先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展歷程

先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展歷程

0力學(xué)性能較少的伸縮縫構(gòu)造高速公路和高速鐵路的快速發(fā)展要求沿線橋梁建設(shè)速度顯著加快。高速度的行車要求橋梁具有良好的力學(xué)性能以及較少的伸縮縫構(gòu)造,以獲得較好的平順性和舒適性。為了解決橋梁建設(shè)速度問題,并保證其良好的力學(xué)性能,出現(xiàn)了“先簡支后連續(xù)”施工法,由此形成先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系,并從20世紀(jì)60年代以來得到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注和研究。1首先，簡單的分支是連續(xù)的體系的產(chǎn)生和發(fā)展1.1橋面連續(xù)板的結(jié)構(gòu)簡支梁橋是梁式橋中應(yīng)用最早、最廣泛的一種橋型,但橋面伸縮縫的存在致使行車顛簸頻繁。為了提高行車舒適性,出現(xiàn)了各種形式的橋面連續(xù)簡支梁橋。簡支梁橋在橋面連續(xù)后,減少或消除了連續(xù)跨內(nèi)的伸縮縫,獲得了較長的連續(xù)橋面;而在垂直力的作用下,各跨仍然保持簡支梁受力的基本特征,橋面連續(xù)部位近似于一種不完全鉸的作用。根據(jù)連續(xù)部位的受力特征不同,可將之分為剛接的橋面連續(xù)板和鉸接的橋面連續(xù)板(見圖1)及拉桿式橋面連續(xù)板(見圖2)。常見的拉桿式橋面連續(xù)板又分為兩種:允許開裂方式和不允許開裂方式。值得說明的是,即使不允許開裂方式的橋面也難免開裂。由于簡支梁橋面(板)連續(xù)曾一度占據(jù)很重要的地位,因而引起了國內(nèi)外眾多學(xué)者的關(guān)注。馬廣德(1985年)提出了針對橋面連續(xù)簡支梁的力素分析法;周一勤(1992年)對力素分析法進(jìn)行了適當(dāng)改進(jìn)并應(yīng)用于斜梁橋的橋面連續(xù)簡支梁的內(nèi)力分析中;陳禮標(biāo)等(1993年)分別對彈性支撐橋面板和簡支梁連續(xù)端部的橋面鋪裝層結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析。盡管簡支梁橋面連續(xù)的分析方法多種多樣,但其分析基礎(chǔ)基本上都是結(jié)構(gòu)的線彈性理論,所不同的僅是簡化方式和條件的細(xì)微差別。圖3、圖4分別為剛接和鉸接的橋面板圖示。作為橋面板連續(xù)的重要內(nèi)容之一,組合梁采用混凝土板實(shí)現(xiàn)連續(xù)的運(yùn)用較多,且多采用普通鋼筋實(shí)現(xiàn)混凝土板的連續(xù),其構(gòu)造并無特殊之處。1.2結(jié)構(gòu)體系的復(fù)合主梁簡支、橋面連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系雖然曾迅速普及,且橋面連續(xù)的工藝不斷改進(jìn),但無論從理論上還是構(gòu)造實(shí)踐上均不盡完美,破損情況依舊發(fā)生。為了更好地解決此類問題,出現(xiàn)了“恒載簡支、活載連續(xù)、支點(diǎn)不轉(zhuǎn)換的連續(xù)梁”設(shè)想,即完全按簡支梁施工,安放兩個(gè)支座,然后在橋墩頂處設(shè)置普通鋼筋、后澆混凝土接頭,待澆筑的混凝土達(dá)到強(qiáng)度后,結(jié)構(gòu)體系就轉(zhuǎn)化為連續(xù)梁體系(結(jié)構(gòu)連續(xù)),其受力特點(diǎn)顯然要比簡支梁優(yōu)越(見圖5)。20世紀(jì)60年代,在江蘇省蘇家咀排河大橋上就采用恒載簡支、活載連續(xù)、支點(diǎn)不轉(zhuǎn)換的方式建造了8孔15m的連續(xù)T梁橋,至今運(yùn)營狀況良好。1.3先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的研究歷程為了從根本上解決橋面開裂問題,采用預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連續(xù)顯然是最佳的選擇。日本、韓國、美國、加拿大及歐洲許多國家都出現(xiàn)了很多“先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系”橋梁。國內(nèi)約在20世紀(jì)80年代開始建造該類結(jié)構(gòu)體系橋梁,90年代以后廣為采用。美國的兩座先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系人行橋(內(nèi)布拉斯加州林肯市第十街的人行天橋及第V號街天橋)更是在與鋼結(jié)構(gòu)橋梁方案的競爭中獲得勝利。20世紀(jì)60年代的研究以波特蘭混凝土協(xié)會(簡稱PCA)為代表。他們對預(yù)制梁通過現(xiàn)澆橋面板和連續(xù)橫隔板連續(xù)的方法進(jìn)行了研究,并考慮不同的鋼筋連接方式。20世紀(jì)70年代,哥倫比亞大學(xué)研究了將鋼絞線延伸到連接橫隔板內(nèi)部以形成正彎矩連接的可行性,并進(jìn)行了三種鋼絞線配置的足尺模型試驗(yàn)。20世紀(jì)80年代,美國施工技術(shù)試驗(yàn)室(簡稱為CTL)對此類先簡支后連續(xù)梁橋進(jìn)行了分析研究,并開發(fā)了程序(BridgeRM)以預(yù)測與時(shí)間相關(guān)的限制矩。20世紀(jì)90年代早期,美國學(xué)者Rabbad和Aswad回顧了在田納西州和其它地方采用的連續(xù)橫隔板的一些標(biāo)準(zhǔn)細(xì)節(jié)(在PCA法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來)。AlanR.Phipps和Q.DSpruilJr.(1990年)強(qiáng)調(diào)了后連續(xù)施工方法的特點(diǎn)。胡崇武(1992年)在綜合考慮先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系特點(diǎn)的基礎(chǔ)上,以高速公路5跨30m預(yù)應(yīng)力混凝土T形梁的實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算為例進(jìn)行了探討。90年代中期,美國印第安納州交通部在普渡大學(xué)發(fā)起了一項(xiàng)研究,以評定預(yù)制、預(yù)應(yīng)力混凝土橋的限制矩,并進(jìn)行了6座兩跨連續(xù)梁橋的試驗(yàn)。MaherK.Tadros(1995年)介紹了美國的NU型后連續(xù)新技術(shù);劉中林等(1996年)初步分析了混凝土的收縮徐變以及溫度在先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系上引起的次內(nèi)力。90年代后期,英國的Clark和Sugie等人研究了預(yù)制梁的正、負(fù)彎矩連接。RobertJ.Peterman和JulioA.Ramirez(1998年)分析研究了全高度預(yù)應(yīng)力混凝土板的強(qiáng)度和特性后,提出了全高度預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土板橋由于混凝土的收縮徐變而產(chǎn)生的附加彎矩的計(jì)算方法。國內(nèi)在20世紀(jì)90年代出現(xiàn)了許多原型橋工程,引起了許多學(xué)者的研究興趣。福州大學(xué)率先進(jìn)行了室內(nèi)模型梁試驗(yàn),詳細(xì)分析了先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的受力性能。曹俊偉、謝琪等(1997年—2000年)對國內(nèi)幾個(gè)主要的原型橋工程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹,探討了它們的設(shè)計(jì)特色、工藝特點(diǎn)、連接方式以及施工中的重要問題等(圖6為一典型的后連續(xù)端部圖),為先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系的推廣應(yīng)用提供了一定的理論及實(shí)踐依據(jù)。2000年以后,MohsenA.Issa、AlfredA.Yousif和MahmoudA.Issa(2000年)針對于美國相當(dāng)一部分的橋梁需要替換或修復(fù)這一狀況,利用預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土板裝配在混凝土梁或鋼梁上,相鄰的橋面板則采用鉸接連接。A.R.Mari和J.Montaner(2000年)詳細(xì)探討了一種新型的預(yù)制混凝土連續(xù)箱梁橋,該種典型的橋梁包括“U”形截面的預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土梁和通過端部橫隔板實(shí)現(xiàn)混凝士橋面板后連續(xù)的預(yù)應(yīng)力連接,現(xiàn)澆的上部預(yù)應(yīng)力混凝土板提供了橋梁的縱向連續(xù)并和側(cè)板一起組成了箱形截面(見圖7)。S.M.R.Lopes和J.Harrop(2001年)進(jìn)行了6根兩跨連續(xù)預(yù)應(yīng)力組合梁的試驗(yàn)研究,分析了中支座處截面的彎矩和轉(zhuǎn)角的關(guān)系。Hyo-GyoungKwak、Young-JaeSeo(2002年)研究分析了預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土先簡支后連續(xù)梁在中支座處由于混凝土的收縮引起的開裂控制問題。2預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連續(xù)是結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的必然結(jié)果1)先簡支后連續(xù)結(jié)構(gòu)體系在其歷史發(fā)展中主要有5種類型,各自的優(yōu)、缺點(diǎn)及適用范圍見表1。從該類結(jié)構(gòu)體系的歷史發(fā)展可見,橋面(板)連續(xù)、恒載簡支—活載連續(xù)—體系不轉(zhuǎn)換、普通鋼筋實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連續(xù)均不能從根本上解決負(fù)彎矩區(qū)的開裂問題,采用預(yù)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)連續(xù)是該類結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的必然結(jié)果。2)工