熊洪波

（廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究院，廣東廣州510060）

0 引言

近年來(lái)隨著城市高架橋、立交橋建設(shè)的需要，曲線梁在我國(guó)己被廣泛采用。為了節(jié)約用地、減少征地拆遷，曲線梁的半徑往往較小。另外，由于需要跨越既有高架、鐵路等，往往跨徑較大。這時(shí)跨徑較小的普通鋼筋混凝土連續(xù)曲梁難以滿足這種需要，因此選用有較大跨越能力的預(yù)應(yīng)力混凝土梁和鋼結(jié)構(gòu)。在施工工期、施工交通組織允許的情況下，一般選用較為經(jīng)濟(jì)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲梁。但在施工工期、施工交通組織要求較嚴(yán)、不能中斷地面交通的情況下，采用滿堂支架澆筑的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)曲梁難以滿足，而通常采用鋼結(jié)構(gòu)。鋼箱梁具有較大的抗扭剛度，無(wú)疑非常適合此類曲線梁段，但由于正交異性鋼橋面板具有噪音大及橋面鋪裝不穩(wěn)定等諸多缺點(diǎn)，通常在上述路段優(yōu)選鋼-混凝土疊合箱梁橋。

1 工程概況

昆明市主城二環(huán)快速系統(tǒng)改擴(kuò)建工程?hào)|、北二環(huán)段大樹營(yíng)立交中，D匝道跨越人民路高架及主線高架時(shí)，在DS4-7～DS4-10軸采用了40 m+62 m+40 m連續(xù)鋼-混凝土疊合箱梁。該梁段曲線半徑R=80 m，橋?qū)? m，布置兩個(gè)車道，單向橫坡2%～3%。整個(gè)梁段線形組成為：26.39 m（緩和曲線段）+101.13 m（圓曲線段）+14.48 m（緩和曲線段）。橋梁橫斷面見圖1，結(jié)構(gòu)采用單箱雙室，梁高按等高布置，箱梁腹板凈高1.85 m，混凝土后澆層15 cm（含頂板厚度），邊腹板采用斜率為3∶1的斜腹板，并在懸臂板根部用R=1000的薄鋼板包封，使得鋼梁外觀與混凝土梁一致。

鋼箱梁沿結(jié)構(gòu)中心線每隔2 m設(shè)置一道橫隔板及倒T形的斜撐支撐翼板，以保證箱梁的整體穩(wěn)定。箱梁頂板采用閉合截面的U形加勁肋，板厚6 mm，底板設(shè)有縱向I肋，肋厚16 mm?？紤]腹板局部屈曲安全的問(wèn)題，在腹板上設(shè)置一道縱向加勁肋，厚16 mm。箱梁邊腹板厚16 mm，中腹板厚14 mm，翼板頂板厚12 mm，其余部分頂?shù)装搴穸入S截面內(nèi)力變化而變化，橫梁處頂?shù)装搴穸茸畲?，?5 mm，跨中厚度最小，為16 mm。

橋面板采用CF50鋼纖維混凝土后澆層，厚度15 cm（包括鋼箱梁頂板厚度）。鋼纖維混凝土后澆層與鋼梁頂板之間采用剪力釘連接。整個(gè)結(jié)構(gòu)橫坡由繞里程線旋轉(zhuǎn)鋼梁與混凝土后澆層調(diào)坡共同形成。

（1）曲線半徑小，支座反力分配不均勻，容易出現(xiàn)支座脫空現(xiàn)象；

（2）跨度大，中墩墩頂負(fù)彎矩大，混凝土橋面板易開裂；

（3）采用等高梁且高跨比較小，需通過(guò)施工工序來(lái)調(diào)整結(jié)構(gòu)應(yīng)力。

2 連續(xù)曲線鋼-混凝土疊合梁總體布置

2.1 跨徑布置及支座偏心設(shè)置

由于鋼結(jié)構(gòu)具有自身重量輕的特點(diǎn)，且混凝土現(xiàn)澆層厚度不大，活載在總荷載中所占比重較大，連續(xù)梁邊墩支座在恒載作用下的預(yù)壓力一般不大，要預(yù)防全部被活載引起的上拔力克服的危險(xiǎn)。因此在總體布置時(shí)邊跨和中跨的比例不宜過(guò)小，宜適當(dāng)放大。

連續(xù)曲線梁支承一般設(shè)計(jì)為邊墩為支座，中間幾個(gè)支座為單點(diǎn)支承，這樣在活載作用下不僅邊跨而且中跨都會(huì)對(duì)邊墩支座產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)作用，使得兩支座受力不均。為了扭轉(zhuǎn)荷載的連續(xù)傳遞，減小曲梁兩端的扭矩，本工程中所有曲線梁所有墩均采用雙支座設(shè)計(jì)。

兩支座受力不均時(shí)，一般采用增大支座間距的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此對(duì)于雙支座應(yīng)盡量放大它們之間的間距。但在小半徑連續(xù)曲線梁的情況下，僅靠增大支座間距的方法是不夠的，這時(shí)就要靠調(diào)整支座偏心來(lái)避免出現(xiàn)負(fù)反力并使得反力分配均勻。

表1為DS4-7～DS4-10軸兩邊墩支座在各總體布置情況下的恒載反力及其不均勻系數(shù)比較表。在“支座間距2.9 m外偏0.1 m”的總體布置情況下，DS4-7軸最小活載反力為分別為-221.5 kN(內(nèi)側(cè)支座)、-215.8 kN(外側(cè)支座)；DS4-10 軸最小活載反力為分別為-269.2 kN(內(nèi)側(cè)支座)、-222.6 kN(外側(cè)支座)。顯然，在最不利荷載作用下各支座均不會(huì)出現(xiàn)負(fù)反力，但為使同一墩上兩支座受力均勻以減小梁體扭矩，有必要調(diào)整支座橫向偏心距離。由表1可知，在“支座間距2.9 m外偏0.1 m”的總體布置情況下DS4-7軸反力的不均勻系數(shù)為2.4%，說(shuō)明支座偏心值設(shè)置合適，而DS4-10軸偏心值宜進(jìn)一步調(diào)整。

表1 邊墩支座總體布置情況下的恒載反力不均勻系數(shù)比較表

2.2 梁高變化對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響

合理選用梁高是進(jìn)行梁體設(shè)計(jì)的重要因素。在確定梁高時(shí)應(yīng)綜合考慮建筑容許高度、剛度條件和經(jīng)濟(jì)性等因素。在其它條件不變的情況下，梁高越小，總用鋼量就越少，經(jīng)濟(jì)性也就越好。但是梁高太小會(huì)導(dǎo)致橋梁剛度不足應(yīng)力太大等問(wèn)題，因此合理地選用鋼梁高度就顯得尤為重要。表2為梁高變化時(shí)，各設(shè)計(jì)參數(shù)的變動(dòng)情況。

1.3評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn) 患兒臨床癥狀和體征消失,體溫恢復(fù)正常,表示護(hù)理有效。患兒臨床癥狀和體征明顯改善,體溫下降,表示護(hù)理好轉(zhuǎn)?；純号R床癥狀和體征無(wú)變化,體溫持續(xù)不降,表示治療無(wú)效。

表2 梁高變化對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)的影響

從表2可以看出，適當(dāng)增加梁高，鋼材用量增加不多，但表征截面應(yīng)力的抗彎慣性矩和抗扭慣性矩有大幅提高和活載撓跨比大幅下降。因此在類似跨徑的城市高架鋼-混疊合梁（鋼箱梁）設(shè)計(jì)中，如果梁高的設(shè)計(jì)條件容許，應(yīng)適當(dāng)放大梁高，以取得節(jié)省鋼材的經(jīng)濟(jì)效果。

3 負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的設(shè)計(jì)思路及措施

大跨度連續(xù)鋼-混疊合梁設(shè)計(jì)要考慮的關(guān)鍵問(wèn)題是疊合梁負(fù)彎矩區(qū)的處理方法。這是因?yàn)椋憾嗫邕B續(xù)疊合梁在后期恒載及活載作用下，負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板常因拉應(yīng)力過(guò)大而開裂，從而導(dǎo)致梁體剛度降低，混凝土板內(nèi)鋼筋甚至其下鋼板銹蝕，以至降低結(jié)構(gòu)的耐久性。

根據(jù)負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的性能要求，可按以下三種方法進(jìn)行設(shè)計(jì)：不容許發(fā)生拉應(yīng)力、不容許裂縫產(chǎn)生、限制裂縫寬度。對(duì)于這一問(wèn)題，早期多采用配置預(yù)應(yīng)力的方法解決，要求混凝土在使用荷載作用下不出現(xiàn)或僅出現(xiàn)有限拉應(yīng)力。但隨著研究的深入，取消負(fù)彎矩區(qū)橋面板的縱向預(yù)應(yīng)力，增加普通鋼筋來(lái)減小裂縫寬度，即用裂縫寬度限制替代拉應(yīng)力限值的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)越來(lái)越得到認(rèn)同和應(yīng)用。這種設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)化了構(gòu)造、方便了施工，并以經(jīng)濟(jì)上更大的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)促進(jìn)了組合結(jié)構(gòu)橋梁的發(fā)展。

本橋橋面板在縱向按容許開裂、控制裂縫寬度的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，不設(shè)置體內(nèi)縱向預(yù)應(yīng)力束。為了改善負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)彎矩區(qū)橋面板裂縫寬度的有效控制，本橋采用了如下技術(shù)措施：

（1）優(yōu)化縱向普通鋼筋的布置。從提高縱向鋼筋配筋率、握裹面積比，選擇合適的鋼筋直徑及間距，依據(jù)橋面板縱向應(yīng)力的分布來(lái)合理布置鋼筋三個(gè)方面，實(shí)現(xiàn)對(duì)負(fù)彎矩區(qū)橋面板裂縫寬度及其分布的控制。需要說(shuō)明的是，在鋼梁腹板兩側(cè)橋面板一定范圍內(nèi)，剪力滯效應(yīng)引起的橋面板拉應(yīng)力較其他部位要高，因此設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)該范圍內(nèi)縱向鋼筋進(jìn)行了加強(qiáng)布置。

（2）合理地選擇施工順序。橋面板施工采用先跨中、后支點(diǎn)的澆筑順序，這樣跨中橋面板的恒載作用對(duì)支點(diǎn)處混凝土橋面板會(huì)產(chǎn)生一個(gè)預(yù)壓作用，有效地減小了支點(diǎn)橋面板的恒載拉應(yīng)力，改善了負(fù)彎矩區(qū)橋面板的受力性能。

（3）通過(guò)添加鋼纖維、微膨脹劑等改善負(fù)彎矩區(qū)混凝土的性能。鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復(fù)合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效地阻礙混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，顯著地改善了混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。微膨脹劑能有效減少混凝土在澆筑硬化后收縮產(chǎn)生的裂紋，進(jìn)一步提高混凝土橋面板的抗裂性和密實(shí)度。

4 結(jié)構(gòu)計(jì)算

結(jié)構(gòu)計(jì)算采用大型空間有限元程序進(jìn)行分析，采用三維梁?jiǎn)卧M曲線箱梁結(jié)構(gòu)，并以施工階段聯(lián)合截面的形式考慮橋面板混凝土的作用。圖1、圖2分別為鋼梁與混凝土現(xiàn)澆層在恒載作用下的應(yīng)力圖。需要說(shuō)明的是圖中恒載應(yīng)力項(xiàng)包括收縮徐變產(chǎn)生的效應(yīng)。

圖3、圖4為成橋運(yùn)營(yíng)階段鋼梁與混凝土現(xiàn)澆層上下緣的應(yīng)力包絡(luò)圖。

5 結(jié)論

大跨度小半徑曲線梁橋在今后的城市立交中將會(huì)大量出現(xiàn)，而鋼-混疊合梁亦將是很有發(fā)展前景的橋型之一。半徑小時(shí)曲梁的力學(xué)效應(yīng)顯著，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意到支座反力的特點(diǎn)和規(guī)律，在支座設(shè)置和構(gòu)造上應(yīng)采取相應(yīng)措施。

對(duì)負(fù)彎矩混凝土橋面板開裂問(wèn)題采取容許截面開裂、控制裂縫寬度的設(shè)計(jì)原則，并通過(guò)合理的施工順序優(yōu)化負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板的受力性能。

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