管 樂 錢利芹

(1.溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000； 2.金華市婺城區(qū)公路管理段，浙江 金華 321000)

三跨鋼—混組合連續(xù)梁橋橋面混凝土抗裂研究

管 樂1錢利芹2

(1.溫州設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，浙江 溫州 325000； 2.金華市婺城區(qū)公路管理段，浙江 金華 321000)

結(jié)合工程設(shè)計(jì)實(shí)踐，綜合分析了影響鋼—混組合連續(xù)梁橋混凝土拉應(yīng)力的主要因素，對橋梁負(fù)彎矩段橋面板抗裂措施作了研究，并比較了多種控制混凝土拉應(yīng)力的工程措施，為類似工程的設(shè)計(jì)提供可供選擇的建議。

組合梁，拉應(yīng)力，設(shè)計(jì)，抗裂措施

0 引言

組合梁橋是指用剪力鍵將鋼板梁、鋼箱梁等構(gòu)件和鋼筋混凝土橋面構(gòu)件結(jié)合在一起形成組合截面的一種復(fù)合式結(jié)構(gòu)。組合梁橋采用最多的是簡支梁橋，因?yàn)楹喼Я荷喜渴軌?、下部受拉，與組合梁的材料分布相適應(yīng)[1]。由于連續(xù)梁較簡支梁具有結(jié)構(gòu)靜動力剛度大、行車舒適性高的優(yōu)點(diǎn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，組合梁的使用也逐漸拓展到連續(xù)梁橋。由于連續(xù)梁橋不可避免的存在相當(dāng)大的負(fù)彎矩，控制混凝土橋面板的開裂是設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一[2-4]。國內(nèi)學(xué)者邵長宇[5]、王燕[6]等人采用了施加預(yù)應(yīng)力、支點(diǎn)升降等抗裂措施，取得了良好的抗裂效果。

本文以溫州市下斜河大橋?yàn)楣こ瘫尘埃M(jìn)一步定量分析了影響橋面板開裂的各種因素，在此基礎(chǔ)上評估各種抗裂措施的實(shí)施效果。

1 工程背景

溫州市六虹橋路延伸段是溫州市西部重要的一條城市主干道。由于西部甌海新城的快速開發(fā)，并逐漸投入使用，六虹橋路延伸段的建設(shè)也變得日趨緊迫。為滿足建設(shè)單位一年完成設(shè)計(jì)施工的任務(wù)要求，作為工程的重要控制性節(jié)點(diǎn)的下斜河大橋，在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)多方比選，采用了三跨變截面鋼—混組合梁的方案，在施工速度和工程造價(jià)等方面取得了平衡。

2 橋梁總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

橋梁所跨越的下斜河為溫州市準(zhǔn)七級航道，規(guī)劃道路紅線和河道交界僅為26°，為減少主跨跨徑，橋梁橫向采用左右幅分離式錯孔布置。左幅橋?yàn)?×30 m簡支小箱梁+(44.4+69.8+44.4) m鋼混組合梁+2×30 m簡支小箱梁，右幅橋?yàn)?×30 m簡支小箱梁+(45.725+72.256+45.725) m鋼混組合梁+3×30 m簡支小箱梁。鋼混組合梁單幅寬度為12.5 m，人行道寬2.5 m，車行道寬9.5 m，防撞護(hù)欄寬0.5 m。設(shè)計(jì)荷載為城—B汽車荷載、3.45 kN/m2人群荷載。

主橋組合梁采用雙箱單室結(jié)構(gòu)，鋼梁斷面采用槽形斷面，混凝土橋面板厚度為35 cm。中支點(diǎn)處梁高3.5 m，中跨跨中和邊支點(diǎn)處梁高2.395 m，梁高延梁長按二次拋物線布置。中支點(diǎn)處鋼梁底板厚30 mm，鋼梁頂板厚30 mm，腹板厚25 mm。邊支點(diǎn)和中跨跨中處鋼梁底板厚25 mm，鋼梁頂板厚30 mm，腹板厚20 mm(見圖1～圖3)。

3 混凝土拉應(yīng)力產(chǎn)生的因素分析

1)鋼—混組合連續(xù)梁由于其結(jié)構(gòu)的特性，中支點(diǎn)處在自重和活荷載的作用下截面上部自然地出現(xiàn)拉應(yīng)力，這是結(jié)構(gòu)規(guī)律使然。

2)由于混凝土材料存在收縮徐變的特性，而鋼材并無上述特性，當(dāng)混凝土發(fā)生收縮徐變的時候，鋼材對混凝土產(chǎn)生約束，類似于溫度梯度的作用，組合截面也會產(chǎn)生相應(yīng)的自應(yīng)力和次應(yīng)力。這部分作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力占有相當(dāng)大的比例。

3)溫度梯度和不均勻沉降等可變作用的影響。

各個工況對中支點(diǎn)橋面混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力如表1所示。

表1 各工況拉應(yīng)力

由表1可知，由于施工工序的影響，中支點(diǎn)混凝土橋面板并不承受結(jié)構(gòu)(鋼梁和混凝土橋面板)自重，僅承受二期恒載、活荷載等后期作用，一定程度也已大大減少混凝土橋面板的受力。在各種后期作用中，影響最大的是收縮徐變，占到了所有影響因素之和的41%。而其他各種因素產(chǎn)生的拉應(yīng)力，是由橋梁總體結(jié)構(gòu)布置決定的，在設(shè)計(jì)中已經(jīng)難以減少。

4 橋梁負(fù)彎矩段橋面板抗裂措施

1)控制混凝土開裂最有效和常規(guī)的方法即是施加預(yù)應(yīng)力。本工程采用了三種方法給混凝土橋面板(特別是中支點(diǎn)橋面板)施加預(yù)應(yīng)力，分別是：a.張拉體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束；b.中支點(diǎn)臨時頂升；c.跨中位置臨時堆載。其中2點(diǎn)～3點(diǎn)的做法其原理類似，即是利用鋼材料的彈性變形的能力，在中支點(diǎn)混凝土尚未澆筑時，先施加一個能使中支點(diǎn)產(chǎn)生負(fù)彎矩的臨時荷載；在中支點(diǎn)混凝土澆筑并達(dá)到強(qiáng)度后，再卸載該臨時荷載，此時即相當(dāng)于給此處施加正彎矩，從而給混凝土橋面板提供了預(yù)壓力；d.通過調(diào)整橋面板澆筑順序，使負(fù)彎矩段的橋面板混凝土后期澆筑，避免負(fù)彎矩段橋面混凝土過早的承受結(jié)構(gòu)重力產(chǎn)生負(fù)彎矩。本工程綜合使用了上述四種抗裂措施。

本工程施工順序如下：

階段一:鋼梁架設(shè)完畢后，澆筑邊跨和中跨跨中位置處的混凝土橋面板和中支點(diǎn)底板處混凝土，混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，在橋面板上施加100 kN/m的臨時堆載，并將中支點(diǎn)臨時頂升35 cm。

階段二:澆筑中支點(diǎn)頂部混凝土橋面板。

階段三:中支點(diǎn)頂板混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，卸除臨時堆載并回降中支點(diǎn)頂升高度。

具體施工順序如圖4所示。

以右幅橋?yàn)槔?，上述幾種方法對中支點(diǎn)橋面混凝土提供預(yù)壓應(yīng)力如表2所示。

表2 各工況作用下預(yù)壓應(yīng)力表

由表1和表2可知，本工程采用上述方法產(chǎn)生的預(yù)壓力已足以克服混凝土橋面的拉應(yīng)力，并有一定的壓應(yīng)力儲備。

2)我們注意到混凝土橋面板產(chǎn)生拉應(yīng)力的各種因素中，占比最大的是收縮徐變，而影響收縮徐變最主要的變量即是時間，通常的方法是采用達(dá)到一定齡期的預(yù)制橋面板代替現(xiàn)澆橋面板。以本工程為例計(jì)算，圖5表示了收縮徐變產(chǎn)生的拉應(yīng)力隨混凝土齡期的變化趨勢。從圖中可以看到隨著混凝土齡期的增長其拉應(yīng)力隨之降低，但在150 d齡期之后其變化速率較小，意味著在此之后，預(yù)制橋面板堆倉時間的消耗并不能取得太明顯的工程效果。綜合本圖顯示的變化趨勢和工程實(shí)際，150 d的混凝土齡期是

既能取得較好的工程效果，同時預(yù)制板的堆倉時間也較為容易接受。這和其他工程實(shí)踐也是相符的。但在本工程中由于工期限制，并未采用該方法實(shí)施。

5 各種抗裂措施得失分析

1)通過上面的分析可以知道，預(yù)應(yīng)力鋼束提供了最大的預(yù)壓力，臨時頂升和堆載分別次之。分析其原因，主要是因?yàn)榕R時頂升和堆載這兩種措施由于受到頂升設(shè)備以及鋼材拉應(yīng)力指標(biāo)的限制，設(shè)計(jì)中受到一定的限制，而預(yù)應(yīng)力鋼束的布置在設(shè)計(jì)中便于實(shí)現(xiàn)。但是臨時頂升和堆載這兩種措施總共也提供了5.36 MPa的壓應(yīng)力，相當(dāng)于預(yù)應(yīng)力效應(yīng)鋼束的66%，其產(chǎn)生的效果也是相當(dāng)?shù)拿黠@。從節(jié)約預(yù)應(yīng)力材料的角度看，相當(dāng)于節(jié)省了0.66倍設(shè)計(jì)預(yù)應(yīng)力鋼束的材料，其作用也是相當(dāng)可觀的。在一般情況下，應(yīng)優(yōu)先采用這兩種措施，充分利用鋼材性能提供低成本的預(yù)應(yīng)力。2)本工程設(shè)計(jì)采用無支架施工，并通過調(diào)整混凝土澆筑的順序，使得中支點(diǎn)處混凝土不承受結(jié)構(gòu)自重，該方法也相當(dāng)程度上減少了混凝土的拉應(yīng)力。但是，混凝土受力的減少意味著鋼結(jié)構(gòu)部分受力的增加，結(jié)構(gòu)兩種材料的受力分配需要針對具體工程具體分析，才能得出最佳的結(jié)論。根據(jù)上述工程的分析，對于混凝土拉應(yīng)力較大，同時橋梁施工中也不便于支架施工的，可以考慮該方法。3)由于混凝土收縮徐變是造成混凝土拉應(yīng)力的主要因素，從上文的分析可以知道，采用預(yù)制橋面板能有效的減少混凝土拉應(yīng)力。因此，條件允許時，應(yīng)優(yōu)先采用預(yù)制橋面板，以減少混凝土的拉應(yīng)力。

[1] 吳 沖.現(xiàn)代鋼橋[M].北京:人民交通出版社,2006.

[2] 李升偉.混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段PBL剪力鍵的研究[D].武漢：華中科技大學(xué),2013.

[3] 黃彩萍.混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段受力性能的試驗(yàn)研究與理論分析[D].武漢：華中科技大學(xué),2012.

[4] 王亞齊.混合梁斜拉橋鋼混結(jié)合段受力機(jī)理分析[D].武漢：華中科技大學(xué),2012.

[5] 邵長宇.大跨連續(xù)組合箱梁橋的概念設(shè)計(jì)[J].橋梁建設(shè)，2008(1)：9-10.

[6] 王 燕，康 浩.寧波繞城東段高架橋鋼混疊合梁設(shè)計(jì)[J].公路，2012(5)：50-51.

Study of concrete crack of three-span steel-concrete composite continuous bridge

Guan Le1Qian Liqin2

(1.WenzhouDesignAssemblyCompanyLtd,Wenzhou325000,China;2.JinhuaWuchengHighwayAdministrationSection,Jinhua321000,China)

Combining with engineering design practice, the article comprehensively analyzes major factors influencing steel-concrete composite continuous beam bridge concrete tensile stress, studies bridge deck anti-cracking measures of negative bending moment section, and compares various concrete tensile stress engineering controlling measures, which has provided some suggestions for similar engineering design.

composite bridge, tensile stress, design, anti-cracking measures

2015-04-07

管 樂(1981- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)17-0169-02

U445.71

A