1個月。墩頂濕接頭實施溫度：一天中溫度最低且變化最小的時段。

4)二期恒載施加時間：1個月。

5)二次預應力張拉時間：最好在t梁翼闆問現澆帶或空心闆企口混凝土澆築前進行。縱向張拉順序按照結構分析結構确定，一般采用間隔式張拉。

6)二次預應力張拉時混凝土強度：主梁100％，墩項濕接頭、t梁橫隔闆等85％。

7)墩頂濕接頭混凝土品質要求：高強度、低收縮、高韌性。其中，3天基長下，标養60天的收縮量控制在350以内。

⑦先簡支後結構連續梁橋設計中應充分考慮混凝土收縮徐變、溫度變化以及基礎不均勻沉降的影響，其中，先簡支後結構連續梁橋需考慮支座更換引起的“強迫”位移對結構的影響。一般情況下，先簡支後結構連續梁橋對中墩考慮o．8～1．2cm的支座強迫位移進行結構分析．

⑧鑒于簡支梁吊裝能力一般不存在困難，同時，二次澆築結構性橋面鋪裝層的質量控制困難，原則上不采用主梁二次澆築成型的設計方案。

⑨基本梁一律采用一次預制成型，裸梁上現澆的混凝土層僅起調平作用，不作為結構性混凝土層(不考慮參與主梁受力)，其厚度在8cm以上。當現澆調平層小于6cm時，設置鋼筋網後将可能起到反作用，宜采用柔性纖維混凝土。

⑩簡支t梁翼闆橫坡應設計為與橋梁橫坡一緻，即使在灣道上也應如此，以便橋梁空間幾何狀态控制。

4、墩頂濕接頭構造設計

①對于單橫梁單、雙支座先簡支後結構連續梁橋，在上述簡支梁構造改進基礎上，将新澆鋼筋混凝土墩頂橫梁設計為與簡支梁形成整體，并對簡支梁起嵌固作用。構造上，墩頂橫梁與簡支梁同高，以端橫隔闆為側模。設置由順蓋梁方向的橫梁主要縱向受力鋼筋(骨架)、簡支梁縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系，設置由上緣縱向抵抗負彎矩預應力鋼筋以及可能因支座沉降需要的下緣縱向預應力鋼筋形成的預應力體系。

②對于雙橫梁雙支座簡支結構連續梁橋，在上述簡支梁構造改進基礎上，設計強大的端橫梁将多片簡支梁形成整體。構造上，端橫梁高度與簡支梁同高，設置由順蓋梁方向的橫梁主要縱向受力鋼筋(骨架)、簡支梁梁肋、翼闆縱向受力鋼筋和足夠的箍筋形成的普通鋼筋體系，設置由上緣縱向抵抗負彎矩預應力鋼筋以及可能因支座沉降需要的下緣縱向預應力鋼筋形成的預應力體系。

5、二次預應力體系設計

①預應力根據負彎矩分布情況分散錨固，錨固點之間距離不小于2米。

②錨固點設在裸梁面上時，施工方便，但錨固齒闆尺寸較小，需要精細施工，否則，容易引起錨固齒闆高度等幾何尺寸超限，影響後續施工質量，容易出現錨固齒闆整體性差，危及預應力錨固效果。

③錨固點設在裸梁面下時，施工較複雜，但由于錨固齒闆與梁體為一體，在整體模闆下，錨固齒闆施工質量以及預應力錨固效果容易得到保證。

④從保證二次預應力體系建立精度、可靠性和耐久性考慮，原則上應采用裸梁面下錨固方式。考慮到上述對簡支梁翼闆、頂闆已做厚度增厚的改進，也可以采用在翼闆、頂闆開部分(不穿透)槽口的方式進行錨固。槽口下應設有臨時排水孔。

⑤對于靠近梁肋的預應力柬宜采用塑料園波紋管成孔，以便确保成孔和壓漿質量。對于其他在考慮翼闆、頂闆增厚後仍因尺寸原因不能采用園波紋管成孔的，應采用塑料扁波紋管成孔，同時塑料扁波紋管的淨空高度應在3cm左右，以保證壓漿質量。

⑥壓漿宜采用真空壓漿。

先簡支後連續橋梁結構驗算

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