40米先简支后连续T型梁桥的设计及施工工艺.doc

40米先简支后连续T型梁桥的设计及施工工艺（刘中启、吴昌明） 作者：刘中启、吴昌明来源：未知点击数：1916更新时间：2007-9-6 刘中启 吴昌明 （江西省公路机械工程局，江西 南昌 330044）摘 要：先简支后连续梁桥是当前应用较广泛的一种桥梁上部结构形式，该桥型的设计与施工工艺是我们桥梁工程师所必须掌握的。 下面以长睦岭高架特大桥先简支后连续T梁为例介绍该桥型的设计与施工工艺。关键词：先简支后连续；湿接头；设计；施工工艺1 工程简介长睦岭高架特大桥位于沪瑞高速公路江西境内昌傅至金鱼石段K495+515处，是昌金高速公路线上最长的一座特大桥，起点桩号为K495+090.96，终点桩号为K495+939.04，桥梁全长为848.08米，桥宽26米，上部构造采用2140米先简支后连续预应力砼T梁结构，按4孔一联和5孔一联进行布置，每孔由12片T梁组成，T梁高为2.3米，宽为2.1米，跨中腹板厚18，支点附近腹板厚52。桥梁横向通过梁间横隔板及翼缘板的湿接缝连接成整体，纵向通过两跨T梁间湿接头及施加预应力连接成连续结构。2 先简支后连续梁桥的特点 连续结构示意图，如图1 传统的简支梁桥在梁衔接处通常设置成桥面连续, 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, 使桥面铺装使用寿命降低而极大地增加了桥梁的维修费用, 同时, 简支梁跨中弯矩较大致使梁的截面尺寸和自重显著增加, 需要耗用材料多, 造价较高。传统的连续梁结构复杂, 同时不利于预制安装施工, 而往往采用支架现浇以致于造价昂贵且工期较长。新型的先简支后连续梁桥刚好克服了以上两种桥梁的缺点, 发挥了他们的优点: 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, 大大节约了现浇用的模板支架等材料,降低了劳动强度, 缩短工期, 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。3 简支梁桥与先简支后连续梁桥的受力分析比较假设梁未受外荷载的作用而按匀布荷载考虑，作简支梁和先简支梁后连续梁的剪力图和弯矩图，如图2和图3 比较简支梁和先简支后连续梁的剪力图和弯矩图可知, 简支梁支座处剪力最大, 跨中弯矩最大； 先简支后连续梁剪力和弯矩(负弯矩)最大的位置均在两梁衔接处(支座处)即现浇段湿接头处, 因此, 现浇段湿接头承受着最大的剪力和最大的弯矩为先简支后连续梁的危险截面。4 设计要点4.1 结构计算方法40米预应力砼先简支后连续T梁横向分布系数采用刚接梁法计算, 在跨径的两个四分点之间按偏心受压法, 在支点处按杠杆法计算, 支点和四分点之间按直线变化考虑。4.2 设计基本数据（1）预应力钢束由5根或7根公称直径为j15.24高强低松弛钢绞线组成, 抗拉极限强度为1860Mpa, 其锚下控制张拉应力为1395 Mpa, 钢束张拉力分别为976.5KN及1367.1KN。（2）主梁预应力张拉受力龄期不少于10天, 且锚下砼(梁端2M内和中部锚块上)应达到95%设计强度。（3）预制主梁架设龄期原则上不少于1个月。（4）体系转换用的临时支座强度不得小于主梁砼强度。4.3 特殊设计由于现浇段湿接头处承受着最大的剪力和最大的弯矩(负弯矩)，因此此处的设计与简支梁存在较大差异, 主要表现在以下两方面:（1）在预制梁端部预埋了竖向两排粗钢筋, 伸出锚端。湿接头施工时纵向两梁的粗钢筋连接在一起, 主要起抗剪作用, 称为“梁端抗剪钢筋”。（2）在梁端腹板顶部对称布置6根抗负弯矩钢束（N1、N3、N4）和底部对称布置2根连续钢束（N2）, 此8根钢束匀起连续作用, 称为“主梁连续钢束”。顶部连续钢束锚头设在翼缘板底部及腹板两侧, 底部连续钢束锚头设置在马蹄两侧。5 先简支后连续T型梁的施工工艺黄泥坑高架桥上部结构为21孔40米先简支后连续T梁, 按4孔一联和5孔一联进行布置, 5孔一联桥孔布置图如图45.1 预制主梁 先简支后连续主梁预制施工工艺与普通主梁预制相同, 但先简支后连续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。5.2 张拉正弯矩钢束张拉正弯矩钢束与普通主梁相同，但必须注意的是：主梁张拉完毕后不应立即割断工作长度范围部分的钢绞线，而应先检查主梁横向弯曲变形，如跨中横弯变形偏离两端连线1.5以上时，必需分析原因并对张拉力进行适当调整，否则不允许起吊。 5.3 架设主梁 在主梁砼强度达到100%设计强度后才允许吊装，采用设吊孔穿索兜托梁底的吊装方法进行吊装，采用架桥机进行架设。主梁就位于用硫磺砂浆（内设电阻丝）制作的临时支座上。临时支座构造尺寸为40cm70cm9cm，采用硫磺砂浆（内设电阻丝）进行制作，硫磺砂浆经验配合比采用中（粗）砂石英砂硫磺 = 51.53.5或经试验确定，电阻丝采用功率为2-4KW，长度约90cm的电阻丝，在硫磺砂浆中按“U”形布置。5.4 浇注墩上湿接头一联主梁安装完毕后即可进行湿接头施工，首先将梁端表面砼凿毛深1左右，将支座置于墩顶支座垫石上，放好后在其周围安装底模，然后按现浇湿接头钢筋构造图绑扎钢筋、安装连续钢束孔道和安装侧模，最后则可进行湿接头砼的浇注，浇注时应从两边往中间浇注。根椐该段的受力情况，采用比C50高5mPa的C55号砼，为防止砼收缩引起现浇段与预制主梁的开裂，砼中掺加适量的膨胀剂。因钢筋布置密集，砼用石子的粒径不得大于2且必须振捣密实。浇注砼前应全面撤离桥面上的重型荷载。现浇湿接头承受着最大的弯矩和最大的剪力，因此，湿接头的施工应重点控制。5.5 张拉连续钢束 待接头砼强度达到95%以上设计强度时张拉连续钢束N1和N2，张拉时应保持主梁预制龄期不少于90天，且张拉时按纵向由边跨向中间合拢，横向由两边向中间张拉，逐梁按钢束编号对称进行，梁端接头合拢温度应在日照温度最低时进行。然后进行孔道压浆封锚。5.6 支座体系转换拆除现浇湿接头底模板及张拉连续钢束N1和N2后，即可通电临时支座电阻丝熔化硫磺则可拆除临时支座进行支座体系转换。另一种支座体系转换的方法是制作临时支座时使其标高高出永久支座标高约1，在湿接头底模安装时不安装永久支座仅安装底模板，在浇注完湿接头砼后拆除底模，然后将永久支座准确安装，连续钢束N1和N2张拉完成后拆除临时支座则可完成支座体系转换。5.7 再张拉剩余连续钢束 横向其他梁均支座转换后再张拉N3和N4连续钢束，张拉方法同上。然后进行孔道压浆封锚。5.8 浇注横向湿接头 一联主梁纵向连续后，则可浇注梁翼板间的横向湿接头。浇注横向湿接头采用悬吊模板法进行施工。5.9 安装伸缩缝及人行道构件伸缩缝安装应在生产厂家的具体指导下按规定的施工步骤进行，务必根椐当时实际温度计算调整缝宽。人行道系构件安装必须准确、牢固以确保外形美观、经久耐用。5.10浇注桥面铺装砼桥面铺装砼采用C40钢纤维防水砼，防水剂掺量根据厂家规定或经试验确定，浇注砼时应严格控制桥面钢筋网的布设和桥面的平整度以确保桥面平整，行车舒适。6 施工中所遇到的问题 预制主梁时“梁端抗剪钢筋”及 “主梁连续钢束”预埋位置难以控制，而预埋位置的准确性直接影响现浇湿接头的施工质量。 梁端现浇湿接头施工空间小，只有大约60x 52的空间，一些工序的操作难度大，因此必须认真细致地进行。 梁端湿接头由于空间小而且结构复杂，砼浇注时由于预埋筋的限制使振捣工作难度大，振捣时振动棒不能碰到预应力孔道，防止导致预应力孔道偏位或漏浆。 连续钢束的张拉由于在主梁翼板下进行，悬空操作难度大且危险性大，因此，张拉时应搭设轻便活动式脚手架，并按各项安全操作规程进行作业。7 结束语 先简支后连续梁桥的施工由于结构复杂，工序烦琐且专业性强，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。只要我们精心组织，科学安排施工，先简支后连续梁桥的施工质量是可以控制好的。参 考 文 献1 JTJ041-2000 公路桥涵施工技术规范.北京:人民交通出版社，2000，140米先简支后连续T型梁桥的设计及施工工艺（刘中启、吴昌明）摘 要：先简支后连续梁桥是当前应用较广泛的一种桥梁上部结构形式，该桥型的设计与施工工艺是我们桥梁工程师所必须掌握的。 下面以长睦岭高架特大桥先简支后连续T梁为例介绍该桥型的设计与施工工艺。关键词：先简支后连续；湿接头；设计；施工工艺1 工程简介长睦岭高架特大桥位于沪瑞高速公路江西境内昌傅至金鱼石段K495+515处，是昌金高速公路线上最长的一座特大桥，起点桩号为K495+090.96，终点桩号为K495+939.04，桥梁全长为848.08米，桥宽26米，上部构造采用2140米先简支后连续预应力砼T梁结构，按4孔一联和5孔一联进行布置，每孔由12片T梁组成，T梁高为2.3米，宽为2.1米，跨中腹板厚18，支点附近腹板厚52。桥梁横向通过梁间横隔板及翼缘板的湿接缝连接成整体，纵向通过两跨T梁间湿接头及施加预应力连接成连续结构。2先简支后连续梁桥的特点 连续结构示意图，如图1 传统的简支梁桥在梁衔接处通常设置成桥面连续, 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, 使桥面铺装使用寿命降低而极大地增加了桥梁的维修费用, 同时, 简支梁跨中弯矩较大致使梁的截面尺寸和自重显著增加, 需要耗用材料多, 造价较高。传统的连续梁结构复杂, 同时不利于预制安装施工, 而往往采用支架现浇以致于造价昂贵且工期较长。新型的先简支后连续梁桥刚好克服了以上两种桥梁的缺点, 发挥了他们的优点: 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, 大大节约了现浇用的模板支架等材料,降低了劳动强度, 缩短工期, 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。3 简支梁桥与先简支后连续梁桥的受力分析比较假设梁未受外荷载的作用而按匀布荷载考虑，作简支梁和先简支梁后连续梁的剪力图和弯矩图，如图2和图3 比较简支梁和先简支后连续梁的剪力图和弯矩图可知, 简支梁支座处剪力最大, 跨中弯矩最大； 先简支后连续梁剪力和弯矩(负弯矩)最大的位置均在两梁衔接处(支座处)即现浇段湿接头处, 因此, 现浇段湿接头承受着最大的剪力和最大的弯矩为先简支后连续梁的危险截面。4 设计要点4.1 结构计算方法40米预应力砼先简支后连续T梁横向分布系数采用刚接梁法计算, 在跨径的两个四分点之间按偏心受压法, 在支点处按杠杆法计算, 支点和四分点之间按直线变化考虑。4.2 设计基本数据（1）预应力钢束由5根或7根公称直径为j15.24高强低松弛钢绞线组成, 抗拉极限强度为1860Mpa, 其锚下控制张拉应力为1395 Mpa, 钢束张拉力分别为976.5KN及1367.1KN。（2）主梁预应力张拉受力龄期不少于10天, 且锚下砼(梁端2M内和中部锚块上)应达到95%设计强度。（3）预制主梁架设龄期原则上不少于1个月。（4）体系转换用的临时支座强度不得小于主梁砼强度。4.3 特殊设计由于现浇段湿接头处承受着最大的剪力和最大的弯矩(负弯矩)，因此此处的设计与简支梁存在较大差异, 主要表现在以下两方面:（1）在预制梁端部预埋了竖向两排粗钢筋, 伸出锚端。湿接头施工时纵向两梁的粗钢筋连接在一起, 主要起抗剪作用, 称为“梁端抗剪钢筋”。（2）在梁端腹板顶部对称布置6根抗负弯矩钢束（N1、N3、N4）和底部对称布置2根连续钢束（N2）, 此8根钢束匀起连续作用, 称为“主梁连续钢束”。顶部连续钢束锚头设在翼缘板底部及腹板两侧, 底部连续钢束锚头设置在马蹄两侧。5 先简支后连续T型梁的施工工艺黄泥坑高架桥上部结构为21孔40米先简支后连续T梁, 按4孔一联和5孔一联进行布置, 5孔一联桥孔布置图如图45.1 预制主梁 先简支后连续主梁预制施工工艺与普通主梁预制相同, 但先简支后连续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。5.2 张拉正弯矩钢束张拉正弯矩钢束与普通主梁相同，但必须注意的是：主梁张拉完毕后不应立即割断工作长度范围部分的钢绞线，而应先检查主梁横向弯曲变形，如跨中横弯变形偏离两端连线1.5以上时，必需分析原因并对张拉力进行适当调整，否则不允许起吊。 5.3 架设主梁 在主梁砼强度达到100%设计强度后才允许吊装，采用设吊孔穿索兜托梁底的吊装方法进行吊装，采用架桥机进行架设。主梁就位于用硫磺砂浆（内设电阻丝）制作的临时支座上。临时支座构造尺寸为40cm70cm9cm，采用硫磺砂浆（内设电阻丝）进行制作，硫磺砂浆经验配合比采用中（粗）砂石英砂硫磺 = 51.53.5或经试验确定，电阻丝采用功率为2-4KW，长度约90cm的电阻丝，在硫磺砂浆中按“U”形布置。5.4 浇注墩上湿接头一联主梁安装完毕后即可进行湿接头施工，首先将梁端表面砼凿毛深1左右，将支座置于墩顶支座垫石上，放好后在其周围安装底模，然后按现浇湿接头钢筋构造图绑扎钢筋、安装连续钢束孔道和安装侧模，最后则可进行湿接头砼的浇注，浇注时应从两边往中间浇注。根椐该段的受力情况，采用比C50高5mPa的C55号砼，为防止砼收缩引起现浇段与预制主梁的开裂，砼中掺加适量的膨胀剂。因钢筋布置密集，砼用石子的粒径不得大于2且必须振捣密实。浇注砼前应全面撤离桥面上的重型荷载。现浇湿接头承受着最大的弯矩和最大的剪力，因此，湿接头的施工应重点控制。5.5 张拉连续钢束 待接头砼强度达到95%以上设计强度时张拉连续钢束N1和N2，张拉时应保持主梁预制龄期不少于90天，且张拉时按纵向由边跨向中间合拢，横向由两边向中间张拉，逐梁按钢束编号对称进行，梁端接头合拢温度应在日照温度最低时进行。然后进行孔道压浆封锚。5.6 支座体系转换拆除现浇湿接头底模板及张拉连续钢束N1和N2后，即可通电临时支座电阻丝熔化硫磺则可拆除临时支座进行支座体系转换。另一种支座体系转换的方法是制作临时支座时使其标高高出永久支座标高约1，在湿接头底模安装时不安装永久支座仅安装底模板，在浇注完湿接头砼后拆除底模，然后将永久支座准确安装，连续钢束N1和N2张拉完成后拆除临时支座则可完成支座体系转换。5.7 再张拉剩余连续钢束 横向其他梁均支座转换后再张拉N