2019年第24期（8月 下）
预应力混凝土简支变结构连续T梁的基本力学性能及负弯矩区预应力效应分析
龙芳玲
（广东宁华高速公路有限公司，广东 梅州 514400）
摘要：对预应力混凝土简支变结构连续T梁进行分析，总结其优点以及受力特点与结构次内力，并结合某桥梁工程，通过建立有限元模型，分析了大跨径预应力混凝土T梁的基本力学性能以及负弯矩取的预应力效应，最终得出结论：施工条件局限性和施工工序不规范都会使结构产生附加内力，导致预应力效应减少。关键词：简支变连续结构；预应力；负弯矩区中图分类号：U445.4
文献标识码：B
0 引言
随着预应力混凝土梁桥的建成与发展，预应力混凝土T梁因其结构简单、节省材料、架设安装方便等优异的特点得到广泛应用。目前，我国处在交通建设的快速发展阶段，桥梁建设的性价比要求越来越高，桥梁建设者们开始思考如何将简支梁的工厂预制化与连续梁的优越性相结合，先简支后连续结构体系应运而生。
预应力混凝土构件在正常使用的极限状态下，有多重因素会引起预应力损失。如：混凝土收缩徐变，预应力钢筋的应力松弛，预应力钢筋与管道壁之间的摩擦，锚具变形、钢筋回缩、接缝回缩等。国内外学者提出了很多确定预应力损失的方法，但却很难精确地计算预应力损失。为此，只能采用程序对混凝土收缩徐变、预应力钢筋松弛等因素所引起的预应力损失进行计算。
简支后结构连续的结构体系是将简支梁与连续梁的受力特点相结合。因此，对比相应简支梁与连续梁，其峰值弯矩值较小。
1.2.2 简支变连续结构体系的结构附加内力
由于简支变连续结构是将预制梁架设后才将两跨预制梁在通过现浇混凝土接缝来连接。预制混凝土梁与现浇混凝土连接的时间差，会有很多因素引起先简支后结构连续的体系内产生附加内力。如：（1）预制梁内混凝土与现浇混凝土的收缩徐变时间差；（2）相邻两跨预制梁下的墩台基础沉降差；（3）桥梁所处大气环境、温度的变化会使结构产生不均匀的温度差；（4）负弯矩区预应力钢束的张拉对原预制混凝土梁的结构和截面的影响；（5）现浇混凝土段的施工顺序和方法。
为此，在计算中，需要考虑以上影响因素所造成的结构附加内力。
1 预应力混凝土简支变连续T梁的结构特点
1.1 预应力混凝土简支变连续T梁的优点
预应力混凝土简支变结构连续T梁具有现浇连续T梁刚度大、变形小的特点。且与现浇连续T梁相比，预应力混凝土简支变连续T梁优越性还有以下几个方面：（1）可以采用工厂预制，便于统一结构构件的尺寸；（2）墩台施工时，上部结构构件可同时进行预制，缩短工期，提高经济效益；（3）除负弯矩区的混凝土浇筑与钢束张拉，其他上部结构可以避免脚手架作业，可避免施工时的环境污染。1.2 受力特点与结构次内力
1.2.1 先简支后结构连续体系的受力特点
根据先简支后结构连续体系的受力情况，基本分为2个阶段。第1阶段是将预制梁架设在临时支座上，主梁只承受自重与预制梁内预应力。第2阶段是将连接相邻两跨预制梁的接头混凝土浇筑完毕后，张拉负弯矩区的预应力筋，此时的主梁承受二期恒载、活载和新的预应力，即先
2 预应力混凝土简支变结构连续T梁有限元模型
本文计算时采用MIDAS/Civil中的梁单元，该软件具有良好的空间曲线建模功能、施工阶段的控制分析功能。通过对实际桥梁工程各个施工阶段的内力分析，得到各个阶段、各个位置截面的应力和位移的计算结果，为预应力混凝土简支变结构连续T梁的基本力学研究提供计算依据。2.1 工程背景
该桥为一座3×40m预应力混凝土先简支后结构连续T梁桥，桥面宽度11.75m上部结构由3片中梁、2片边梁构成。1片中梁宽度1.75m，1片边梁宽度2.055m，翼缘板间湿接缝宽度0.598m。预制梁、横隔板、湿接缝、封锚端、墩顶现浇连续段、桥面铺装均采用C50混凝土。2.2 建立计算模型
对该桥计算时，将其模拟为三维空间结构模型，各节段离散为梁单元，其成桥计算简图如图1—图3。
收稿日期：2019-05-16
作者简介：龙芳玲（1982—），男，工程师，从事高速公路养护工作。
84图1 第一跨
图2 第二跨
图3 第三跨
2.3 划分施工阶段、确定施工荷载和偏载系数
根据实际施工的具体实施过程，将施工阶段基本划分为4个步骤：预制梁混凝土浇筑及预应力筋张拉、预制梁架设、墩顶现浇及张拉负弯矩预应力钢筋、桥面系施工。建模计算时模拟实际施工过程，上部现浇板为支架现浇施工。具体计算过程如下：现浇梁体→施工桥面附属结构→10年徐变。
计算模型中考虑到施工阶段荷载有结构自重、预应力荷载、整体升降温、温度梯度、二期均布恒载和集中力等。其中，现浇板C50混凝土容重按26kN/m3计，预应力钢束张拉控制应力1395MPa，松弛系数0.3，孔道每米长度局部偏差的摩擦系数K=0.0015。整体温度按升温25℃、降温25℃考虑，梯度升、降温按《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2015梯度温度计算，由于桥面采用10cm厚水泥混凝土铺装，顶板升温为25℃～6.7℃～0℃，顶板降温为-12.5℃～-3.35℃～0℃。混凝土收缩徐变算法采用《公路桥涵设计通用规范》JTG D60—2015附录算法，保证混凝土养护龄期7d以上，加载龄期按7d计算，构件的理论厚度算法按照公路桥梁规范执行。混凝土桥面铺装不参与结构受力，仅作为二期恒载施加。
计算模型中考虑活载偏心作用的不利影响，暂取偏载作用不利系数为1.15。计算纵向弯矩时，采用此参数。
3 模型计算结果与分析
3.1 持久状况上部结构正常使用极限状态计算
根据《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规
交通世界TRANSPOWORLD范》（JTG 3362—2018）6.5.3规定：钢筋混凝土和预应力混凝土受弯构件，由汽车荷载（不计冲击力）和人群荷载频遇组合在梁式桥主梁产生的最大挠度不应超过最大跨径的1/600。在梁式桥主梁悬臂端产生的最大挠度不应超过悬臂长度的1/300。
按上述规定：由汽车荷载和人群荷载频遇组合在主梁
产生的最大挠度值为13.8mm＜40000/600，满足要求。3.2 持久状况上部结构承载能力极限状态计算
（1）承载能力抗弯计算。按照规范《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG 3362—2018）规定进行抗弯验算，经计算，抗弯承载能力满足规范要求，富余度26.1%。
（2）承载能力抗剪计算，按照规范《公路钢筋混凝土
及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTG D62—2004）规定进行斜截面抗剪承载能力计算。经计算，斜截面抗剪承载能力满足规范要求，富余度47.8%。3.3 负弯矩区力学性能分析
先简支后结构连续T梁由于结构受力体系的转换，具有一期恒载简支，二期恒载及活载连续的体系特点。墩顶现浇段负弯矩主要由整体化层、防撞栏及桥面铺装、车辆活载引起。与一次落架连续梁不同，先简支后结构连续T梁支点负弯矩远小于梁跨中正弯矩值。负弯矩钢束的布置考虑构造因素采用多根小型号的直线钢束，在T梁顶板设置张拉槽口。由于现场施工的局限性，负弯束的预应力损失较大，设计中应重视有效预应力值以保证截面抗裂能在容许范围内。
4 结语
综上所述，预应力混凝土简支变连续T梁桥施工过程中，由于受施工条件和施工过程中操作不规范的影响，施工队伍专业技术知识不足，往往只按照以往的施工经验，未能按进材料的时间属性进行合理安排，导致结构因混凝土收缩、徐变不同步等而产生附加内力，因此，施工过程中应加强施工技术控制的研讨，结合实际制定合理的施工工序，规范施工工程，确保施工质量。
参考文献：
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（编辑：赵艳）
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