一种基于分离设计的桥面连接结构、简支梁桥及建造方法与流程

本发明涉及桥面连续简支梁桥设计和施工，特别涉及一种基于分离设计的桥面连接结构、简支梁桥及建造方法。

背景技术：

1、理论上，在每处墩顶处设伸缩缝的简支梁桥(简称全伸缩缝简支梁桥)因相比连续梁桥具有更快的施工速度和更低的工程造价，是适用于各类城市道路和各等级公路中小跨径桥梁装配化建造的最经适桥型。但实际上，全伸缩缝简支梁桥的伸缩缝数量是连续梁桥的2～3倍，高速行车时车辆在伸缩缝处易产生跳车现象，严重影响了行车平顺性；且伸缩缝为桥梁工程中的最易损构件，其清理周期以逐月计，实际使用寿命常低至2～3年，故伸缩缝所需的频繁养护显著降低了道路的通行性能。

2、为减少全伸缩缝简支梁桥的伸缩缝数量，桥面连续简支梁桥应运而生。如图7，桥面连续简支梁桥的一般构造是在其第一和第二主梁(包括t梁、小箱梁、整孔大箱梁、钢混组合梁等)间的结构缝32顶面的现浇调平层33内设置一段长度为l9的与相邻两跨简支主梁刚接的“桥面连续结构”、其下设置331上覆塑料薄膜的沥青薄层、其顶面处锯开一道2～3cm深的横桥通长向的缝隙333后填入沥青玛蹄脂，现浇调平层33内的调平层钢筋332在“桥面连续结构”范围内是贯通的。因“桥面连续结构”的厚度一般与现浇调平层一致、故其在结构缝处的截面抗弯刚度远低于相邻简支主梁，因此，理论上桥面连续简支梁桥具有接近于连续梁桥的水平变形和传力性能及墩顶处行车平顺性能，又不会如连续梁桥产生过大的墩顶负弯矩而需配置大量预应力束来抵抗，桥面连续结构处仅需按普通钢筋混凝土构件设计配筋即可满足规范验算要求。但实际上，多年的使用经验证明，以图7为代表的现有桥面连续技术实际使用性能与理论有很大出入，其耐久性、防水性、行车平顺性和抗震性能均大幅低于连续梁桥，现有桥面连续简支梁桥运营阶段的性能劣势已超出了其建造阶段的工期和成本优势，导致该技术在大部分中小跨径装配式桥梁中已日趋淘汰，目前仅在少数斜、弯、变宽或异形的桥梁中方才采用。

3、究其原因，现有的桥面连续简支梁桥(包括已授权的发明专利cn201110000647、cn201210588176、cn201510060304、cn201911383159、cn202110271685等)始终局限于在桥面连续构造处尽力抵抗或减轻梁端转角的影响，从而难以避免以下四个方面的显著问题：

4、一是耐久性：因桥梁需要在使用阶段承受汽车和人群重力等竖向荷载、整体升降温和制动力等水平荷载、车轮冲击和梯度升降温等局部作用、土体位移和桥墩不均匀沉降等水平竖向强制位移、橡胶支座弹性压缩不同步所引起的竖向错动变形、水平和竖向地震力作用，这些荷载和变形均会传递至桥面连续处构造，使该处的钢筋混凝土结构不可避免地产生裂缝，在混凝土裂缝出现的瞬间往往会拉裂与其相邻的桥面防水层及一定厚度的沥青层，且沥青材质本身就可能具有间隙导致雨污水可渗入并侵蚀裂缝处的桥面连续钢筋。尤其对于如图8主梁下挠后的梁端转角示意图中主梁在各类作用下下挠而产生梁端转角θ传递至桥面连续结构处时，梁端上缘会产生上翘其值为△z1、还会产生水平压缩其值为△x1，桥面连续结构处上缘虽然内力较小但应力仍远超混凝土抗拉强度，故该处必将产生如图9的裂缝，而裂缝处混凝土因开裂及内部的微损伤导致强度降低，而该处构造直接承受车轮荷载的反复冲击碰撞产生应力集中，再叠加温度等其它局部作用影响后将导致裂缝进一步发展放大而超出规范限值甚至出现破碎、进而反射至上方防水层和沥青铺装导致路面面层疲劳开裂，而这一情况是现有规范、理论和试验研究所无法定量计算和预判清楚的，也是桥面连续技术应用多年后仍未能解决其顽疾的根本原因。此外，更不利的情况下，如图10桥墩不均匀沉降时桥面连续结构处下缘又将产生裂缝，上下缘裂缝相互贯通后将更显著地加快桥面连续结构的破坏进程、尤其在整体降温作用下桥面连续结构为轴拉受力、其裂缝可能不受限制地增大，实际运营中甚至出现部分桥梁通车不满一年即产生了桥面连续处明显开裂的病害。因此，相比连续梁桥因负弯矩预应力束的存在保证了其墩顶处桥面不易开裂，现有桥面连续简支梁桥的耐久性显著低于连续梁桥。

5、二是防水性：上述耐久性问题发生后，桥面雨污水将直接浸入桥面连续结构处的裂缝，导致大量受力钢筋锈蚀膨胀并进一步加剧裂缝开展并进一步降低耐久性，且形成贯通裂缝后雨污水将直接渗入并流入下方的墩台盖梁和支座、使现有桥面连续简支梁桥的防水性显著低于连续梁桥。

6、三是行车平顺性：上述耐久性和防水性问题发生后，桥面连续结构处的沥青路面将产生开裂、啃边、坑洼和破损等严重病害，其跳车现象将更甚于伸缩缝处，在汽车高速行驶时更是危及行车安全。实际运营中发现，若不及时修补将出现“每处必跳”的情况，但桥面连续处构造的维修和更换难度显著高于伸缩缝，也严重影响了该类桥梁的通行性能。因此，桥面连续简支梁桥长期运营后的行车平顺性在技术层面无法保障、仅能通过加强管理和检修来改善，这是其相比连续梁桥的根本劣势。

7、四是抗震性能：桥面连续结构为尽可能地少分担主梁在竖向荷载下所产生的弯矩、应尽可能降低其竖弯刚度，但竖弯刚度的降低又将导致其在竖向地震力作用下的抗震性能减弱，现有技术中与现浇调平层同厚的桥面连续结构因竖弯刚度过低、难以保证全联桥的抗震性能，故需设置较多且昂贵的减隔震支座或其它措施来加强抗震，这一情况又部分抵消了桥面连续简支梁桥原有的造价优势，导致其在抗震要求较高的地区经济适用性较低。因此，相比连续梁桥因墩顶处截面采用与主梁同高的湿接头和预应力束实现刚接而提升了全联桥的整体性和抗震性能，现有桥面连续简支梁桥的抗震性能显著低于连续梁桥。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的上述四个方面问题，本发明提供了一种基于分离设计的桥面连接结构、简支梁桥及建造方法，基于将易损件避开行车面的思路将简支梁的桥面连接构造进行分离设计，分别设计了桥面连续简支梁的水平传力构件和结构缝过渡构件，一并解决了现有技术的四大难题，并具有更高的可靠性、适用性和经济效益。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

3、一种基于分离设计的简支梁桥桥面连接结构，所述桥面连接结构用于连接顺桥向相邻设置的主梁，所述桥面连接结构设置于第一主梁和第二主梁之间的结构缝位置，所述桥面连接结构自上而下依次包括桥面简支拱形结构和桥面板刚接结构；所述桥面板刚接结构分别与所述第一主梁的桥面板、所述第二主梁的桥面板刚性连接。

4、本发明的技术方案中所述桥面简支拱形结构与两侧主梁及现浇调平层之间均无任何钢筋连接。

5、上述
技术实现要素：
的技术原理和效果为：(1)基于分离设计的思路，将现有技术桥面连续结构本需承担的作用拆分为两个不同的结构来分别承担，一是设计了桥面板刚接结构负责承担汽车和人群重力等竖向荷载产生的梁端转角、整体升降温及制动力等水平荷载、土体位移和桥墩不均匀沉降等水平竖向强制位移、水平和竖向地震力作用，二是设计了桥面简支拱形结构来承担车轮冲击和梯度升降温等可能导致应力集中的局部作用；(2)通过上述设计，即使桥面板刚接结构因不可抗力产生了轻微裂缝，也因为避开了车轮冲击和梯度升降温等可能导致应力集中的局部作用而不会加剧裂缝开展，同时也因其不与桥梁的沥青铺装层直接接触而不会导致铺装破损影响行车平顺性；(3)通过上述设计，并结合桥面简支拱形结构与两侧的主梁和现浇调平层无钢筋贯通的隔断设计，主梁内力不会传至桥面简支拱形结构上、梁端转角变形产生的梁端上翘也因为简支拱形板底面与梁端上缘之间的竖向高差而不会传至简支拱形结构上；此外，拱式结构的刚度大且其内力效应中的弯矩占比小、呈现偏心乃至接近轴心受压的受力状态，故不易开裂且裂缝只会出现在桥面简支拱形结构下缘、不会直接遭受车轮冲击、不会产生上下缘贯通裂缝，故不会导致铺装破损影响行车平顺性；(4)基于以上优势，桥面板刚接结构的厚度可以设计为相比现有技术的桥面连续结构更厚来进一步提高抗震性能而基本不影响该处桥面连接结构的整体耐久性，故在水平和竖向地震力作用下亦有更好的抗震性能；且桥面简支拱形结构基本不承受主梁传来的内力、故大震导致的破损只会发生在桥面板刚接结构，因此严重地震发生后可在保持桥面通行的情况下对桥面板刚接结构进行维修。

6、优选的，所述结构缝的直线距离f≥16cm。

7、上述发明内容的技术原理和效果为：结构缝顺桥向尺寸f≥16cm时，既使桥面板刚接结构具有一定的柔性以适应梁端转角变形，也确保了人员有足够的空间便于桥面板刚接结构和桥面简支拱形结构的施做；同时，减少了主梁总长和计算跨径、显著节约了主梁混凝土和钢材用量。

8、优选的，所述桥面简支拱形结构和所述桥面板刚接结构之间竖直设置有若干个竖向拉杆，若干所述竖向拉杆沿横桥向间隔设置，所述竖向拉杆位于所述结构缝的中部位置。

9、进一步优选的，所述竖向拉杆为预张拉状态，其预张拉力作用于桥面简支拱形结构与桥面板刚接结构上。

10、上述发明内容的技术原理和效果为：通过竖向拉杆给桥面简支拱形结构施加张拉力，可使桥面简支拱形结构与主梁或现浇调平层顶紧，从而一方面实现自密封的防水效果、不再需要设置额外的防水措施，另一方面增加了桥面简支拱形结构与两侧结构之间的联系，避免竖向地震力等作用下桥面简支拱形结构与两侧结构之间产生大幅错动。

11、优选的，所述竖向拉杆包括u形锚栓，所述u形锚栓开口朝下设置，所述u形锚栓的顶部埋设于所述桥面简支拱形结构跨中截面的形心和跨中截面上缘之间，所述u形锚栓的底部伸出所述桥面板刚接结构底面并装配有螺帽用于张拉和锚固。

12、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)采用u形锚栓具有更好的锚固作用，u形锚栓在竖向的顶端向上伸出桥面简支拱形结构的形心后可确保其位于桥面简支拱形结构的受压区且有足够的锚固长度；(2)u形锚栓在竖向的底端伸出桥面板刚接结构的底面后可便于施工人员从下方拧入螺帽实现张拉和锚固，从而避免在上方锚固时螺栓需埋设于沥青铺装层导致该处刚度突变、该处沥青在轮压下易出现应力集中而破损，亦可避免螺栓埋设于简支拱形结构内时削弱该处拱形结构且存在漏水隐患的问题。

13、优选的，所述竖向拉杆埋设于所述桥面板刚接结构的部分套设有套管，所述套管的底部与所述桥面板刚接结构的底面齐平，所述套管的顶部伸出桥面板刚接结构顶面。

14、进一步优选的，u形锚栓的外径小于套管、并穿过套管后通过螺帽锚固将张拉力直接传递至桥面简支拱形结构与桥面板刚接结构上。

15、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)为实现竖向拉杆的张拉力通过锚固构件将张拉力直接传递至桥面简支拱形结构与桥面板刚接结构上，需设置套管以避免竖向拉杆与桥面板刚接结构直接产生粘接作用而影响张拉力的传递、导致各构件受力不明确且大部分张拉力未传递至桥面简支拱形结构的问题；(2)套管顶面伸出桥面板刚接结构顶面，可避免桥面板刚接结构顶面因雨水飘入产生积水后侵蚀被施加张拉力的构件。

16、优选的，所述第一主梁的桥面板端部设置有第一凹槽，所述第二主梁的桥面板端部设置有第二凹槽，所述桥面简支拱形结构设置于所述第一凹槽、所述第二凹槽之间的区域，所述桥面简支拱形结构包括简支拱形板、拱形底模和弹性垫板；所述拱形底模设置于第一和第二凹槽内的桥面板之上，所述拱形底模的跨径为l3，l3为所述第一主梁、所述第二主梁之间的支座中心线的距离；所述弹性垫板设置在所述拱形底模两侧的拱脚与所述桥面板抵接的位置，所述简支拱形板设置在拱形底模顶部，所述简支拱形板为现浇钢筋混凝土结构，所述简支拱形板的拱脚与所述弹性垫板抵接连接，所述简支拱形板的两侧为竖直面，所述竖直面与桥面板的竖向侧壁之间设置有密封防水层；所述密封防水层为不透水材料且在竖向隔断了简支拱形板和现浇调平层，现浇调平层内的钢筋完全埋于现浇调平层的混凝土内、不穿过密封防水层。简支拱形板底面形状为曲面。

17、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)桥面板在梁端部设置凹槽后，确保有足够设置简支拱形板的空间；(2)简支拱形板采用钢筋混凝土结构可与现浇调平层同时现浇，不额外增加工序、工艺和工期；(3)弹性垫板、拱形底模和密封防水层将简支拱形板与主梁及现浇钢筋砼调平层隔开，确保主梁梁端的内力不会传递给简支拱形板使其上缘开裂。

18、优选的，所述第一凹槽和所述第二凹槽分别包括竖直的第一表面和水平的第二表面，所述第一表面和所述第二表面之间形成直角阴角；所述直角阴角具有圆弧过渡面，所述简支拱形板的拱脚为圆弧状，所述弹性垫板为扇形形状，所述弹性垫板的形状与直角阴角的圆弧过渡面形状相适配。

19、所述桥面简支拱形结构还包括滑动垫板，所述滑动垫板为不锈钢结构，所述滑动垫板预埋于桥面板内，所述滑动垫板设置于所述直角阴角处，所述滑动垫板为圆弧形状，所述滑动垫板与所述第一主梁或所述第二主梁预制而成。

20、所述弹性垫板与所述简支拱形板之间形成有第一接触面，所述弹性垫板与所述滑动垫板之间形成有第二接触面，所述第一接触面的摩擦系数大于第二接触面的摩擦系数。

21、优选的，所述拱形底模的弹性模量不超过所述简支拱形板弹性模量的1/500，所述弹性垫板的弹性模量大于所述拱形底模的弹性模量。

22、优选的，所述拱形底模为泡沫材质、所述弹性垫板为聚四氟乙烯材质，所述密封防水层为沥青玛蹄脂或聚氨酯防水密封膏材质。

23、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)凹槽、拱脚与弹性垫板、滑动垫板间的接触面为圆弧状时可更好地适应主梁梁端的转角变形，避免梁端转角导致简支拱形板发生较大上翘；(2)弹性垫板与简支拱形板之间为弧形接触面且两者间的材料摩擦系数大于与弹性垫板与滑动垫板的材料摩擦系数，可确保简支拱形板在荷载作用下拱脚发生转角变形时为弹性垫板与滑动垫板之间沿光滑的不锈钢面转动、避免弹性垫板与拱脚之间沿粗糙的混凝土面转动而产生损伤；(3)弹性垫板一般为高聚物或橡胶材料、拱形底模一般为泡沫，前者弹性模量要远大于后者、故后者基本不参与受力、确保简支拱形板的变形接近双铰拱以明确其受力和配筋；(4)密封防水层一般为沥青玛蹄脂或聚氨酯防水密封膏，其弹性模量很低且具有一定的流动性，在梁端发生转角变形时可实现自密实和密封防水。

24、优选的，所述第一凹槽、所述第二凹槽所处位置的桥面板厚度大于主梁跨中截面的桥面板厚度，所述桥面板内预埋有抗冲切钢筋，所述抗冲切钢筋设置于所述滑动垫板的斜下方位置。

25、上述发明内容的技术原理和效果为：因简支拱形板拱脚处的桥面板所受荷载集度较大，故凹槽处的桥面板厚度需大于主梁跨中截面的桥面板厚度，并需设置抗冲切钢筋。

26、优选的，所述桥面简支拱形结构的竖向高度大于所述第一凹槽或第二凹槽的深度，所述桥面板顶面设置有现浇调平层，所述现浇调平层的顶面与所述桥面简支拱形结构的顶面齐平。

27、优选的，所述第一凹槽的深度为h41，所述第二凹槽的深度为h42，所述现浇调平层的厚度为h33，所述桥面简支拱形结构的高度为(h41或h42)+h33。

28、优选的，所述桥面板顶面还设有桥面防水层和沥青铺装层，所述沥青铺装层与所述简支拱形板顶面之间设置有隔离薄膜。

29、进一步优选的，所述隔离薄膜材质为氯丁橡胶板，所述隔离薄膜面积与简支拱形板顶面表面积一致，所述隔离薄膜在简支拱形板的材料硬化后铺设并可在简支拱形板顶面滑动。

30、上述发明内容的技术原理和效果为：桥面板刚接结构产生裂缝后，结构缝附近的沥青铺装层将相应产生变形，通过隔离薄膜可将简支拱形板与沥青铺装层隔开从而将该变形分散至简支拱形板范围内的所有沥青铺装上，进而大幅降低了该变形产生的应变、避免了该变形仅传递至简支拱形板两侧的局部沥青铺装上导致应力大而集中的问题。

31、优选的，所述密封防水层顶面设置有不锈钢板，不锈钢板的顺桥向尺寸l452不小于3倍密封防水层的顺桥向尺寸。

32、优选的，施做密封防水层前，可先预埋隔断板(一般为薄铝板或塑料板)，待现浇调平层和简支拱形板的现浇混凝土初凝后取出，再填入密封防水层。

33、上述发明内容的技术原理和效果为：不锈钢板搁置于简支拱形板顶面和现浇调平层顶面之上后，将与后浇的沥青铺装层粘结为一体，可有效分散密封防水层处发生微小上翘时产生的集中应力、避免沥青铺装层与现浇调平层的尖角发生挤压碰撞而开裂，同时也起到支撑密封防水层处沥青铺装层的作用并避免其开裂。

34、优选的，所述桥面板刚接结构设置于结构缝之间，桥面板刚接结构端面分别与所述第一主梁、所述第二主梁的桥面板端面外轮廓重合，所述桥面板刚接结构包括后浇砼板以及预埋于所述后浇砼板中的预埋钢筋，沿所述主梁的横桥向间隔设置有若干组预埋钢筋，每组所述预埋钢筋包括结构相同的第一钢筋和第二钢筋，所述第一钢筋设置于所述第一主梁的桥面板内，所述第二钢筋设置于所述第二主梁的桥面板内。

35、优选的，所述第一钢筋和第二钢筋均为u型结构，所述第一钢筋的开口端预埋于所述第一主梁中，所述第一钢筋的闭合端预埋于所述后浇砼板中，相对设置的所述第一钢筋、所述第二钢筋通过连接钢筋连接，桥面板刚接结构底面与桥梁下构顶面的净距不小于60cm。

36、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)桥面板刚接结构为现浇钢筋混凝土结构且在竖向离桥面不远，其钢筋连接作业可由施工人员直接站于桥面上完成，且可与现浇调平层同时现浇，不额外增加工序、工艺和工期；(2)桥面板刚接结构的端面均与所在侧的主梁桥面板端面外轮廓重合，可与两侧桥面板形成连续贯通的结构，避免少数渗入水分侵入下构；(3)桥面板刚接结构的竖向位置相比现有技术在现浇调平层设置的桥面连续结构更为靠下，故桥面板刚接结构在梁端转角作用下产生的水平变形更小、产生的应变和应力更小、裂缝宽度更小，且桥面板刚接结构能设计为更大的厚度从而具有更好的抗震性能；(4)桥面板刚接结构底面距桥梁下构顶面不小于60cm，可便于施工人员进入桥面板刚接结构下方进行竖向拉杆的张拉锚固作业和后期对结构缝处各构件的检修维护作业。

37、一种基于分离设计的桥面连续简支梁桥，包括间隔设置的n个桥墩，n个桥墩上架设有n-1个预制的主梁，顺桥向相邻的所述预制主梁之间设置有前述的简支梁桥桥面连接结构。

38、优选的，所述主梁包括桥面板，所述桥面板下部设置有腹板，主梁的两个端部分别设置有端横梁，预埋钢筋顺桥向伸入与端横梁有重叠面的桥面板范围内。

39、上述发明内容的技术原理和效果为：桥面板刚接结构通过预埋钢筋和连接钢筋与桥面板、腹板和端横梁连接为一体，在承受车辆荷载的局部作用下具有更好的分散受力效果。

40、一种基于分离设计的桥面连续简支梁桥的施工方法，包括如下步骤：

41、步骤1、根据施工设计图在已施工完的桥墩和支座上方进行预制结构的搭建，其中，所述主梁预制的过程中，端部设置有用于安装桥面简支拱形结构的凹槽，所述凹槽内设置有滑动垫板以及弹性垫板，桥面板的端部设置有预埋钢筋；

42、步骤2、搭建模板，并在相对的预埋钢筋之间安装连接钢筋，摆放好竖向拉杆的u形锚栓及套管后进行砼浇筑，初凝后形成后浇砼板；

43、步骤3、在所述凹槽的第一表面处预埋隔断板，在后浇砼板上方放置拱形底模，然后进行简支拱形板以及现浇调平层的砼浇筑，待混凝土初凝后，将所述隔断板取出，填入密封防水层；

44、步骤4、在所述简支拱形板顶面覆盖隔离薄膜，在密封防水层顶面覆盖不锈钢板；

45、步骤5、待简支拱形板和后浇砼板养护完成后，施工人员进入后浇砼板下方拧入螺帽实现竖向拉杆的张拉和锚固；

46、步骤6、在现浇调平层顶面整体施工桥面防水层和沥青铺装层，即完成桥面连续简支梁桥的施工。

47、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)采用本发明的施工方法，桥面板刚接结构可直接在主梁顶面完成钢筋连接作业，该结构采用吊模现浇后可将底部吊模直接捅落至下构顶部，因高差较小故吊模不会摔坏，仍可回收并重复利用；(2)结构缝处有足够的空间供施工人员进入，与下构形成自然的作业平台并为端横梁湿接缝的现浇和竖向拉杆的张拉锚固提供足够的便利；(3)桥面简支拱形结构与现浇调平层同时施做、不额外增加工序、工艺和工期；(4)相比连续梁桥，更是省去了墩顶负弯矩束张拉和墩顶湿接头处狭窄空间内大量且密集的钢筋连接作业这两大显著耗费工时的工序，大大减小了施工难度、节省了施工措施费并缩短了工期。

48、一种基于分离设计的桥面连续简支梁桥优化设计方法，包括以下步骤：

49、s1、根据下构顺桥向尺寸和121支座布置的平面要求，确定结构缝直线距离f的最大取值fmax，进一步得出第一主梁和第二主梁间支座中心线的最大距离l3，得出第一主梁和第二主梁的计算跨径分别为l10、l20；

50、s2、根据第一主梁的计算跨径l10结合设计经验拟定梁高h0，按简支梁建模并施加设计荷载后得出预应力束配置、同时算得梁端最大转角为θ1，取最上方的预应力束锚板上缘10cm处为桥面板端面的暂定上缘线a1，该桥面板端面的暂定上缘线a1距现浇调平层底面的竖直距离为h41；同理得出第二主梁桥面板端面的暂定上缘线a2距现浇调平层底面的竖直距离为h42和梁端最大转角为θ2，取h41与h42中的较小者对应的暂定上缘线为第一主梁和第二主梁桥面板最终的上缘线a4，并使h43＝min(h41,h42)；

51、s3、取第一主梁支座中心线处截面平面与经过其桥面板端面上缘线a4的水平面之交线为理论拱脚线b1，同理取第二主梁支座中心线处截面平面与经过其桥面板端面上缘线a4的水平面之交线为理论拱脚线b2，b1与b2之间的水平距离为简支拱形板的计算跨径l4；令l4＝l3，此时简支拱形板受到两侧主梁梁端转角的变形影响最小；

52、s4、定义简支拱形板拱轴线为抛物线且板顶面与现浇调平层平齐，定义桥面板横桥向总宽度为w、简支拱形板跨中截面的厚度为h4、现浇调平层厚为h33，则简支拱形板的理论拱矢高为hf＝(h33+h43)-h4，假设其跨中截面处作用一单位集中力p＝1、两侧拱脚为固定铰支座约束，按结构力学的力法算得理论拱脚线b1处的水平和竖向反力分别为vx、vz，则简支拱形板跨中截面弯矩为m4＝vz*l4/2-vx*hf，跨中截面下缘的拉应力为σ4+＝m4/(w*h42/6)，采用求函数极值的方法求解出使σ4+最小化的h4并记为h44，此即为简支拱形板的最优跨中截面板厚；

53、s5、简支拱形板拱脚与弹性垫板的接触面积为s＝w*π*r4/2，r4为拱脚圆弧的半径，定义竖向拉杆的总张拉力为n，则弹性垫板的压应力为σ3﹣＝n/(vz/(vx2+vz2)0.5)/s，根据防水等级的设计需求、使σ3﹣在[-2,-0.1]mpa范围取一需要的值，代入上式即可求解确定出相应的竖向拉杆实际张拉力n+；

54、s6、将n+、θ1和θ2分别施加于宽w、高h5的等截面两端固结梁的跨中、左端和右端位置，求得其承载力组合下最不利正、负弯矩分别为m51、m52，则对应的最不利拉应力分别为σ51+＝m51/(w*h52/6)、σ52+＝m52/(w*h52/6)，采用数学规划方法求解出使min(σ51+,σ52+)最小化的h5并记为h55，此即为桥面板刚接结构的最优板厚；

55、s7、按混凝土结构设计基本原理和常规方法完成剩余桥梁构件的设计和配筋。

56、上述发明内容的技术原理和效果为：(1)简支拱形板受限于其它桥梁构件的设计需要，仅能在沥青铺装层底面下方和梁端桥面板顶面上方范围内布设，当简支拱形板跨中截面厚度增大时将导致矢跨比减小、从而在跨中集中荷载作用下的其跨中截面弯矩将增大，但简支拱形板跨中截面厚度增加时又使其在单位弯矩作用下的截面上下缘应力减小，故必有一个综合最优的简支拱形板跨中截面厚度取值使其在跨中集中荷载作用下的跨中截面拉应力最小化，上述发明内容即基于力学分析和公式推导给出了简支拱形板跨中截面的最优厚度确定方法；(2)本发明通过拱脚和拱侧处的细部构造设计使简支拱形板的受力形态接近于双铰拱的受力，故可建立起弹性垫板压应力和竖向拉杆张拉力之间明确的力学解析式，确保竖向拉杆张拉力有效且准确地传递至弹性垫板内产生所需要的压应力、从而实现拱脚处的自密封防水之效果，上述发明内容即基于力学分析和公式推导给出了竖向拉杆张拉力的确定方法；(3)当桥面板刚接结构截面厚度增大时将导致其竖弯刚度增大、从而在梁端转角这一强制变形作用下产生的桥面板刚接结构两端和跨中的弯矩均增大，但桥面板刚接结构截面厚度增加时又使其在单位弯矩作用下的截面上下缘应力减小，故必有一个综合最优的“桥面板刚接结构截面厚度取值”使其在梁端转角和跨中竖向拉杆张拉力作用下的两端和跨中截面拉应力均最小化，上述发明内容即基于力学分析和公式推导给出了桥面板刚接结构截面的最优厚度确定方法；(4)拱脚设于主梁支座中心线处时，简支拱形板受到两侧主梁梁端转角的变形影响最小。

57、与现有技术的桥面连续简支梁桥相比，针对其在背景技术中所述长久未获解决的四方面问题，采用本发明的有益效果总结如下：

58、一、更高的耐久性：本发明基于易损件避开行车面的思路将简支梁的桥面连接结构分离设计，分别设计了桥面板刚接结构作为桥面连续简支梁的水平传力构件、桥面简支拱形结构作为桥面连续简支梁的结构缝过渡构件，从而将简支梁间的各项受力分而治之；其中桥面板刚接结构作为易损件传递整体升降温和制动力等水平荷载、并承担汽车和人群重力等竖向荷载产生梁端转角带来的损伤，即使产生了裂缝也因为避开了车轮冲击和梯度升降温等可能导致应力集中的局部作用而不会加剧裂缝开展；桥面简支拱形结构则作为结构缝过渡构件承担车轮冲击等局部荷载，因简支拱形板与两侧的主梁和现浇调平层隔断，梁端转角变形产生的梁端上翘也因简支拱形板底面与梁端顶缘之间的竖向高差而不会传至简支拱形结构上，故主梁内力不会传至桥面简支拱形结构上，且拱式结构的刚度大而产生的弯矩小，为偏心乃至接近轴心受压的受力状态，不易开裂且裂缝只会出现在简支拱形板下缘、不会直接遭受车轮冲击、不会产生上下缘贯通裂缝；综上可见，本发明的耐久性显著高于现有技术的桥面连续简支梁桥。

59、二、更优的防水性：本发明通过竖向拉杆使桥面简支拱形结构的拱脚顶紧两侧主梁的设计，实现了自密封的防水效果；即使有细微水分渗入密封防水层内，也不会进一步流入下部结构，且拱脚处混凝土结构为铰接且相互挤压的受力状态、其迎水面均不存在拉应力、不影响混凝土结构的耐久性；综上可见，本发明的防水性显著高于现有技术的桥面连续简支梁桥。

60、三、更可靠的行车平顺性：本发明通过桥面简支拱形结构、桥面板刚接结构和竖向拉杆的配合设计，确保了结构缝处各构造在使用寿命内的耐久性和防水性；因作为易损件的桥面板刚接结构不与沥青铺装层直接接触、而作为结构缝过渡构件与沥青铺装层直接紧邻的桥面简支拱形结构又只会在底面产生裂缝、裂缝不会直接遭受车轮冲击，故结构缝处不易产生沥青铺装层病害而影响行车平顺性，从而在技术层面可充分保障桥梁长期运营后的行车舒适和安全；综上可见，本发明的行车平顺性相比现有技术的桥面连续简支梁桥明显更为可靠。

61、四、更强的抗震性能：本发明中桥面板刚接结构的厚度可以设计为相比现有技术的桥面连续结构更厚来进一步提高抗震性能而基本不影响该处桥面连接结构的整体耐久性，故在水平和竖向地震力作用下亦有更好的抗震性能；同时，大震导致的破损只会发生在桥面板刚接结构而不会发生在桥面简支拱形结构，故可在保持桥面通行的情况下进行桥面板刚接结构的维修；综上可见，本发明的抗震性能显著强于现有技术的桥面连续简支梁桥。

62、五、更优的经济效益：本发明中结构缝的顺桥向尺寸可设计为显著大于现有技术的值，从而减少了主梁总长和计算跨径、显著节约了主梁混凝土和钢材用量、节约了桥梁的直接建造成本；同时，本发明大幅减少了结构缝处构造损伤和带来的桥面铺装频繁检修维护问题，并可在不中断交通的前提下直接在桥面板刚接结构下方完成检修，节约了桥梁的间接运营成本；综上可见，本发明的经济效益显著优于现有技术的桥面连续简支梁桥。

63、进一步地，与现有技术的连续梁桥相比，采用本发明还具有以下有益效果：

64、一、更快的建造速度：采用本发明的简支梁桥省去了墩顶负弯矩束张拉和墩顶湿接头处有限空间内大量且密集的钢筋连接作业这两大显著耗费工时的工序，大大减小了施工难度、节省了施工工期，故相比连续梁桥具有更快的建造速度。

65、二、更省的建造成本：采用本发明的简支梁桥受力明确，充分保留了常规简支梁桥相比连续梁桥的造价优势，包括在钢束略微增加的前提下大幅减小了钢筋和混凝土总用量，且不需预留负弯矩束齿块和槽口也节约了预制模具费用，同时省去了墩顶负弯矩束张拉和大幅减少了墩顶湿接头处的现场作业量也显著节约了直接施工措施费，故相比连续梁桥具有更省的建造成本。

66、三、更优的社会环境效益：采用本发明的简支梁桥缩短了建设周期，从而减小了对桥下既有交通和邻近居民的干扰，更适应于装配式桥梁的建造环境和建设要求，故相比连续梁桥具有更优的社会环境效益。

67、综上可见，本发明是相比现有技术更为安全、经济、实用、耐久、可靠的新型桥面连接结构、简支梁桥及建造方法，在各类公路和市政桥梁中均可广泛应用。