沈玉強(qiáng)

（重慶市交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，重慶 400000）

鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)相對于其他橋梁施工結(jié)構(gòu)而言，在節(jié)約材料、施工便利和安全性能上具有極大的優(yōu)勢，在國內(nèi)外的橋梁建設(shè)工程中，已經(jīng)得到了大范圍的應(yīng)用[1]。本文以某市外城區(qū)新建市政道路跨越原高速公路主橋（60+80+50）并苜蓿葉式連接線鋼混疊合梁橋?yàn)槔?，介紹了鋼混疊合梁橋的設(shè)計(jì)與分析要點(diǎn)，為以后類似工程的開展提供參考方案。

一、工程概況

（一）橋梁總體設(shè)計(jì)

本橋主橋跨徑為（60+80+50）m，兩側(cè)引橋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩聯(lián)3-30m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁。由于原高速公路兩側(cè)房建設(shè)施及預(yù)留條件不同，兼顧施工過程中保障高速公路順暢的要求，對橋梁主體結(jié)構(gòu)采用主跨徑80m的非對稱設(shè)計(jì)，一次性跨越高速公路，并預(yù)留高速直通立交接口，采用鋼混疊合梁橋結(jié)構(gòu)。

（二）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

道路橋梁工程為城市段國道改造工程，設(shè)計(jì)最大行車速度為60km/h；跨越高速公路部分橋下凈空不得低于5.5m，其余部分凈空不得低于5m；橋面總體設(shè)計(jì)為雙向六車道，引線部分雙向八車道；汽車荷載為城市-A級；設(shè)計(jì)防震烈度為7度，防撞等級為SS級，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全等級為一級。

（三）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為鋼混疊合梁結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)組成部分為混凝土橋面板和鋼梁?；炷翗蛎姘屙敯鍖?5.6m，厚40cm~50cm，懸臂長3m?；炷烈?guī)格為C50無收縮混凝土，應(yīng)力鋼束采用縱向布置方式[2]。在施工設(shè)計(jì)中，將C50無收縮混凝土在支點(diǎn)橫梁處澆筑至梁箱內(nèi)，從而與橋面之間形成一體結(jié)構(gòu)。

二、計(jì)算分析

（一）計(jì)算條件

在滿足設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的條件下，施工方案采用鋼箱體集中預(yù)制，現(xiàn)場拼裝完成后整體澆筑的方案進(jìn)行，其他荷載計(jì)算在達(dá)到技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，按照對應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算。

（二）計(jì)算模型

鋼箱、鋼構(gòu)件和混凝土頂板的計(jì)算規(guī)范，嚴(yán)格按照國家及行業(yè)最高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，其主要規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)如下：《公路橋涵鋼結(jié)構(gòu)及木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ-86）、《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）、《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTG D62-2004）等。設(shè)計(jì)軟件采用《橋梁博士4.0》，其結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖1所示：

圖1 結(jié)構(gòu)計(jì)算模型圖

在計(jì)算過程中，將全橋分為70個(gè)共建單元，其主要控制點(diǎn)如表1所示：

表1 共建單元主要控制點(diǎn)

結(jié)構(gòu)的施工過程從搭設(shè)支架，架設(shè)鋼梁至最終365d考慮徐變結(jié)束，共十三個(gè)階段。其具體過程包括從前期的搭設(shè)支架、架設(shè)鋼梁，然后對縱向鋼梁進(jìn)行對接，之后再對完成的鋼梁進(jìn)行體系轉(zhuǎn)換。中間的階段主要是混凝土施工的過程，從澆筑墩頂混凝土，使箱梁底部的混凝土能夠與結(jié)構(gòu)一起承受壓力，之后再澆筑彎矩區(qū)段的混凝土，同樣使其參與結(jié)構(gòu)的受力。

（三）計(jì)算內(nèi)容

本階段的驗(yàn)算內(nèi)容主要包括四個(gè)部分：第一是在施工過程中，對鋼箱梁應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析之前，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)分析其受力過程，使鋼梁或者組合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮。第二是在施工過程中，對混凝土板應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)算，在現(xiàn)行技術(shù)條件下，橋面板一般采用預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)進(jìn)行施工。第三是驗(yàn)算使用階段的鋼箱梁應(yīng)力，其計(jì)算采用容許應(yīng)力法，其結(jié)果對最終組合系數(shù)不產(chǎn)生任何影響。第四是使用階段混凝土板應(yīng)力驗(yàn)算，其包括的內(nèi)容比較多，有正截面抗裂驗(yàn)算、正截面壓應(yīng)力驗(yàn)算、斜截面抗裂驗(yàn)算、主壓應(yīng)力驗(yàn)算等。

（四）計(jì)算結(jié)果分析

根據(jù)計(jì)算模型計(jì)算，鋼箱梁最大壓應(yīng)力80Mpa，最大拉應(yīng)力-170Mpa，均小于容許應(yīng)力205Mppa；混凝土板壓應(yīng)力8.7Mpa，小于規(guī)范要求22.70（0.71fck）；鋼箱梁最大剪應(yīng)力88Mpa，小于容許應(yīng)力121Mpa；短期效應(yīng)組合下混凝土板上下最大拉應(yīng)力-0.9Mpa，滿足規(guī)范A類構(gòu)件要求，最大壓應(yīng)力11.9Mpa，短期效應(yīng)組合小最大主拉應(yīng)力為-1.18Mpa，最大主壓應(yīng)力為12.1Mpa，根據(jù)以上計(jì)算，顯示在施工及使用階段，鋼混疊合梁設(shè)計(jì)滿足相關(guān)規(guī)范要求。

三、剪力釘設(shè)計(jì)

剪力釘連接件相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算，應(yīng)當(dāng)以《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50017-2003）的相關(guān)條例，進(jìn)行段間距的劃分，同時(shí)得出需要的數(shù)量。對于集中負(fù)載較大的剪跨區(qū)段，對連接件按照個(gè)數(shù)在相應(yīng)的區(qū)間內(nèi)進(jìn)行比例分配。本工程案例中，在組合荷載工況下剪力釘集束式與均布式布置最大縱向剪力分別為64.50KN和68.12KN。

四、撓度計(jì)算

鋼混疊合梁橋的最后一步設(shè)計(jì)程序，是進(jìn)行撓度計(jì)算。其撓度計(jì)算應(yīng)當(dāng)按照荷載的標(biāo)準(zhǔn)組合與準(zhǔn)永久組合兩種方式進(jìn)行，取其最大值為準(zhǔn)。在采用力學(xué)公式進(jìn)行計(jì)算后，要按照規(guī)范的要求，對采用組合結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行折減，確保計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。本案例工程中組合荷載工況下剪力釘集束式與均布式組合跨梁中最大撓度分別為23.4.4mm和234.7mm。

五、結(jié)束語

在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，采用了剪力釘連接橋面板與鋼梁的形式，在其完成結(jié)合之后，再進(jìn)行張拉預(yù)應(yīng)力。通過與其他施工方式相對比，分析得知本施工方案具有各方面的優(yōu)缺點(diǎn)：其優(yōu)點(diǎn)在于本方案在施工過程中，對現(xiàn)有交通狀況影響較小，基本能夠確保高速公路穩(wěn)定通行，施工工期短，減少了施工成本。缺點(diǎn)是預(yù)應(yīng)力部分張拉力與鋼梁結(jié)合在一起，增加了預(yù)應(yīng)力的使用量。