劉書(shū)偉

（深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳518003）

0 引言

鋼-混凝土組合梁橋是指將鋼梁與混凝土橋面板通過(guò)抗剪連接件連接成整體并考慮共同受力的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在工程實(shí)踐中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。組合連續(xù)梁中間支座附近為負(fù)彎矩區(qū)，由于上部的混凝土橋面板受拉而下部的鋼梁受壓，受力較為不利。

采用合理的施工方法是控制橋面板拉應(yīng)力的重要途徑，一般可分為施加預(yù)應(yīng)力和不施加預(yù)應(yīng)力兩類(lèi)方法。不施加預(yù)應(yīng)力的方法主要有：混凝土板與鋼梁，以及混凝土板與板之間設(shè)置接縫；受拉區(qū)采用鋼正交異性板代替混凝土板、高配筋現(xiàn)澆混凝土法等。目前采用高配筋現(xiàn)澆混凝土法應(yīng)用最為普遍，該法不對(duì)負(fù)彎矩區(qū)混凝土施加預(yù)應(yīng)力，而采用配筋率高達(dá)3%～5%高配筋混凝土工地現(xiàn)澆，施工非常方便。

本文主要結(jié)合深圳市機(jī)場(chǎng)南路新建工程寶安立交主橋第6聯(lián)（50+82+50）m鋼-混凝土組合梁橋設(shè)計(jì)，從不同的施加預(yù)應(yīng)力控制措施對(duì)減少負(fù)彎矩區(qū)混凝土拉應(yīng)力進(jìn)行分析研究。

1 施加預(yù)應(yīng)力方法

對(duì)鋼-混凝土組合梁橋施加預(yù)應(yīng)力主要有兩個(gè)目的，即預(yù)壓鋼梁提高鋼結(jié)構(gòu)的彈性范圍或承載力和預(yù)壓混凝土提高橋面板的抗裂性。施加預(yù)應(yīng)力是指通過(guò)各種手段使組合梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土板中產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，以抵消或部分抵消二期恒載和活載引起的拉應(yīng)力。

1.1 張拉預(yù)應(yīng)力鋼束

對(duì)于連續(xù)組合梁橋，可采用全橋布置曲線或折線預(yù)應(yīng)力束或僅對(duì)負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力，具體可采用體外預(yù)應(yīng)力和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力兩種形式。

根據(jù)預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)不同，可分為僅對(duì)鋼梁施加預(yù)應(yīng)力、僅對(duì)橋面板施加預(yù)應(yīng)力和對(duì)組合結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力三種類(lèi)型。張拉預(yù)應(yīng)力鋼束可增加梁的剛度，有效地降低負(fù)彎矩區(qū)拉應(yīng)力；但同時(shí)會(huì)增加施工工期，且存在控制預(yù)應(yīng)力鋼束偏心量的問(wèn)題等。

1.2 靜載預(yù)壓

首先架設(shè)鋼梁并澆筑受壓區(qū)的混凝土，待其硬化后在受壓區(qū)預(yù)加靜荷載。在該荷載狀態(tài)下，澆筑受拉區(qū)的混凝土，待受拉區(qū)混凝土硬化后去除前預(yù)加荷載。由于澆筑受拉區(qū)混凝土前后梁體截面剛度發(fā)生了重分布，在大多數(shù)截面內(nèi)的應(yīng)力并不為零，而在受拉區(qū)混凝土內(nèi)的壓力就是所期望的預(yù)應(yīng)力。施工順序見(jiàn)圖1（a）所示，靜載引起的彎矩見(jiàn)圖 1（b）所示。

由于必須將壓重加于結(jié)構(gòu)上，且需采取有效措施控制橋面板壓重值，故采用預(yù)加靜荷法施加預(yù)應(yīng)力施工時(shí)較為不便，工作量大。

1.3 支點(diǎn)強(qiáng)迫位移（見(jiàn)圖2）

在澆筑橋面板混凝土之前或之后，通過(guò)調(diào)整連續(xù)組合梁橋各支點(diǎn)的相對(duì)高度，可改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，在負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)形成預(yù)壓力。支點(diǎn)的豎向位移值對(duì)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布有很大影響，其調(diào)整的高度通常與梁跨度成正比，對(duì)于跨度較大的組合梁，頂升或降低支點(diǎn)的工程量可能太大而無(wú)法實(shí)施。此外，支點(diǎn)強(qiáng)迫位移法在混凝土橋面板內(nèi)產(chǎn)生的預(yù)壓力會(huì)隨混凝土的收縮徐變的發(fā)展而有一定損失，同時(shí)采用此法會(huì)對(duì)正負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板交界面處鋼梁頂板焊釘中產(chǎn)生很大的順橋向剪力，設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。

對(duì)于具有3個(gè)或3個(gè)以上中間支點(diǎn)的橋梁，可以同時(shí)頂升所有的中間支點(diǎn)，使鋼梁上翼緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，然后澆筑混凝土橋面板，當(dāng)混凝土硬化后，將中間支點(diǎn)復(fù)位，從而使混凝土中形成壓應(yīng)力。

圖1 靜載預(yù)壓施工順序及彎矩圖

圖2 支點(diǎn)強(qiáng)迫位移彎矩圖

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程簡(jiǎn)介

深圳市機(jī)場(chǎng)南路新建工程寶安立交主橋第6聯(lián)為跨徑（50+82+50）m的變截面鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋，分左右幅，每幅采用雙箱單室，單個(gè)箱梁底寬3.10 m，箱間距2.275 m。每幅橋梁寬度13.25 m，箱梁在跨中高為2.2 m，墩頂高為4.2 m，梁高按二次拋物線變化，鋼梁頂板厚25 mm，腹板厚20～30 mm，底板厚25～40 mm。全橋設(shè)置三種類(lèi)型的鋼束：橋面板負(fù)彎矩區(qū)短鋼束、橋面板通長(zhǎng)鋼束和鋼箱梁內(nèi)體外鋼束。橋面板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束采用12-φs15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，設(shè)齒板在箱室內(nèi)張拉。體外預(yù)應(yīng)力采用22-φs15.2 mm環(huán)氧噴涂無(wú)粘結(jié)鋼絞線。

由于施工場(chǎng)地條件的限制，全橋共設(shè)置6個(gè)臨時(shí)支撐（見(jiàn)圖 3），鋼箱梁劃分為 A（20 m）、B（20 m）、C（36 m）、D（30 m）、E（36 m）、F（20 m）、G（20 m）等7個(gè)制作段。其中臨時(shí)支撐1～2、5～6均設(shè)置在分段處，中跨臨時(shí)支撐3和4需偏離地鐵9m，此時(shí)兩支撐間距48 m，且施工過(guò)程中臨時(shí)支撐3、4的最大支反力不能超過(guò)3 406 kN。

2.2 建模分析

本文對(duì)控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土拉應(yīng)力的不同方案進(jìn)行研究。其中，方式一：橋面板整體澆筑，張拉負(fù)彎矩區(qū)短鋼束和通長(zhǎng)鋼束；方式二：橋面板先支點(diǎn)后跨中分段澆筑，張拉負(fù)彎矩區(qū)短鋼束和通長(zhǎng)鋼束；方式三：橋面板先跨中后支點(diǎn)分段澆筑,采取靜載預(yù)壓,考慮到荷載施加的可行性，邊跨預(yù)加靜荷載100 kN/m，中跨預(yù)加靜荷載150 kN/m（單幅），張拉通長(zhǎng)鋼束；方式四：中支點(diǎn)頂升0.72 m，不施加預(yù)應(yīng)力。

全橋采用MIDAS/civil 2011三維梁?jiǎn)卧M(jìn)行建模分析（見(jiàn)圖4），采用施工階段聯(lián)合截面進(jìn)行鋼箱梁與混凝土橋面板參與受力階段模擬，全橋共劃分184個(gè)單元，根據(jù)施工控制方案的不同劃分相應(yīng)的施工階段。

2.3 結(jié)果對(duì)比

根據(jù)橋梁施工控制條件，從負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力、臨時(shí)支撐支反力和施工難度等三個(gè)方面進(jìn)行比較分析。其中成橋階段、收縮徐變完成和短、長(zhǎng)期使用階段負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，以及臨時(shí)支撐3最大支反力見(jiàn)表1所列。

根據(jù)負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力結(jié)果可知采用方式一和方式四均不能滿足規(guī)范要求，采用方式三除了需采用靜載預(yù)壓外，還需張拉預(yù)應(yīng)力，其施工較方式二更為不便。另外從臨時(shí)支撐最大容許支反力來(lái)看，方式一和方式三也不滿足要求。

綜合考慮，采用方式二，既可以減少施工難度，又能滿足各方面控制條件的要求。

3 結(jié)論

鋼-混凝土連續(xù)組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)為結(jié)構(gòu)受力不利部位，可采用施加預(yù)應(yīng)力和不施加預(yù)應(yīng)力兩類(lèi)方法進(jìn)行負(fù)彎矩區(qū)拉應(yīng)力控制。設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合具體情況，以及施工工期、施工難易程度等綜合

圖3 鋼-混凝土組合梁臨時(shí)支撐設(shè)置圖

圖4 有限元計(jì)算模型

表1 主要階段不同方案下負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力和臨時(shí)支撐3最大支反力一覽表

考慮，選用合適的施工控制方案。

[1]聶建國(guó).鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)橋梁[M].北京：人民交通出版社，2011.

[2]陳雙全.連續(xù)結(jié)合梁中負(fù)彎矩區(qū)的處理方法[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，1998，26（1）：16-20.

[3]葉梅新，張曄芝.負(fù)彎矩作用下鋼-混凝土結(jié)合梁性能研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué)，2001，22（5）：41-46.

[4]侯梅崎，葉梅新.連續(xù)結(jié)合梁橋負(fù)彎矩區(qū)混凝土板裂縫寬度控制方法研究[J].鐵道學(xué)報(bào)，2003，25（1）： 109-112.

[5]王巍，蘇慶田，吳沖.施工過(guò)程對(duì)連續(xù)組合梁中剪力連接件受力的影響[A].第20屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（第Ⅱ冊(cè)）[C].寧波：2011：372-378.