简支连续梁桥支座受力及转换分析

简支连续梁桥支座受力及转换分析　王锋　（山西省交通科学研究院，山西太原０３０００６）　摘要：针对简支连续梁支座转换与不转换进行比　较，得出支座转换受力明确，增加施工难度；支座　不转换更有利于结构受力，但可能出现脱空情况　的结论；同时对于临时支座的拆除顺序进行研究　发现，当跨数大于５时，间隔拆除较为合理。　关键词：简支连续；支座转换；间隔拆除　中图分类号：Ｕ４４１．５　文献标识码：Ａ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ　ａｎｄ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｉｎ　ｓｉｍｐｌｙ　ｓｕｐｐｏｒｔｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｒｉｄｇｅ　ＷＡＮＧ　Ｆｅｎｇ　（Ｓｈａｎｘｉ　Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｘｉ　Ｔａｉｙｕａｎ　０３０００６　Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｃｏｍｐａｒｅｓ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｎｏｎ—　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｏｆ　ｓｉｍｐｌｙ　ｓｕｐｐｏｓｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　ｂｅａｍ　ｂｅａｒｉｎｇ．　Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ｔｈａｔ　ｂｅａｔｉｎｇ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ　ｓｕｓｔａｉｎｓ　ｆｏｒｃｅｓ　ｐｒｅｃｉｓｅｌｙ，ｂｕｔ　ｉｔ　ｉｎｃｒｅａｓｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｆｉｆｃｕｌｔｙ　ｏｆ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ．　Ｂｅａｔｉｎｇ　ｎｏｔ　ｃｏｎｖｅ￣ｈａｓ　ｍｏｒｅ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，　ｂｕｔ　ｔｈｅｒｅ　ｍａｙ　ｂｅ　ｂｅａｔｉｎｇ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ．Ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｗｈｅｎ　ｗｅ　ｍａｋｅ　ａ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｆｏｒ　ｄｉｓｍａｎｔｌｉｎｇ　ｏｆ　ｔｅｍｐｏｒａｒｙ　ｂｅａｒｉｎｇ　ｏｒｄｅｒ，ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔ　ｉｓ　ｗｈｅｎ　ｔｈｅ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｓｐａｎｓ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　５，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｏｆ　ｂｅａｍ　ｄｉｓｍａｎｔｌｅ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｉｍｐｌｙ　ｓｕｐｐｏｓｅｄ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ；ｂｅａｔｉｎｇ；　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ；ｉｎｔｅｒｖａｌ　ｏｆ　ｂｅａｍ　ｄｉｓｍａｎｔｌｅ　引言　简支连续梁桥是现代高速公路上广泛采用的一　种桥型，它具有简支梁可以预制、装配简单、施工方便　和连续梁伸缩缝少、结构刚度好、行车平顺舒适、跨中　收稿日期：２０１４—０４—２２　作者简介：王锋（１９８２一），男，陕西户县人，工程师，研究　方向为公路桥梁工程勘察设计。　一８０一　弯矩小等优点　。简支体系桥梁具有构件可以预　制、装配简单、施工方便等优点，希望将二者的优点相　结合，于是简支连续梁桥应运而生。对于简支连续梁　桥的支座形式，现在有两种：支点转换与支点不　转换　。　１　临时支座与永久支座受力分析　对一总长为５８　ｍ跨线桥的支点转换与不转换进行　力学分析。采用平面系程序进行计算，可以知道支点转　换时，在墩顶支座处的弯矩为一９３３　ｋＮ・ｍ；中孔跨中　正弯矩为６６８　ｋＮ・ｍ；支点不转换时，在两个支点处，梁　受到负弯矩分别为一５５４　ｋＮ・ｍ和一１０１０　ｋＮ・ｍ，在两　支点中间，梁受到的负弯矩为一７８１　ｋＮ・ｍ。中孑Ｌ跨中　正弯矩为５３０　ｋＮ・ｍ，它相对于支点转换时正弯矩减少　２０％。支点不转换时，负弯矩（一１０１０　ｋＮ・ｍ）比支点　转换时负弯矩（一９９３　ｋＮ・ｍ）稍大些。连续梁桥的支　点可以采用简支体系的支点，而不需要支点转换，这种　体系的最大负弯矩作用在简支体系的支点处，而不在现　浇混凝土接头处，使受力情况大大改善，同时给施工带　来很大的便利。　对三种情况下的单双支座受力进行分析：（１）恒　载（自重、预加力、二期恒载）；（２）恒载＋活载（汽车　活载）；（３）恒载＋汽车活载＋附加荷载（收缩徐变、　基础变位、温度变化）。分析表明：在恒载作用下，双　支座可以改善主梁受力，尤其是降低墩顶负弯矩。对　于简支变连续结构体系墩顶负弯矩区是薄弱区域，降　低墩顶负弯矩可以大大减小桥面开裂的可能性，在这　一点双支座是非常有利的。　在恒载＋活载作用下，双支座可以降低跨中挠度　值，１～５号跨双支座分别降低挠度值６．３％、２８．６％、　１６．７％、２８．６％、６．３％；在恒载＋活载作用下，双支座　同样可以减小跨中正弯矩，１～５号跨双支座分别减小　跨中正弯矩１２．６％、１４．６％、２０．６％、１４．６％、１２．６％，　双支座的墩顶负弯矩出现了增大的趋势，增大的幅度　在８％～１０％。恒载作用下双支座墩顶负弯矩是恒载　＋活载作用下墩顶负弯矩的１．５～１．６倍；单支座变　化较小，并且恒载＋活载作用下墩顶负弯矩减小。因　山东交通科技　２０１４年第５期　此，在恒载＋活载作用下，双支座和单支座的正、负弯　正弯矩部分预应力、梁自重、横隔板重量、现浇段的重　矩相差不大。　量、墩顶负弯矩部分预应力、二期恒载。单支座和双　在恒载＋活载＋附加荷载作用下，收缩徐变使简　支座各跨跨中截面挠度计算结果见表１、表２。　支变连续梁桥的跨中挠度增大（５０％～６０％），且对于　单、双支座增量相同。单双支座弯矩差别不大，双支　表ｌ双支座各跨跨中截面挠度（ｉｌｌｎ１）　座１～５号跨跨中正弯矩比单支座减少９％、１２％、　１５％、１３％、９％；１～４号墩墩顶负弯矩减少８％、１％、　１％、１％。如果双支座出现一个支座受压，一个支座　受拉（脱空），脱空后的变形、内力和应力会出现较大　的变化，甚至不满足规范要求，对全桥受力不利。　表２单支座各跨跨中截面挠度Ｉ　ｍｍ）　运用Ｍｉｄａｓ／ｃｉｖｉｌ　７．０建立３０　ｉｎ跨径５跨先简支　后结构连续梁桥，比较单支座和双支座情况下梁的典　型截面受力和各跨垮中挠度值。施工阶段按实际施　工情况划分为三个阶段：预制梁安装、体系转换和成　桥阶段。５跨３０　ｍ先简支后结构连续梁桥共划分为　５０个单元，５１个节点。定义Ｃ５０混凝土和抗拉强度　单支座和双支座各跨典型截面在第二施工阶段　为１　８６０　ＭＰａ、公称直径为　１５．２４　ｒｎｍ的预应力钢绞　和第三施工阶段的应力对比见表３、表４。　线两种材料。截面形式有跨中截面、端部截面和变截　面。支撑形式有铰支和滑动支座两种。荷载有梁中　表３第二施工阶段应力差（ＭＰａ）　２支座拆除及转换　单位采用混凝土块作为临时支座。这种临时支座虽　简支变连续结构体系的施工过程中要经过体系　然给施工单位带来了一定的方便，但是这种临时支座　转换，其中临时支座的拆除很关键。目前，不少施工　的拆除会带来一系列的问题。大多采用人工敲碎混　一８ｌ一　王　锋：简支连续梁桥支座受力及转换分析　凝土块实现临时支座的拆除方式，势必会出现由于主　梁临时支座的突然消失导致的主梁瞬时下沉，却难以　弄清这种瞬时效应会有多大的影响。大部分的施工　单位对临时支座的拆除过程基本上没有“合理”概念，　多是随机抽调人员、随机打碎混凝土块，并不注意拆　除的顺序。　临时支座和永久支座之间一般都有一定的高差　（高差为３～５　ｍｍ），而且永久支座起作用的前提是其　发生一定的变形即压缩。此高差和压缩量的大小对　拆除过程中结构体系的应力变化起到主导性的作用。　在临时支座拆除引起永久支座的压缩量及其与临时　支座的高差作为永久支座处节点的强迫位移考虑，分　析永久支座的沉降量对整个结构体系的影响。临时　支座的拆除过程中，不同永久支座处的相对位移势必　会引起桥梁的应力重分布。究竟采用哪种拆除顺序　方能将该相对位移产生的梁内应力重分布的不利影　响降至最低，是先简支后连续结构体系研究中的重要　问题之一。　详细比较不同拆除顺序下梁板内应力重分布的　规律和特点，见图１。工序一、由一端向另一端顺次拆　除临时支座；工序二、间隔拆除临时支座；工序三、对　称拆除临时支座。分析方法选用的是虚拟层合有限　单元法，此法选择较好地解决了先简支后连续结构体　系的网格划分、分析过程中的网格替换等问题。　图１　支座拆除编号示意图　按工序一进行时，１号（１’号）临时支座的拆除对　端跨的影响最大，而２号（２’号）和３号（３’号）临时　支座的拆除均引起端跨一定程度的上升，同时却使得　次端跨（即２４跨）产生了１　ｍｍ的附加挠度。１号（１’　号）临时支座的拆除在１号支座底面板产生的拉应力　最大，约为０．９　ＭＰａ，而２号（２’号）、３号（３’号）临时　支座的拆除引起的底面板的拉应力分别为０．５　ＭＰａ　和０．６　ＭＰａ。　按工序二进行时，１号（１’号）、３号（３’号）临时　支座的拆除并没有在端跨引起更大的下沉挠度。１号　（１’号）和３号（３’号）临时支座的拆除所引起的２号　端部顶板的拉应力为１．４　ＭＰａ，占后连续端部所储存　的压应力的１８．７％。它对３号后连续端部的底板产　生了约１．２　ＭＰａ的拉应力，但是该应力会随着２号　（２’号）和４号（４’号）Ｉ临时支座的拆除而消失。　～８２一　按工序三进行时，对称拆除２号、２’号和３号、３’　号临时支座的时候，在２、５跨的跨中梁板下挠数值达　到了６．２　ｍｍ，尽管这一挠度会随着１号、１’号和４　号、４’号临时支座的拆除而消失，但考虑到临时支座　拆除过程中的梁板冲击等因素，显然不希望出现这个　现象。６．２　ｍｍ的附加挠度的直接后果是在２、５跨的　跨中底板产生了约１．３　ＭＰａ的拉应力。　另一临时支座拆除的研究也同样表明：（１）依次　拆除和对称拆除会引起主梁不同程度的附加挠度和　附加应力，不希望出现这种现象。间隔拆除就不会产　生这种现象。（２）三种拆除顺序的顶底板拉压应力都　会随着临时支座的拆除而减小。依次拆除的最终效　应值不均匀，小的太小，大的太大；对称拆除的最终效　应值虽然均匀，但是比较大；间隔拆除的最终效应值　就比较理想，不但比较均匀，而且数值也不大。　３　结语　单支座连续梁桥体系结构受力明确，支座不脱　空。但是需要拆除临时支座，体系转换较复杂，预制　梁和现浇连续段之间的接缝处应力状态复杂。双支　座连续梁具有单支座连续梁的优点，不需设置临时支　座，体系转换简单，连续处开裂后修补容易。但结构　受力不明确，在二期恒载及活载作用下一个支座有可　能脱空，造成连续段的受力复杂。　后连续跨数的不同，合理的临时支座拆除顺序也　不同，当后连续跨数大于５，即至少有４个后连续端部　时，间隔拆除临时支座对梁板的影响最小。依次拆除　和对称拆除均会使梁板产生不同程度的附加挠度，产　生相应的不利附加应力；间隔拆除不会引起附加挠度　及相应的附加应力，更有利于临时支座拆除过程中梁　板的安全。　参考文献：　［１］　丁如珍，谈长庆．恒载简支活载连续支点不转换的连　续桥梁设想［Ｊ］．华东公路，１９９６（２）：１９—２１．　［２］　贾文杰．连续弯梁桥支座平面合理布置和构造措施　［Ｊ］．山西交通科技，２０１０（４）：８４—８６．　［３］　赵智慧．简支变连续梁桥结构体系分析［Ｄ］．成都：西　南交通大学，２０１０．　［４］　陈强，黄志义，徐兴．先简支后连续结构体系临时支　座的合理拆除顺序研究［Ｊ］．桥梁建设，２００５（１）：６９—７２．