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摘要:本文对先简支后连续预应力混凝土梁桥的受力特点进行了分析并介绍了设计中应注意的问题，介绍了预应力混凝土T梁中常见的裂缝的成因和应对方法，最后对桥梁支座处负弯矩区段的受力特点进行了分析总结，并提出了改进的建议。
关键词:预应力；简支；连续梁桥
随着我国公路不断发展，因为符合大众对快速通车的要求，中等跨径的桥梁普遍开始选择预应力混凝土连续梁的设计方案。预应力混凝土连续梁桥具有结构受力性能好、刚度大、变形小、伸缩缝少、行车平稳舒适、造型简洁美观、养护工程量小、抗震能力强等优点，因此越来越多的成为被应用于多跨中等跨径(25～40米左右)的桥梁的设计中。在我国，先简支后连续是中小跨径预应力混凝土连续梁桥的常用方法，本文主要分析先简支后连续预应力混凝土桥梁的技术特点。
1.混凝土梁受力特点
先简支后连续混凝土梁是组合梁，常用T梁型式。混凝土梁组合梁是指在预制的钢筋混凝土或预应力混凝土梁体上后浇混凝土所形成的二次浇筑混凝土梁。两次浇筑的混凝土最终形成为整体结构，来承受后期使用荷载。混凝土组合梁，按其受力性能可以分为“一次受力组合梁”和“二次受力组合梁”两类。
1.1一次受力组合梁
预制的混凝土梁结构安装在可靠的支撑上，施工阶段的荷载将全部由支撑承受，先期的预制结构只起到后浇混凝土的模板或传递荷载的作用。待后浇混凝土达到强度后再拆除支撑，由两次浇筑所形成的组合截面来承受使用期的全部荷载了。整个截面虽然是分两次浇筑，但他们的受力是同时发生的，从而构成了“一次受力组合梁”。在有些桥梁工程的施工中，如满堂支架现浇箱梁等的施工，都是在支架上先浇筑以中轴线为界箱梁的下半部分，包括底板和部分腹板，在先浇混凝土达到一定的强度以后(结硬)，再制作顶板和上部腹板的模板，并进行上部腹板和顶板的施工。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在所有混凝土达到至少80％的设计强度以后，才可以拆除支架。在支架拆除之前，梁体并没有受到外荷载(包括自重)的作用，即使在上部腹板和顶板的施工时，底板和下腹板的混凝土强度可能已经达到设计强度，但后浇混凝土的重力和施工荷载等只是通过该先浇混凝土，由支架承担。先浇部分梁体虽形成结构体系，但并没有因为受到外力的作用而在截面内产生弯矩等内力[1]。
1.2二次受力组合梁
若施工时预制的梁板吊装就位后，直接以预制部分的钢筋混凝土或预应力混凝土梁作为现浇层混凝土的模板并承受施工期荷载和后浇混凝土的重量，待其后浇混凝土达到设计强度后，再由预制部分和现浇部分形成的组合截面共同承受使用荷载。组合截面的应力状态是由两次受力产生的，便构成了“二次受力组合梁”。在土木工程中，对于大体积混凝土和大面积混凝土的浇筑。下面搭设支架困难且复杂，为了施工方便，常将预制梁作为后浇混凝土层的模板和支撑件，承受后浇混凝土自重和施工荷载等，在后浇混凝土达到一定强度以后，形成组合梁整体受力，承受活动荷载等。在预制主梁上浇筑混凝土时，预制梁下面设置支撑。后浇混凝土自重和施工荷载以及预制梁的自重均作用在预制粱上，此为第一阶段受力。在现浇混凝士达到一定的强度以后，预制梁混凝土与后浇混凝土将形成组合粱，共同承受以后所受到的使用荷载，荷载引起的内力将由组合截面承担，此为第二阶段受力。这种分两次浇筑且二次受力的组合梁就被称为“二次受力组合梁”。“一次受力组合梁”的受力情况与整浇结构基本情况相同，故它们的受力特性亦基本接近。而对于“二次受力组合梁”，它既为二阶段制造，又为二阶段受力，与整浇梁结构受力情况完全不同，因此其受力性能差别较大。
2. 混凝土T梁桥裂缝分析
2.1裂缝成因分析
裂缝是混凝土结构最常见的病害之一[2]。由于混凝土是多种材料混合而成的材料，本身存在材质的不均匀性，其次混凝土为脆性材料，在使用过程中本身处于带裂缝工作状态。一般混凝土开裂往往是多种因素共同作用的结果，但所有的裂缝都不应该超过结构设计规定的范围，裂缝应该在有效控制范围内。裂缝是往往对结构的耐久性、美观性、承载能力均有不同程度的影响。裂缝出现的时间，裂缝开展的位置，开裂的长度、宽度、深度，裂缝发展的趋势对结构的危害程度也不同。例如，结构跨中出现较严重的贯通裂缝，梁底撕裂裂缝，梁端出现较长的剪切斜裂缝，将会威胁到桥梁结构的安全；一般的裂缝则会对结构的刚度也产生一定的影响，导致结构耐久性不足，使得梁体挠度增大，承载能力减弱。对此，控制和预防裂缝的产生和发展是混凝土结构研究的重要内容。
2.2裂缝防治
裂缝防治主要从导致混凝土梁开裂的原因出发，针对不同的裂缝成因采取有针对性的措施。首先在设计上要特别考虑控制预应力混凝土梁的裂缝，对不允许出现裂缝的位置，要在设计计算时保证结构构件有足够的余量应对混凝土开裂。其次在施工时要加强对混凝土的养护，采用合理的工序和方法，对混凝土的收缩徐变进行量化控制，在计算中要按实际考虑徐变的影响，以得到准确的计算结果。
3.负弯矩区段分析
先简支后连续预应力混凝土梁桥在使用过程中逐渐暴露出负弯矩区段开裂的问题，影响了桥梁结构的耐久性和承载力。墩顶负弯矩区段是桥梁实现连续功能的关键，由于简支变连续梁桥涉及到体系转换，其力学行为相对复杂，这方面研究成果虽多，但对于连续段混凝土收缩徐变及预应力引起的次内力及内里重分布现象研究还不够深入。
梁桥在外荷载作用下的内力主要是弯矩。设计中主要通过施加预应力产生一个与外荷载相反的弯矩来抵消外荷载产生的弯曲拉应力。静定结构预应力设计相对简单，而对于简支变连续混凝土梁桥，由于张拉负弯矩预应力钢束前结构已经实现体系转换，属于超静定结构，其设计计算比较复杂。主要是由于施加预应力产生的变形将引起支座反力的变化，从而在结构内产生预应力次内力，同时还会引起主梁正弯矩的内力重新分布，其影响程度与施加负弯矩预应力的大小和钢束的长度及布置位置紧密相关。
由分析计算得到的墩顶弯矩变化程度可以看出，直线束墩顶弯矩随钢束长度增长下降的速度很快，在设计时应适当减小钢束长度。另外，以普通混凝土和钢绞线为主的材料自重较大，材料自重消耗了结构大部分承载力，随着高强材料的不断发展，可以考虑将高性能混凝土应用到梁桥中，以降低结构自重对桥梁承载力的消耗。
4.结论
简支变连续梁桥是对简支梁桥的发展，其力学性能介于简支梁桥和现浇连续梁桥之间，但具有自身的特征。简支变连续梁桥在保留了简支梁桥施工便捷、造价低廉等优势的前提下，通过墩顶区段的连续结构处理大大提高了桥梁结构刚度，减少了伸缩缝数量，提高了桥面行车舒适性，以较小的代价解决了简支梁桥存在的问题。同时简支变连续梁桥受混凝土收缩徐变等影响较小，二期恒载和活载作用下内支座出产生的负弯矩也比现浇连续梁要小。对于简支变连续梁桥存在的问题，需要进一步研究分析，针对不同类型的问题制定解决方案，尽量降低其不利影响。
参考文献:
[1]张树仁编著，钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁结构设计原理，人民交通出版社，2004
[2]王春剑，公路桥梁设计中的安全性和耐久性探讨[J]，科技信息，2007（28）
论文作者:刘志良
论文发表刊物:《防护工程》2018年第23期
论文发表时间:2018/12/15
标签：混凝土论文; 组合论文; 预应力论文; 裂缝论文; 荷载论文; 弯矩论文; 受力论文; 《防护工程》2018年第23期论文;