王曉偉

（沈陽(yáng)市市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，遼寧　沈陽(yáng) 110015）

0　引言

隨著沈陽(yáng)市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及交通整體規(guī)劃的需求，沈陽(yáng)市制定了《沈陽(yáng)市綜合交通規(guī)劃》與《沈陽(yáng)市快速路系統(tǒng)建設(shè)規(guī)劃》。文中提到：沈陽(yáng)市快速路路網(wǎng)結(jié)構(gòu)為“兩橫、兩縱、四環(huán)、十二射”的快速路系統(tǒng)。其中，一環(huán)、二環(huán)，實(shí)現(xiàn)中心城區(qū)保護(hù)殼；三環(huán)、四環(huán)，進(jìn)行城市內(nèi)外交通轉(zhuǎn)換，屏蔽過境交通；十二射便捷實(shí)現(xiàn)城市組團(tuán)間交通、城市出入交通；兩橫兩縱加密路網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

據(jù)此沈陽(yáng)市在2010年開始大規(guī)模修建城市高架橋梁，主要有一環(huán)、二環(huán)、迎賓路、東陵路、北一路高架等。再加上在上世紀(jì)九十年代建設(shè)的北海高架橋、東西快速干道高架橋、二環(huán)西南高架橋，沈陽(yáng)的快速交通網(wǎng)絡(luò)已逐步形成。

1　高架橋的結(jié)構(gòu)型式

目前沈陽(yáng)市建設(shè)的高架橋的結(jié)構(gòu)型式主要有混凝土箱梁、鋼混非組合梁、鋼混組合梁、鋼箱梁這四種結(jié)構(gòu)型式。

長(zhǎng)期以來，我國(guó)橋梁主要采用鋼筋及預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，是由我國(guó)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)水平及建設(shè)發(fā)展決定的。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高及鋼結(jié)構(gòu)擁有自重輕、強(qiáng)度高、耐久性好、易于工廠化、建設(shè)周期短、抗震性能好、節(jié)能環(huán)保、可循環(huán)利用等混凝土結(jié)構(gòu)無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，從橋梁建設(shè)品質(zhì)、耐久性、資源節(jié)約、和全壽命周期成本等多方面考慮，交通部于2016年下發(fā)了《關(guān)于推進(jìn)公路鋼結(jié)構(gòu)橋梁建設(shè)的指導(dǎo)意見》的通知來推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及使用。實(shí)際上沈陽(yáng)市從2015年就已經(jīng)開始大力推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)橋梁的建設(shè)。

1.1　混凝土箱梁

混凝土箱梁是橋梁采用的一種非常普遍的結(jié)構(gòu)型式。早期的橋梁采用的尤其多，不論是小跨徑橋梁，還是大跨徑的拱橋、斜拉橋、懸索橋都大量使用。其材料易獲得、施工簡(jiǎn)單、技術(shù)要求低、造價(jià)便宜，在前些年經(jīng)濟(jì)水平較低的年代得到了廣泛的應(yīng)用。沈陽(yáng)市高架橋梁在2010年建設(shè)的一環(huán)、二環(huán)的部分高架橋主要采用普通鋼筋混凝土箱梁及預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。其標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m，橋?qū)挒?3.5 m，梁高為2.2 m，橫斷面型式為飛燕式（見圖 1）。

圖1　混凝土箱梁橫斷面圖（單位：cm）

1.2　鋼混非組合梁

沈陽(yáng)市北一路高架橋采用的鋼混非組合梁，其鋼梁部分為工字形鋼板梁，橋面板為合成橋面板。橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨徑為30 m，鋼板梁梁高1.9 m，橋面板厚度0.25～0.34 m，總高2.24 m。橋?qū)捰?7.5 m和23.5 m兩種。

鋼板混凝土組合梁是一種常用結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)、建造簡(jiǎn)便，跨徑范圍30 m至130 m，是一種非常經(jīng)濟(jì)耐久的結(jié)構(gòu)。早期的鋼板梁腹板采用縱橫向加勁肋及多主梁型式，而且為了鋼板梁的穩(wěn)定設(shè)置了平聯(lián)、風(fēng)撐及較多的橫梁等，導(dǎo)致用鋼量大，同時(shí)也增加了工廠的工作量及施工的復(fù)雜性。隨著科技的發(fā)展、設(shè)計(jì)理論的完善，現(xiàn)在已發(fā)展出了雙主梁或少主梁型式，并且簡(jiǎn)化了加勁肋、連接結(jié)構(gòu)、風(fēng)撐等構(gòu)件，不僅減少了用鋼量，同時(shí)也減少工廠的工作量，加快了施工周期，明顯提高了經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及社會(huì)效益。這些進(jìn)步在鋼混非組合梁中也得到同樣的體現(xiàn)。

北一路高架橋采用的鋼混非組合梁，其受力特點(diǎn)與通常的鋼混組合梁不同。鋼梁承受全部的恒載與活載，混凝土橋面板僅作為單向板承受活載的輪載，受力簡(jiǎn)單明確，能有效地減少混凝土橋面板的病害，但用鋼量較鋼混組合梁略高。

北一路高架橋的橋面板采用合成橋面板。在橋面板下緣采用薄鋼板（6～8 mm），并在鋼板上焊接加勁肋來代替混凝土橋面板下層鋼筋并增加鋼板剛度，且兼做橋面板混凝土部分的施工底模，同時(shí)在薄鋼板上焊接剪力釘以增加與混凝土的結(jié)合。合成橋面板適合跨度較大的橋面板，目前我國(guó)除沈陽(yáng)市北一路高架采用合成橋面板外，尚無應(yīng)用（見圖 2）。

圖2　鋼混非組合梁橫斷面圖（單位：mm）

1.3　鋼箱混凝土組合梁

鋼箱混凝土組合梁中的鋼梁部分分為閉口、開口（槽形）；也有單箱、多箱（窄箱）。鋼梁與混凝土組合形成的鋼箱組合梁，其特點(diǎn)是整體性好、抗扭能力強(qiáng)、適合曲線線路及更大的跨越能力，在我國(guó)各地橋梁建設(shè)中發(fā)展迅速。目前連續(xù)鋼箱混凝土組合梁橋的最大跨徑已經(jīng)超過200 m，單箱橋面寬度超過30 m。它是目前城市高架橋梁的主要橋型之一。在20世紀(jì)80年代以后，隨著計(jì)算理論與新的施工方法的產(chǎn)生，橋梁工作者對(duì)鋼混組合橋梁的認(rèn)識(shí)有了新的發(fā)展。為解決連續(xù)鋼混組合梁橋中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板開裂問題，發(fā)展了允許混凝土橋面板開裂、限制其裂縫寬度在可接受的范圍的設(shè)計(jì)方法。在施工方面，針對(duì)現(xiàn)澆混凝土橋面板發(fā)展了中支點(diǎn)橋面板滯后澆筑的間斷施工法，即皮爾格法。

沈陽(yáng)市于1997年修建的東西快速干道高架橋采用的是多箱（兩個(gè)箱室）鋼箱組合梁，兩個(gè)鋼箱之間用橫系梁連接。標(biāo)準(zhǔn)跨徑30 m，橋?qū)?7.8 m，中心梁高1.6 m，見圖3所示。

圖3　鋼箱混凝土組合梁橫斷面圖（單位：cm）

從2015年開始，沈陽(yáng)市高架橋主要采用單箱鋼混組合梁。為保證整個(gè)城市高架橋的整體景觀性，其外形與早期建設(shè)的混凝土梁外形保持一致，也是飛燕式箱梁，且是槽型梁結(jié)構(gòu)。鋼梁高1.8 m，混凝土橋面板厚度0.25～0.4 m，見圖4所示。

圖4　單箱鋼混組合梁橫斷面圖（單位：mm）

1.4　鋼箱梁

盡管國(guó)家推進(jìn)鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展及使用，但由于全鋼箱梁的造價(jià)高昂，在沈陽(yáng)市的高架橋中采用得比較少，只是在大跨徑及重要的路口為減小施工期間對(duì)交通的影響，才采用全鋼箱梁。其是與其他結(jié)構(gòu)型式的組合使用。組合方式為混凝土梁+鋼箱梁、鋼混組合梁+鋼梁、鋼混非組合梁+鋼梁等。鋼箱梁橫斷面外形同樣為飛燕式箱梁，見圖5所示。

圖5　鋼箱梁橫斷面圖（單位：cm）

2　鋼結(jié)構(gòu)與混凝土的連接

鋼混組合梁是由鋼材及混凝土兩種不同的材料組成的橋梁結(jié)構(gòu)。通過連接件實(shí)現(xiàn)共同工作，發(fā)揮鋼材及混凝土這兩種材料的各自優(yōu)勢(shì)。其連接件的形式多種多樣。由于鋼和混凝土界面承受著剪、拉拔的作用，因此連接件不僅能夠承擔(dān)剪力，還要能夠承受拉拔力。

連接件型式較多。按結(jié)構(gòu)形式可分為鋼筋連接件、型鋼連接件、馬蹄形連接件、剪力釘連接件、開孔板連接件；按剛度又可分為剛性連接件、彈性連接件、柔性連接件、剛度滯后連接件。

沈陽(yáng)市高架橋鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁的連接件均采用剪力釘連接件。其特點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單便捷，質(zhì)量可靠度高。

而北一路高架橋采用的鋼混非組合梁的剪力釘連接件的布置較普通的鋼混組合梁稀疏，且僅在鋼板梁上翼緣布置，在橫梁處（除上翼緣外）均不布置連接件。連接件縱向剛度小，以達(dá)到鋼梁承受全部的荷載與活載，混凝土橋面板僅作為單向板承受活載輪載的受力要求。

3　施工方法

混凝土箱梁多采用滿堂支架現(xiàn)澆混凝土的施工方法。其施工簡(jiǎn)單，但建設(shè)工期較長(zhǎng)，對(duì)城市橋梁而言，施工期間，對(duì)交通的影響較大，這是由當(dāng)時(shí)的經(jīng)濟(jì)、建設(shè)發(fā)展水平?jīng)Q定的。

鋼混組合梁的鋼梁部分及鋼箱梁是在工廠分節(jié)段預(yù)制，在施工現(xiàn)場(chǎng)安裝，在鋼梁架設(shè)過程中僅需要少量的臨時(shí)墩（支架），或采用頂推鋼梁的施工方法，且在鋼梁部分架設(shè)完成后就可以拆除支架，然后再澆注混凝土橋面板。這樣對(duì)交通的影響就大大降低，社會(huì)效益得到顯著提高。

另外，為降低中支點(diǎn)負(fù)彎矩區(qū)混凝土開裂，擬采用皮爾格法施工混凝土橋面板。

4　結(jié)語(yǔ)

沈陽(yáng)市高架橋梁的結(jié)構(gòu)形式由混凝土梁逐步發(fā)展到鋼混組合梁、鋼混非組合梁、鋼箱梁。高架橋梁跨徑也由30 m發(fā)展到100 m左右。建設(shè)理念也從滿足交通這一基本需求轉(zhuǎn)變?yōu)榧尤朊烙^、綠色、環(huán)保、快速的理念。這與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建設(shè)水平提高是相輔相成的。

目前沈陽(yáng)市的高架橋梁的結(jié)構(gòu)型式基本就是本文介紹的這些。而隨著城市橋梁建設(shè)的新理念的形成，新穎的、容易預(yù)制、快速安裝、環(huán)保的、快速投入使用、對(duì)交通影響小的結(jié)構(gòu)型式會(huì)越來越得到歡迎。這就需要橋梁工作者繼續(xù)深入研究，以滿足社會(huì)發(fā)展的需求。

隨著鋼結(jié)構(gòu)橋梁的大量建設(shè)，目前鋼結(jié)構(gòu)存在的一些問題需要認(rèn)真考慮。如鋼結(jié)構(gòu)的耐久性（包括抗疲勞）、經(jīng)濟(jì)性、采用更高強(qiáng)度的鋼材以避免局部構(gòu)件板厚過大，加工、建設(shè)困難這些因素；另外，如何避免或減少鋼混組合梁混凝土橋面板的病害也是影響橋梁耐久性、經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵因素，尤其是北方地區(qū)存在除冰鹽病害的問題，以及鋼箱梁的橋面鋪裝等問題。以上這些問題對(duì)橋梁設(shè)計(jì)、建設(shè)人員也提出了新的要求。