孫凌巖

摘 要：北京市某曲線立交橋采用了鋼-混組合梁結構，從橋式選擇、結構設計、施工方法等幾個方面進行介紹，并對其進行系統(tǒng)的結構計算分析。結果表明：鋼混組合梁具有結構輕、跨度大、施工快捷且不中斷交通等優(yōu)點而廣泛用于城市立交橋；另外無支架施工大大減少施工輔助結構及橋上施工作業(yè)量，從而顯著改善工作條件，加快工程進度，現(xiàn)代橋梁施工中已普遍采用這種施工方法。

關鍵詞：鋼-混組合梁橋；無支架；曲線橋；設計

中圖分類號：TU398.9 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）04-0103-02

1 工程概況

本項目為太平莊北街上跨京藏高速公路設置的匝道橋，以半徑為80m曲線由西向東依次跨越高速輔路、收費站出口、高速主路、收費站入口、高速輔路。受橋下京藏高速公路影響，中央分割帶處橋墩斜交布置，橋墩中心線與橋梁中心線夾角為83.6°（右偏角），其余橋墩均正交布置。橋位平面布置見圖1。

2 橋式選擇

根據(jù)本項目特點及場地情況，橋墩墩位的設置避開既有路，并應滿足道路的安全距離。結合混凝土和鋼材的各自特點，從結構受力、景觀效應、施工方法、工期、施工干擾等因素考慮，采用2聯(lián)鋼-混組合連續(xù)梁橋式方案，鋼梁采用工廠預制，分段吊裝，橋面板采用現(xiàn)澆施工方法，跨徑布置（26.5+21+20）m+（23+22+22.5）m。

本橋平面位于半徑80m圓曲線上，縱斷面為雙向3.5%縱坡，豎曲線半徑為1600m。橋下道路凈空要求：高速輔路及收費站≥4.5m；高速主路≥5.5m。

3 主要設計要點

3.1 上部結構

組合箱梁由帶上翼板的預制開口鋼箱梁和現(xiàn)澆混凝土橋面板通過抗剪連接件組合形成聯(lián)合截面共同受力。組合后梁高1.5m（其中含橋面高度0.4m）。橋寬10m，橫向由2片鋼箱梁組成，中距5m。每片箱梁底寬2.5m，高1.1m，底板及翼板厚25mm，腹板厚20mm，均采用Q345qD鋼板。為提高其整體穩(wěn)定和局部穩(wěn)定性，單個箱室內每隔4m設置一道橫隔板，采用板式結構，每隔1m于腹板內側設置一道豎向加勁肋。為使兩個鋼箱整體受力，鋼箱之間利用橫向聯(lián)系進行連接，采用箱形結構，跨中均布設置兩道，墩頂設置三道。

鋼箱梁每聯(lián)分3個制作段，全橋共6個鋼梁制作段，最長梁段長31.5m，最大吊裝重485kN，梁段之間均采用高強度螺栓連接。

混凝土橋面板厚0.3～0.4m，板全寬10m，懸臂1.25m，鋼筋混凝土結構，采用現(xiàn)澆形式。為減少混凝土收縮徐變對結構的不利影響，采用C50微膨脹混凝土。此外，為增大墩頂鋼箱梁局部剛度及穩(wěn)定性，在支點橫梁處箱梁內澆筑C50微膨脹混凝土，與橋面板形成整體。

3.2 下部結構

考慮區(qū)域景觀一致性兼顧施工方便，本橋下部結構與區(qū)域統(tǒng)一。橋墩采用T形墩，預應力蓋梁，橋墩中心線與橋梁中心線正交布置。蓋梁采用矩形斷面，長8.2m，寬1.7m、高1.6m（墩中心線處），墩柱外蓋梁懸臂為變高矩形截面，懸臂凈長2.85m。墩柱采用2.5m（橫橋向）×1.2m（順橋向）矩形倒圓角斷面。墩柱下接矩形承臺，承臺尺寸為7.5m（橫橋向）×3.0m（順橋向）×2.0m（厚度）；承臺下設2根直徑1.8m鉆孔灌注樁。

3.3 施工方案

為保證高速公路運營安全，以及鋼結構本身特點，結合太平莊北街的施工周期要求緊迫，盡量小的影響交通，決定采用工廠加工，現(xiàn)場吊裝架設的施工方法。受京藏高速公路影響及考慮不中斷交通，采用無支架施工方法，利用吊裝工字鋼進行架設。施工步驟如下：

步驟一：現(xiàn)場施工下部結構；步驟二：分段制作鋼箱梁各制作段；步驟三：現(xiàn)場架設鋼箱梁各制作段成簡支懸臂狀態(tài)；步驟四：在拼接制作段上安裝臨時工字鋼，吊裝制作段并與懸臂狀態(tài)制作段進行栓接，拆除工字鋼；步驟五：連接箱間橫梁，形成連續(xù)箱梁；步驟六：安裝鋼模板、綁扎混凝土板鋼筋，同時澆筑各制作段混凝土橋面板；步驟七：進行橋面鋪裝等附屬設施施工。

4 結構計算與分析

4.1 計算模型

依據(jù)《鋼-混凝土組合橋梁設計規(guī)范》（GB 50917-2013）和《公路鋼混組合橋梁設計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）要求進行計算；混凝土頂板計算按照鋼筋混凝土軸拉構件進行計算。內力采用《Midas Civil 2015》空間桿系有限元程序進行計算。模擬施工過程如下：CS1：施工下部結構，架設邊跨鋼箱梁成簡支狀態(tài)；CS2：安裝臨時工字鋼，架設拼接段鋼梁并栓接，形成連續(xù)箱梁，完成體系轉換；CS3：澆筑橋面板混凝土；CS4：鋼梁與混凝土橋面板聯(lián)合受力；CS5：施工二期恒載（鋪裝和防撞護欄）；CS6：考慮365d收縮徐變。

4.2 施工階段鋼梁應力驗算

組合梁施工時，鋼梁下無臨時支撐，混凝土板硬結前的材料重量和施工荷載效應全部由鋼梁承擔，鋼梁與混凝土板結合之后，荷載效應由組合截面承擔。在進行結構分析前，應仔細分析結構受力過程，充分考慮鋼梁或者組合結構自身的受力特性來模擬結構的實際受力狀態(tài)。經分析，橋面板混凝土澆筑后，未硬結前，此施工階段鋼梁受力最不利。

鋼梁最大壓應力64.7MPa，最大拉應力-79.6 MPa，均小于容許應力210MPa。滿足規(guī)范要求。

4.3 使用階段組合截面承載力驗算

（1）抗彎承載力計算。當鋼材力學性能及組合梁截面板件寬厚比滿足塑性設計要求時，采用塑性設計方法計算抗彎承載力。不符合時，應采用彈性設計方法進行。用塑性設計方法計算截面承載力，其最終的極限狀態(tài)可不考慮施工過程及徐變、收縮、溫度作用的影響。采用彈性設計方法時，其應力的極限狀態(tài)為繼承應力，應計入這些作用的影響。本橋組合箱梁滿足塑性設計要求，按照塑性設計方法的計算結果如表1。

由表1可知：鋼混組合梁的抗彎承載力滿足規(guī)范要求。

（2）抗剪承載力計算。在極限狀態(tài)時，鋼混組合梁的全部豎向剪力僅由鋼梁腹板承擔。當組合梁承受彎、剪共同作用時，組合梁抗剪承載力會隨截面所承受彎矩的增加而減小，故采用最大折算應力的方法考慮組合梁彎、剪耦合作用。抗剪承載力計算可按照《鋼-混凝土組合橋梁設計規(guī)范》（GB 50917-2013）中公式進行。經計算，本橋鋼混組合梁的抗剪承載力滿足規(guī)范要求。

4.4 使用階段鋼梁應力驗算

使用階段鋼梁采用容許應力法，標準組合下鋼梁最大壓應力105.8MPa，最大拉應力-115.1MPa，均小于容許應力210MPa。滿足規(guī)范要求。

4.5 使用階段混凝土板裂縫寬度驗算

負彎矩區(qū)組合梁混凝土板工作性能接近于混凝土軸心受拉構件，則負彎矩區(qū)組合梁混凝土板最大裂縫寬度按鋼筋混凝土軸心受拉構件計算。依據(jù)《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范》（JTG D62-2004）軸心受拉構件計算，采用短期效應組合，計算結果如表2。

由表2可知：混凝土板最大裂縫寬度均小于0.2mm，滿足規(guī)范要求。

4.6 撓度計算

采用焊釘?shù)热嵝赃B接件的組合梁在混凝土板和鋼梁界面將產生相對滑移，導致組合梁撓度增加，因此，計算組合梁正常使用極限狀態(tài)下的撓度時，需對組合梁換算截面剛度進行折減。連續(xù)組合梁采用未開裂分析方法時，全橋均應采用考慮滑移效應的折減剛度；采用開裂分析方法時，中支座兩側0.15L范圍內區(qū)段組合梁截面剛度應取開裂截面剛度，其余區(qū)段組合梁截面剛度可取考慮滑移效應的折減剛度。撓度的計算方法可按結構力學公式進行計算。

4.7 抗剪連接件設計

鋼與混凝土組合結構的力學性能不僅受到兩種材料各自材質的影響，而且與結合面的連接形式有較大關系。橋面混凝土板通過剪力焊釘與鋼梁進行連接?？辜暨B接件的計算，應以彎矩絕對值最大點及零彎矩點為界限，劃分為若干個剪跨區(qū)，逐段進行?？辜暨B接件可在對應的剪跨區(qū)段內均勻布置。當在此剪跨區(qū)段內有較大集中荷載作用時，應將連接件個數(shù)按剪力圖面積比例分配后再各自均勻布置。同時，進行抗剪連接件設計時，連接件尺寸、布置應滿足構造要求。

4.8 計算結論

根據(jù)以上計算，施工階段及使用階段鋼混組合梁設計滿足規(guī)范要求。

5 結語

（1）鋼-混組合梁與鋼箱梁相比，具有剛度大，噪音小，橋面耐久性、耐疲勞性能更好，造價上更加經濟合理；與混凝土梁相比，其結構自重有很大減輕，梁高相對小，對橋下凈空及下部結構設計更有利。

（2）采用無支架吊裝施工，解決了可不設臨時墩方可進行拼接。既借鑒其它同類橋梁部分成功經驗，也有一定的大膽創(chuàng)新，為今后類似問題的解決提供參考。

參考文獻

[1]GB 50917-2013，鋼-混凝土組合橋梁設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2013.

[2]JTG/T D64-01-2015，公路鋼混組合橋梁設計與施工規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[3]JTG D60-2015，公路橋涵設計通用規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[4]JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2004.

[5]JTG D64-2015，公路鋼結構橋梁設計規(guī)范[S].北京：人民交通出版社，2015.

[6]呂鳳國.某鋼-混凝土結合連續(xù)剛構橋設計[J].鐵道標準設計，2014（5）：65-68.

[7]柴加兵.鋼混疊合梁橋設計與分析[J].北方交通，2015（1）：29-32.