冀晓丽1 ，李井增1，曹奇2，靳豪鹏2
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摘要：本文针对简支变连续预应力混凝土箱梁桥的体系转换过程，重点分析了体系转换即落梁后的主梁上的内力、变形和应力情况，研究了简支变连续预应力混凝土箱梁桥体系转换过程结构受力的时变特性，以梁体受力为指标，通过对比分析湿接缝浇筑和预应力张拉先后施工顺序对梁体力学性能的影响，提出小箱梁负弯矩区的预应力的合理施工工序，为以后同类型的简支转连续箱梁桥的体系转换施工提供参考。
关键词：预制小箱梁；Midas civil；湿接缝；预应力张拉；施工计算； 施工工序；
1 引言
根据调查发现，在目前已建成并长期运营使用的预应力混凝土简支梁桥中，许多桥梁负弯矩区段出现了严重的开裂现象，而负弯矩区开裂的主要原因是负弯矩区预应力布置不足所导致的[1]，而预应力出现损失的原因又是多样的，包括前期计算不足、体系转换工序的影响、后连续张拉的工艺问题等等，其中，体系转换工序的影响是十分巨大的[2-3]，因此，研究出更为合理的施工方法来有效减少负弯矩区开裂情况就成为当下指导实际施工所迫切需要的。
2 工程概况
楼下大桥位于宜兴至长兴高速公路YC-YX2标，庙山二号隧道与葡萄岭隧道之间，跨越冲沟（设计洪水位+150m），兼作汽车通道，桥梁荷载等级公路-I级，桥面净宽为16.25m。
全桥上部结构为预应力混凝土后张法小箱梁，先简支后连续。桥面横坡双向2%，纵坡1.94%。桥面横坡通过墩台帽坡度调整。本桥分为左右双线，两线间架有一渡线桥。左线共两联九跨：4×25+5×25，右线共两联七跨：4×25+3×25，为简支变连续箱梁结构的典型代表。
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3 有限元模型
结构计算分析是施工控制的核心和前提，要想准确的进行误差分析、参数估计与状态预测，首先必须有精确的结构计算值。为取得准确的理论计算值，首先应该建立一个准确的计算基本模型，然后要对整个施工过程进行真实的模拟。本文以楼下大桥右线桥第二联3×25m组合小箱梁为研究对象，采用Midas civil软件进行模型分析，研究湿接缝浇筑和负弯矩区预应力张拉施工先后顺序对于梁体的应力和变形影响。
3.1 分析荷载
一期恒载：主要为箱梁自重、横隔板自重、现浇段自重，取容重为25.0 kN/m3。
二期恒载：桥面铺装、防撞护栏以及桥面排水，桥面铺装采用80mmC40混凝土+105mm沥青混凝土，桥宽15.75m，则q=15.75×（0.08×25+0.105×24）=71.19kN/m 。
预应力荷载：采用抗拉强度标准值为1860MPa的钢绞线，张拉控制力取1395MPa[4-5]。
3.2 计算模型
图3为该桥的Midas civil结构计算离散模型图。本模型共有341个节点，274个单元，单元形式均为梁单元。本桥为组合箱梁，采用梁格法模型模拟。
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3.3 施工阶段划分
为进行对比分析，分别建立两个不同施工顺序的模型。
模型一：先浇筑端横梁，然后浇筑纵缝，之后依次张拉5~6跨和6~7跨负弯矩区预应力，最后进行体系转换-落梁。
模型二：先浇筑端横梁，然后依次张拉5~6跨和6~7跨负弯矩区预应力，之后浇筑纵缝，最后进行体系转换-落梁。
4 主要计算结果
本文重点分析体系转换即落梁后的主梁上的内力、变形和应力情况。
4.1 主梁内力
由图4和图5可知，在体系转换完成后，主梁跨中主要产生正弯矩，端横梁位置主要承受负弯矩。在模型一中，端横梁上的最大负弯矩值为-1414.6kN?m,主梁上最大正弯矩值为807.7 kN?m。在模型二中，端横梁上的最大负弯矩值为-1648.8kN?m,主梁上最大正弯矩值为946.1 kN?m。
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4.2 主梁变形
由于预拱度的设置，主梁跨中产生向上的位移。
由图6和图7可知，在模型一中，主梁跨中最大位移发生在中跨跨中位置，最大值为3.47mm，两边跨跨中位移约为2.21mm。在模型二中，主梁跨中最大位移发生在中跨跨中位置，最大值为4.17mm，两边跨跨中位移约为2.65mm。均小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）规定的竖向挠度限值L/600=41.67mm，满足规范设计要求。
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4.3 主梁应力
本文选取箱梁梁底应力进行分析说明。
由图8和图9可知，在体系转换完成后，箱梁梁底跨中位置主要承受压应力，端横梁底部主要承受拉应力。且中跨上的箱梁应力较为一致，两边梁上的箱梁应力向端部逐渐减小。在模型一中，最大拉应力为3.01MPa，最大压应力为-2.31MPa。在模型二中，最大拉应力为3.32MPa，最大压应力为-2.47MPa。均未超过《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG3362-2018）7.2.8规定的预应力受弯构件截面下边缘混凝土应力限值：压应力σc≤0.70fck = 0.7×32.4=22.68 MPa，拉应力σt≤1.15ftk=1.15×2.65=3.048MPa，满足规范要求。
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4.4 小结
由以上计算结果可见，模型一和模型二中施工阶段主梁上的变形和应力均符合规范要求，但模型二中各位置处的内力、变形和应力都要比模型一中各位置处的内力、变形和应力大，尤其是端横梁上的负弯矩要小的多。这表明，当采用先浇筑纵缝再进行负弯矩区预应力张拉的施工工序对简支变连续体系箱梁桥的力学性能影响要小于先张拉预应力再进行纵缝浇筑的施工工序。
5 结语
通过对宜长高速楼下大桥右线桥第二联三跨简支转连续组合箱梁桥体系转换过程进行有限元模型，在进行了不同施工顺序的对比分析后，得出了先进行纵缝浇筑再进行负弯矩区预应力张拉的施工工序对于此结构体系的力学性能影响在符合规范限值的情况下，更为合理的结论，为以后同类型的简支转连续箱梁桥的体系转换施工积累了丰富的理论经验，为有效控制负弯矩区开裂提出了更为合理的施工建议，对指导实际施工具有重要意义。
参考文献
[1]解廷权.先简支后结构连续桥梁施工技术研究[J].交通世界，2020(12)：80-81.
[2]张花.预应力体系对简支变结构连续梁桥力学性能影响分析[J].山西交通科技，2020(4):62-65.
[3]马新华.单箱多室在役连续梁桥的结构性能计算[J].城市道桥与防洪,2020(9):66-69.
[4]中华人民共和国交通运输部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范:JTG 3362-2018[S].北京:人民交通出版社，2018.
[5]李静斌，葛素娟，陈淮.分体式组合小箱梁空间有限元建模方法[J].城市道桥与防洪,2010(8):644-648.