简支连续梁桥设计与施工关键技术研究.doc

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1、分类号 U445 单位代码 10618 密 级 学 号 106260273 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 论文题目： 简支连续梁桥设计与施工关键技术研究 The Key Design and Technology of Construction of Simple-Continuous Beam Bridge 研究生姓名： 阳东 导师姓名、职称： 向中富 教授 申请学位门类： 工学 专 业 名 称： 桥梁与隧道工程 论文答辩日期： 2009 年 4 月 12 日 学位授予单位： 重 庆 交 通 大 学 答辩委员会主席： 韩道均 评阅人： 韩道均 杜柏松 2009 年 4 月 重重庆庆交交

2、通通大大学学学学位位论论文文原原创创性性声声明明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 重重庆庆交交通通大大学学学学位位论论文文版版权权使使用用授授权权书书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交

3、通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务（包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等），同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊（光盘版）电子杂志社 CNKI 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年

4、 月 日 摘摘 要要 本文针对我国高等级公路中小跨径桥梁的建设需要等问题，对简支结构连续 梁桥的力学性能、施工工序、二次预应力、支座设置进行研究。 论文运用力学理论、混凝土结构强度理论和桥梁结构相关理论论述了桥梁应 力与变形的理论计算方法；利用专用桥梁结构计算程序进行了数值模拟计算，并 对计算结果进行理论分析。 对桥梁结构设计与施工工艺从改善混凝土材料性能、改进预应力设计与张拉 工艺等方面做探讨，对关键工序的施工提出指导建议，逐步完善预应力工艺水平 和张拉锚固体系，提高桥梁建设水平。 从支承形式上来看，简支转连续梁桥主要包括单支座和双支座两种主要的结 构形式。为了更好地发挥简支转连续粱桥的特点

5、，了解该类桥梁不同支承形式的 受力性能，对两种支承形式进行了支座沉降、温度变化以及双支座脱空受力分析， 并得出了相应结论供相关人员参考。 论文从工程实际出发，针对简支转连续梁桥锚固区应力问题的特殊性，分 4 种不同情况分别对简支结构连续梁桥进行了空间有限元分析，研究了各种情况下 锚固应力分布及其构造措施。 研究成果对简支结构连续梁桥的设计和施工具有一定的参考价值。 关键词：先简支后结构连续，力学性能，施工工序，二次预应力，支座设置 ABSTRACT This thesis aim at The developments circumstance of the high grade highwa

6、y in our country and effective demand etc.Problem of midding span of bridge developments . Of simply supported continuous beam bridge structure of the mechanical properties, the construction process, the second pre-stressed, study support setting Using theory of structure intensity and prestressed c

7、oncrete bridge,this paper reviews theoretical computing method of stress and deflection. Making use of the procedure of computing bridge structure, the structure of simply supported -continuous system is calculated and the result is analyzed. Discussbridge structure design and construction in aspect

8、 of concrete material, prestress design and technology of stretching reinforced bar. From the support forms，the simply supportedcontinuous bridges have mostly two main structural forms：single prop and dual propTo better exert the traits of the simply supportedcontinuous bridge and understand the mec

9、hanics of this bridge in diferent support forms，a mechanical analysis is made through the support sedimentation， temperature change and deviation of dual propThrough the analysis，the relevant conclusions are educed and a consult to the correlative personnel for servicing the project is given Conside

10、ring engineering practice，the partial pressure problem of flat anchors has its own speciality in the simple supported-continuous girder bridgeThe finite element program was used to analyse the problem in terms of four different conditions from the aspects of layout depth of the toothed bar and the r

11、einforcing fabric under the fiat anchor.The stress distribution under the flat anchors for diferent conditions was studied，and the cracking behavior，cracking mechanism and cracking process were all found out. In a word the studying result has the certainly practical value to the this kind of bridge

12、system design . KEY WORDS：Continuous Girder Bridge Transformed from Simply-Supported Structure, Mechanical Properties, Construction process, Secondary prestress, Bearing set 目目 录录 第一章第一章 绪论绪论.1 1.1 研究背景.1 1.2 国内外研究现状.2 1.2.1 先简支后连续体系的国外研究状况2 1.2.2 先简支后连续体系的国内研究状况4 1.3 简支连续梁桥的结构型式与应用.5 1.4 目前存在的问题.7

13、1.5 论文的主要研究内容.8 第二章第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工简支结构连续梁桥的设计和施工.10 2.1 先简支后结构连续的合理性与受力特性分析.10 2.1.1 自重荷载内力比较11 2.1.2 活载内力13 2.1.3 温度内力15 2.2 先简支后结构连续梁桥设计.17 2.2.1 简支结构连续梁桥的基本形式17 2.2.2 墩顶湿接头构造设计18 2.2.3 二次预应力体系设计19 2.2.4 支座体系设计21 2.2.5 联数设计22 2.2.6 先简支后连续梁桥的常用设计23 2.2.7 先简支后结构连续梁桥总体设计25 2.3 先简支后结构连续梁桥湿接头预应力连接技术

14、.27 2.3.1 现有结构体系28 2.3.2 国外的湿接头连接工艺30 2.3.3 先简支后结构连续梁桥的湿接头连接工艺的改进32 2.4 先简支后结构连续梁桥施工技术.34 2.4.1 先简支后结构连续梁桥施工工艺流程34 2.4.2 施工准备34 2.4.3 梁预制与安装34 2.4.4 墩顶湿接头浇筑35 2.4.5 二次预应力体系建立35 2.4.6 临时支座、永久支座的安装35 2.4.7 结构体系（支座）转换36 2.4.8 新老混凝土连接面处理36 2.4.9 结构性现浇层与梁端湿接头浇筑顺序36 2.4.10 结构性桥面铺装和非结构性桥面铺装垫层施工37 第三章第三章 先简

15、支后结构连续梁桥的计算理论与分析先简支后结构连续梁桥的计算理论与分析.38 3.1 概述.38 3.2 先简支后结构连续结构挠度计算的方法.38 3.2.1 预应力混凝土梁初始弹性变形的计算39 3.2.2 预应力连续结构挠度的计算40 3.2.3 梁体挠度控制40 3. 3 先简支后结构连续梁桥的内力及次内力41 3.3.1 混凝土收缩徐变引起的次内力及内力重分布41 3.3.2 负弯矩区预应力束张拉引起次内力及内力重分布42 3.3.3 温差变化对先简支后结构连续梁桥的影响44 3.4 预应力及预应力损失计算.45 3.4.1 预应力筋张拉控制应力45 3.4.2 预应力损失计算46 3.

16、4.3 有效预应力的计算49 3.4.4 减小预应力损失的措施50 3.5 有限元法简介.51 3.5.1 有限单元法的发展51 3.5.2 有限单元法的优点51 3.5.3 有限元法的分析过程52 第四章第四章 先简支后结构连续梁桥关键技术研究先简支后结构连续梁桥关键技术研究.54 4.1 梁间浇筑及墩顶湿接头的施工工序研究.54 4.1.1 湿接头浇筑和二次预应力筋张拉顺序研究56 4.1.2 端部湿接头浇筑与梁间连结顺序59 4.2 先简支后连续梁桥单双支座受力分析.62 4.2.1 恒载作用下的弯距比较62 4.2.2 在恒载+活载作用下分析结果63 4.2.3 单、双支座受基础沉降及

17、温度次内力影响分析64 4.2.4 双支座受特殊集中荷载产生支座脱空影响分析65 4.3 先简支后连续梁桥二次预应力锚固区应力分析.66 4.4 本章小节.73 第五章第五章 结论与展望结论与展望.74 5.1 结论.74 5.2 展望.74 致致 谢谢.76 参考文献参考文献.77 在学期间发表的论著及取得的科研成果在学期间发表的论著及取得的科研成果.80 第一章 绪论1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 研究背景研究背景 随着我国经济的高速发展，我国的高等级公路还要继续高速发展。高等级公路的汽车行 驶速度较高，而高速度的行车则要求公路上的桥梁具有很高的品质，既要适应工业化的大规 模生产，节约

18、劳力和材料消耗，保证构件质量，又需满足高速公路快捷、安全、可靠、顺适 的营运性能。按照人机工程学原理，桥梁设计需要充分考虑使用者的生理、心理需要，除保 证营运的安全性，结构的可靠性外，还应当降低行车噪声，防止驾驶员与乘客的生理、心理 疲劳与紧张感，以及对振动的承受能力，减少对环境、生态的干扰等。因此对桥面线形的平 整度、伸缩缝的设置方式等，均提出了较高要求。 图 1.1 简支结构连续梁桥 Figure 1.1 Simple-Continuous Beam Bridge 以往的装配式体系桥梁的标准设计大都为简支体系结构，它对现在大力发展的高等级公 路所要求的高速行车的舒适性和稳定性已越来越显示其

19、局限性。装配式简支体系桥梁，需设 置大量的伸缩缝和支座，前者难以避免高速行车中的跳车现象和伴随而来的噪音和振动，后 者给养护和更换带来了困难。 为克服简支体系的缺点，后来又发展了先简支后桥面连续体系桥梁，该体系桥梁的特点 为温度力和制动力的作用下，工作性质类似连续梁，而在竖向荷载作用下，仍属十简支梁。 它仍然没有克服简支体系的某些缺点，如需设置支座，桥梁抗震性能差等。 简支桥面连续体系桥梁，在车辆高速行驶、重荷作用下，经过 12 年的运营，桥面连 续缝大多发生了破坏，造成跳车剧烈，修复困难等。目前，在高等级公路桥梁中，多孔中等 跨径（跨径在 2040 米左右）的桥梁占有很大的比重，桥面连续的简

20、支梁结构由于存在着 桥面开裂的隐患和波浪式行车的缺点，因而不能适应高速行车的要求。而预应力混凝土连续 梁桥由于具有变形小、刚度大、伸缩缝少、行车平稳舒适、施工简便、养护简单、抗震能力 强等许多优点，因而常常成为高等级桥梁建设中首选的方案。对于大跨径预应力混凝土连续 梁桥，目前的施工方法主要采用平衡悬臂浇筑法或拼装法。近年来，随着世界各国技术、经 第一章 绪论2 济以及交通建设的发展，出现了大批长桥，如高架道路、跨越海湾和湖泊的桥梁等，有的桥 梁总长达到数十公里。这些桥梁一般对跨径并没有特殊的要求，而从经济性考虑则多选用中、 小跨径桥，而一些大桥的引桥也常常采用中小跨径桥。由于现浇连续梁的施工复

21、杂繁琐、费 工费时，人们一直希望将简支梁的批量预制生产和连续梁的优越性能结合起来，实现用梁或 板批量预制生产的方式来加快连续梁的建设速度，同时省去繁琐的支模工序。预制拼装法即 是在这一情况下应运而生的，而该种方法一经出现则迅速得到了国内外桥梁工作者的欢迎， 并迅速推广。早期的预制拼装法仅仅局限于节段的预制和拼装。随着高等级公路的迅速发展， 大量中等跨径的预应力混凝土连续梁桥方案常常作为优胜方案而被采用1。为了适应中等跨 径长桥的建设需要，出现了全跨径长度的梁或板的预制构件，形成了将整跨梁或板架设于支 座就位后“拼装”成连续梁的逐孔施工方法。这种整跨梁预制、架设就位后，在支座处通过 现浇接头、待

22、混凝土强度达到规定值后张拉预应力实现结构连续的施工方法，即是我们常说 的“先简支后连续施工”方法。为了与常规的施工方法形成的连续梁结构体系区分开来，我 们把这种施工方法形成的结构体系称为“先简支后连续结构体系” 。 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 1.2.1 先简支后连续体系的国外研究状况 在国外，无论是日本、韩国等亚洲地区，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： 一座为第十街的人行天桥，另一座为第号街的天桥。此两座桥采用的

23、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：形钢连续梁、形预应力混凝土简支梁、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1315。 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

24、合梁或混凝土梁混凝土板组合梁11，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家。 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

25、州哥伦比 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6。 在 1993 年，Joseph AFicenec、StevenKneip 等介绍了内布拉斯加林肯市第十街高架 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

26、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19。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、 第一章 绪论3 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.RMarl 和 JMontan

27、er 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21，因而很多的研究集中在混凝土的收缩徐变对先简支后连续结构 体系的影响上。 1.2.2 先简支后连续体系的国内研究状况 我国修建预应力混凝土连续梁的起步较晚，跨径也不大。但施工技术获得了可喜的进展。 湖南省在 1980 年建成的

28、望城县伪水河桥，在我国首次采用柔性墩多点顶推的架桥技术获得 成功。之后，包头黄河大桥和柳州第二公路大桥推广采用了这种先进技术。此外广东省东莞 县的中堂大桥并在带有竖曲线的连续梁桥上进行多点顶推施工获得成功。湖北沙洋大桥和跨 沉水的湖南常德大桥都是采用悬臂法施工的大跨径连续梁桥。 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

29、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混凝土组合梁桥的后连续问题518；“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“”型截面；跨径从早期的 2030 米增加到了现在的 5080 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。但在国内，

30、 对该种结构体系的研究近年来才见报道。以有文献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，也对先简支后连续结构体系进行了室内模型实验研究。 由上述研究资料，以及针对重庆所处的山地地区高等级公路建设的实际情况和重庆市内 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 内对于“先简支后连续结构

31、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。 第一章 绪论4 1.3 简支连续梁桥的结构型式与应用简支

32、连续梁桥的结构型式与应用 由国外对先简支后连续结构体系的研究可以看出，他们的研究内容相对较深、较广，从 后连续的连接新技术和新工艺到后连续端部的力学特性，乃至混凝土的收缩徐变对先简支后 连续组合结构体系的影响等等。总的来说，由于国外高等级公路的发展比中国早，桥梁先简 支后连续的做法也相应的早。从国内外的现状来看，先简支后连续的做法主要有以下 5 种类 型（表 1.1） 。 表 1.1 五种类型比较 Table1.1 comparison of five types 序号连续类型优点缺点使用范围 1桥面连续设计简单 对大跨径简支梁桥面开 裂问题解决不理想 跨径为 16 米以下 的多跨小桥 2桥面

33、板连续 设计简单施工 方便 对大跨径简支梁桥面开 裂问题解决不理想 2030 米之间的多 跨 T 梁桥 3结构连续 对大跨径简支 梁桥面开裂问 题解决较理想 设计和施工复杂 2030 米之间的多 跨 T 梁桥 4 用负预应力 使结构连续 对大跨径简支 梁桥面开裂问 题解决较理想 设计和施工复杂 30 米以上的多跨简 支梁桥 5 用预应力使 组合结构连 续 充分利用了组 合梁结构的优 点 设计和施工复杂，需要 考虑混凝土的收缩徐变 影响 跨径范围较广 30 米60 米均有 （1）桥面连续类型 此类型在我国高等级公路上运用最多，且设计简单、施工方便。此类型对 16 米以下的 多跨简支梁桥的桥面开裂

34、问题解决较好，但对 16 米以上的多跨简支梁桥的桥面开裂问题解 决不太理想。 （2）桥面板连续类型 此类型在我国高等级公路建设史上运用较多，其设计和施工也简单方便，但适用范围小。 只对具有行车道板的 20 米、25 米、30 米多跨简支 T（I）梁桥才适用。 （3）普通钢筋使结构连续类型 这种类型的连续方法在国内的工程实践中采用较少，设计和施工较前两者复杂，多用于 20 米、25 米、30 米的多跨简支 T（I）型梁桥。以上三种类型由于负弯矩区都是用的普通钢 筋，因此连续区桥面很难避免开裂。 （4）预应力使结构连续类型 根据受力分析，用预应力使结构连续类型适用于 20 米以上的多跨简支梁桥。由

35、于在负 弯矩区施加了预应力，连续区的桥面开裂得以避免。在我国广西柳南高速公路洛维大桥首次 采用这种体系。这标志着由简支转连续的体系转换已经进入一个新的历史阶段。而以后的先 简支后连续梁多采用这种在负弯矩区施加预应力的方法。 第一章 绪论5 （5）组合梁的先简支后结构连续类型 该种结构体系在国外采用的较为普遍，基本上都是钢梁或混凝土梁(I 型截面、箱型截面、 T 型截面、U 型截面)简支，其上的混凝土板可以现浇，也可以预制，桥面板与梁之间采用剪 力连接件连接，一般采用预应力使结构连续，且支座处同时配置正、负弯矩筋22。 预应力混凝土连续梁桥是最富有竞争力的主要桥型之一。在连续梁桥常用的几种施工方

36、 法中，简支转连续施工方法是一种经济有效的施工方法，这种方法克服了工艺复杂、施工材 料设备投入大的缺点，施工简单可行，质量可靠，克服了仅用普通钢筋连接的开裂、预应力 与非预应力不同受力结构间变形以及应力的不协调性问题，加强了主梁连接部非负弯矩区的 应力储备，使桥梁结构的连续性能佳，整体性能好。简支转预应力结构连续梁桥与预应力混 凝土连续梁桥或预应力混凝土连续刚构等其它梁桥相比，其造价低得多，是一种较优的施工 方法和结构体系。这种施工方法施工周期短，便于实现施工的标准化、装配化，在中、小跨 径桥梁中得到了广泛的应用1417。 先简支后连续施工一般先架设预制主梁，形成简支梁状态，进而再将主梁在墩顶

37、连成整 体，最终形成连续梁体系。由简支状态转换为连续梁状态最常用的方法是在墩顶两侧一定范 围内的主梁上部布设预应力短束来实现连续。简支转连续的结构体系在简支阶段承受构件本 身自重及前期恒载，形成连续结构后承受后期恒载、汽（挂）车荷载以及其它可变荷载。与 简支梁相比，先简支后连续体系的跨中弯矩相对较小，而内支座处则承受比完全连续梁小得 多的负弯矩。简支转连续使结构在刚度上则获得很大的提高，并且对配筋设计与施工都极为 有利。它既保持了简支梁施工简便和节省模板支架的优点，又吸取了连续结构减小活载弯矩 的长处。为了承受活载的支点负弯矩，需将跨中的正弯矩钢筋在接近梁端处弯起，并伸到接 头处与相邻的简支梁

38、的同类钢筋相焊接。从以往的一些设计方案比较可以看出，当钢筋混凝 土梁式桥的跨径超过 20-25 米时，如果仍采用简支体系，则其跨中恒载弯矩和活载弯矩都将 迅速增加，而按先简支后连续设计的结构负弯矩比按整体现浇设计的结构负弯矩都小，其中 恒载作用下约小 55%，恒+汽作用下约小 40%。因此在设计时可减小简支梁高度，降低自重， 这本身又将导致恒载内力的减小。因此，这种结构体系可以大大节省钢筋混凝上材料，据估 计可节约 20%左右，明显提高了经济效益，同时安装重量的减少也为施工带来方便。 采用简支转连续的施工方法，主梁可在下部工程施工的同时进行预制，成批生产，因此 可以缩短施工周期，使施工简便快速

39、，满足施工要求。国内自广西柳南高速公路洛维大桥率 先采用这种方案后，先简支安装后用预应力使结构连续成为现代桥梁的一种发展均势，并向 大跨径方向发展。 1.4 目前存在的问题目前存在的问题 在简支变连续的体系转换过程中一般使用后张预应力筋的施工工艺。后张预应力混凝土 连续梁同简支梁相比，具有较小的设计弯矩和挠度、较大的抗侧力刚度和较大的安全储备， 因而倍受设计人员的青睐。但是，一些己建成的简支结构连续混凝土梁桥在墩顶湿接缝处有 开裂现象，不仅影响了行车的舒适性，而且缩短了桥梁的使用寿命28。 由于种种原因，人们对预应力连续梁的认识还远不如对简支梁的深刻，其中最为复杂的 问题之一便是预应力连续梁的

40、次内力和内力重分布问题。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。 二次预应力短束对主梁一次预应力束的影响程度、施加预应力的大小、二次预应力短束的长 度、在主梁上的布置等等都需要深入的认识。这也是国内外预应力界尚需深入研究的重大问 题之一。 目前国内有国内都是用桥梁有限元分析软件“桥梁博士”或“MIDAS”等分别对简支梁 预制过程、简支转预应力连续结构施工过程的各施工阶段进行计算分析，主要包括：结构形 变分析；控制截面结构应变、应力及内力计算

41、等。通过数值模拟计算，得到了一些具有实际 工程意义的结论。但对二次预应力短束张拉后一些基本参数的研究与优化很少。 先简支后结构连续梁桥的合理支撑方式一直是一个探讨的问题，按桥墩支座多少分为单 第一章 绪论6 支座和双支座连续梁桥，两种方法各有利弊，单支座的简支转连续梁桥，结构受力明确，支 座不脱空，但需要安装拆临时支座和结构体系转换，施工复杂，湿接缝处剪力较大，双支座 的简支转连续梁桥，施工方便，连续处开裂后修补容易，湿接缝处剪力较小；同时双支座能 有效地改善主梁受力。在实际情况中，如何选取合理的支撑方式成为现在实际工程建设中急 需解决的一个问题。 1.5 论文的主要研究内容论文的主要研究内容

42、 由前面的简支梁结构体系、连续梁结构体系、先简支后连续结构体系的研究发展可知， 无论是简支梁还是连续梁，国内外众多的学者均进行过深入细致的研究分析，得出了一些具 有重要价值的结论，指导并应用于工程实践，取得了显著的经济和社会效益。但对于先简支 后连续结构体系，国内虽然己经有了相当一定数量的桥梁工程实例，但相应的研究开展却大 大滞后于工程实践。己有的文献更多的侧重于介绍先简支后连续结构体系的施工方法和施工 经验及体会，而缺乏相应的理论分析与研究。对一些先简支后连续结构体系的特殊问题则很 少涉及，需要更加深入的理论分析研究。本文研究的主要内容概括起来主要有以下几个问题： （1）先简支后连续结构体系

43、的最优化工序问题； （2）先简支后连续梁桥单双支座受力分析与设计研究； （3）先简支后连续梁桥二次预应力锚固区应力分析。 第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工10 第二章第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工简支结构连续梁桥的设计和施工 2.1 先简支后结构连续的合理性与受力特性分析先简支后结构连续的合理性与受力特性分析 中等以下跨径的梁桥其受力特征之一是可变荷载产生的内力占总荷载产生的内力比例较 大。随跨径的增大，可变荷载产生的内力占的比例趋小。对于中小跨径梁桥，可变荷载产生 的弯矩占总弯矩的 30%40%，表明中等跨径的简支梁或连续梁为了平衡可变荷载的内力效 应必须施加较大的预应力，使构件长

44、期处于高压应力状态，当没有可变荷载作用时结构反拱 度较大，徐变的影响也较大。对于完全的连续梁，内支座弯矩比跨中弯矩大得多，这对内支 座负弯矩区的配筋及截面的选择造成一定困难。先简支后连续结构体系外荷载产生的内力有 着体系转换的过程，因此其跨中弯矩比同样跨径的简支梁减少很多；而后期恒载与可变荷载 在内支座区域产生的负弯矩远比完全的连续梁内支座负弯矩要小得多，对配筋与施工都极为 有利25。先简支后连续体系一般采用预制预应力混凝土简支构件，然后浇筑连续梁内支座部 分混凝土，再经转换内支座形成，因此这种体系预制构件的混凝土收缩与徐变大部分已完成， 由混凝土收缩与徐变产生的次内力很小，这又是有利的因素。

45、 因此先简支后连续体系与简支梁桥面连续结构相比，不但具有更好的结构连续性能，还 降低了跨中弯矩值，这样可以减小构件的高度与尺寸，更有利于预制与安装。同时，减小了 预加力产生的反拱度后，与完全的连续梁相比，具有施工简便快速，内支座仅产生较小的负 弯矩，混凝土收缩与徐变产生的次内力相对较小的优点。因此，先简支后连续结构体系的确 是高等级公路多孔中等跨径桥梁较优的结构体系。 简支转连续结构存在结构体系的转换过程，从施工到营运主要可分为两个阶段：预制简 支构件的安装架设阶段，即简支阶段；现浇湿接缝混凝土、张拉后期预应力钢筋形成完整的 连续结构，即连续阶段。简支阶段构件承受的是本身自重和二次预加力以及施

46、工荷载等前期 荷载;形成连续梁之后，构件还要承受后期恒载、车辆荷载、后期预加力，以及使用阶段的其 它可变荷载等后期荷载。因此，简支转连续结构的受力与简支梁或者完全的连续梁有较大的 差别，主要表现在以下两个方面： （1）内力及内力重分布： 结构体系转换过程中，内力变化比较复杂。在预制装配为简支结构时，混凝土的龄期较 早，收缩与徐变的变形量都较大，这时的变形结构是静定体系，不产生支座反力，没有内力 重分布问题。此时支座产生的不均匀沉陷也不产生次内力。在张拉后期预应力筋后，张拉力 对结构内力及截面应力产生影响。在结构形成连续体系之后，对于收缩、徐变以及支座不均 匀沉陷的分析则应按连续梁体系计算，这时

47、还应考虑其次内力以及内力重分布等。 （2）结构变形： 在简支阶段由自重、一次预应力筋张拉力、收缩徐变及预应力损失等因素使结构产生的 变形，在湿接缝混凝土浇筑及二次预应力筋张拉之后，其变形即被约束。这样，前期荷载与 后期荷载分别在两个不同的结构体系下产生变形，且变形互不干挠。因此，二次预应力筋张 拉后，结构的线形将更趋合理，使桥梁在正常工作阶段能保持良好的线性。 本文以重庆某高速公路先简支后连续梁桥为背景，采用有限元软件 MIDAS 建立空间梁 体模型，单元剖分时，应综合考虑到结构在施工过程和正常使用阶段控制设计的截面位置， 使控制截面位于单元节点处。结合施工、使用中结构的受力特性及预应力筋布置

48、，将全桥划 分为个 530 单元，481 个节点，如图 2.1 所示。 第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工11 图 2.1 模型 Figure 2.1 Model 根据以上建立的有限元数值分析模型，下面将对模型桥在不同的施工体系下进行自重荷 载、最不利活载、温度变化作用下的结构内力分析。 2.1.1 自重荷载内力比较 作为先简支后连续梁桥，该桥的主梁内力与桥梁的施工顺序有着密切的关系，自重荷载 分两期施加，一期恒载主要包括主梁自重，二期恒载包括湿接缝、现浇段和桥面铺装层，其 中一期恒载按简支体系计算其内力，二期恒载按连续体系计算其内力，两者的叠加即为成桥 后的恒载内力。表 2.1 和图 2.

49、2 分别是先简支后连续施工和一次落架施工不同体系产生的弯 矩比较表和对比图，表 2.2 和图 2.3 为剪力比较表和对比图。 表 2.1 两种施工体系自重弯矩比较表 Table 2.1 comparison of two construction system self moment 先简支后连续施工体系一次落架施工体系 计算截面 自重弯矩值（103kNm）自重弯矩值（103kNm） 差值 边跨跨中25.9515.962.7% 边跨墩顶-7.19-27.473.7% 中跨跨中23.676.63257% 中跨墩顶-5.10-20.274.7% 第二章 简支结构连续梁桥的设计和施工12 图 2.2 两种不同施工体系恒载弯矩对比 Figure 2.2 c