中交基礎(chǔ)設(shè)施養(yǎng)護(hù)集團(tuán)寧夏工程有限公司，寧夏 銀川 750000

隨著鋼-混組合梁研究及應(yīng)用的完善，管翼緣組合梁的概念首次在直梁應(yīng)用中被提出來(lái)，吳建偉等[1]研究發(fā)現(xiàn)直管翼緣梁具有較大的局部屈曲抗力，較強(qiáng)的扭轉(zhuǎn)剛度和減小的長(zhǎng)細(xì)比；Kim[2]研究了以圓管內(nèi)填混凝土作為受壓翼緣，以平板作為受拉翼緣的直管翼緣梁抗彎強(qiáng)度和穩(wěn)定性。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外對(duì)管翼緣組合梁多年的研究及應(yīng)用，表明帶內(nèi)填混凝土的管翼緣鋼梁具有較好的延性，較高的強(qiáng)度，其中，鋼管與內(nèi)填混凝土的套箍作用增大的構(gòu)件的抗彎剛度，橋梁的橫向框架體系使管翼緣梁擁有較大扭轉(zhuǎn)剛度[3-6]。在已有的結(jié)構(gòu)理論和工程實(shí)例基礎(chǔ)上，文章綜合現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)條件和地方技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件，通過(guò)建模和計(jì)算，提出管翼緣組合梁跨越國(guó)省道路中路線平曲線半徑較小且處于“V”形深溝的可行性及合理性，旨在推動(dòng)鋼-混組合梁橋在地方山區(qū)國(guó)省道路中的應(yīng)用。

1 建設(shè)條件

某大橋位于天然林保護(hù)區(qū)，橋位跨越一“V”形深溝，溝深45.7m，橋跨處溝寬180m左右，溝兩側(cè)有巖石外露，為砂巖，表面看比較破碎，地形非常復(fù)雜，大樁號(hào)側(cè)山坡陡峭，平均坡度達(dá)到64%，此段設(shè)計(jì)路線平面半徑為200m，縱坡2.8%。為減少開(kāi)挖，減少對(duì)山體擾動(dòng)，減少防護(hù)工程，保護(hù)景區(qū)植被，確保工程施工及運(yùn)營(yíng)安全，橋梁基礎(chǔ)主要受兩岸陡崖地形控制，綜合考慮橋臺(tái)易設(shè)在易施工的穩(wěn)定岸坡上，橋位于“V”形深溝，地勢(shì)起伏較大，交通條件較差。施工設(shè)備和材料的運(yùn)輸以及施工場(chǎng)地的布置均是橋型方案選擇中必須考慮的因素，應(yīng)將運(yùn)輸?shù)臉?gòu)件重量、尺寸盡量控制在公路能承受的范圍內(nèi)。

2 方案比選

2.1 橋型方案總體構(gòu)思

兼顧地形、地質(zhì)，考慮運(yùn)輸條件、施工場(chǎng)地布置與施工方法的適應(yīng)性、橋梁結(jié)構(gòu)成橋與施工狀態(tài)的抗風(fēng)穩(wěn)定性、橋型與環(huán)境的配合協(xié)調(diào)性等因素的要求來(lái)選取橋型方案，并將橋梁全長(zhǎng)選定在200m左右。

2.2 主梁形式的比選

預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、受力明確、節(jié)省材料、架設(shè)安裝方便，可大量節(jié)省模板，橋梁的上、下部可平行施工，使工期顯著縮短。但該地區(qū)為山區(qū)且橋梁位于圓曲線和緩和曲線上，預(yù)制結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性不易保證，線形不易控制，預(yù)制場(chǎng)地空間有限，運(yùn)輸不方便，吊裝重量較大。

現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)是按一定的施工程序完成混凝土的就地澆筑，現(xiàn)澆混凝土施工需要搭設(shè)臨時(shí)支架，適合場(chǎng)地比較平整的施工平臺(tái)。此橋位處于小半徑平曲線內(nèi)，現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的跨徑不宜過(guò)大，小跨徑結(jié)構(gòu)會(huì)造成下部墩柱增多，并且跨高比與橋位處自然環(huán)境不協(xié)調(diào)，影響成橋美觀。

管翼緣組合梁是將傳統(tǒng)鋼+混凝土組合梁中工字鋼梁的平鋼板翼緣用鋼管混凝土替代的新型組合結(jié)構(gòu)。管翼緣組合梁管翼緣的豎向高度減小了腹板的高度，從而避免了腹板長(zhǎng)細(xì)比過(guò)大在設(shè)計(jì)中引起的問(wèn)題，提高了組合梁的剛度和穩(wěn)定性。內(nèi)填C50自密實(shí)混凝土，套箍效應(yīng)能顯著提高混凝土強(qiáng)度，從而提高構(gòu)件承載力。管翼緣組合梁的施工簡(jiǎn)單方便，吊裝重量較輕，施工周期短，經(jīng)濟(jì)合理。

由于該橋位于超高段，因此主梁形式的選擇非常重要。從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工難易性和施工周期等多個(gè)方面對(duì)比分析上述三種主梁形式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以得出管翼緣組合梁各方面指標(biāo)均優(yōu)于其他幾種主梁形式，其施工簡(jiǎn)單方便，吊裝重量較輕，施工周期短，經(jīng)濟(jì)合理，是比較理想的主梁形式。

2.3 跨徑比選

結(jié)合橋位處的地形地質(zhì)初步擬定的結(jié)構(gòu)形式為管翼緣組合連續(xù)梁。針對(duì)管翼緣組合連續(xù)梁擬定了40m、45m、50m、48m四種不同跨徑橋跨形式，各跨徑截面形式如圖1所示。

圖1 各跨徑主梁截面形式（單位：mm）

采用Midas Civil 2012軟件分別建立該橋上部結(jié)構(gòu)的有限元模型，上部結(jié)構(gòu)中采用梁格法建模，主梁和混凝土板均離散為梁?jiǎn)卧?，管翼緣鋼梁和管?nèi)混凝土為組合截面，頂板混凝土根據(jù)規(guī)范計(jì)算得有效計(jì)算寬度為2.7m，同時(shí)，設(shè)置混凝土板虛擬橫梁，虛擬橫梁縱向間距為2.5m，混凝土板與管翼緣組合梁之間對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)采用剛性連接。上部結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果如表1所示，主梁應(yīng)力匯總表如表2所示。

表1 上部結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果 單位：mm

表2 主梁應(yīng)力匯總表 單位：mm

由于橋位跨越一“V”形深溝，溝深45.7m，橋跨處溝寬約180m，地形非常復(fù)雜，大樁號(hào)側(cè)山坡陡峭，平均坡度達(dá)到64%，綜合考慮施工難易性和經(jīng)濟(jì)合理性最終選擇4×48m的橋跨結(jié)構(gòu)形式。

在此種跨徑結(jié)構(gòu)形式下，主梁在汽車荷載作用下（不計(jì)沖擊）最大豎向撓度為25mm＜L/500=100mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；主梁在荷載組合1的最大應(yīng)力為228MPa＜270MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

3 4×48m管翼緣組合連續(xù)梁橋

3.1 方案設(shè)計(jì)

（1）上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)?？鐝讲贾脼?×48m，主橋采用5片焊接方管翼緣組合梁作為主梁，方管內(nèi)填C50自密實(shí)混凝土。主梁中心間距為2.7m，主梁中心高度為2.3m（含25cm混凝土板和10cm瀝青混凝土鋪裝），其中，鋼梁部分高度為1.95m。橋臺(tái)和墩頂處橫向設(shè)置5個(gè)支座，均采用JPZ（Ⅱ）型盆式支座，兩側(cè)橋臺(tái)處各設(shè)80型模數(shù)式伸縮縫。主梁由縱梁、橫梁和橋面混凝土板組成，鋼結(jié)構(gòu)部分含主梁、橫梁；除縱梁下翼緣采用Q500qDNH，其余均采用Q345qDNH鋼材。主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面如圖2所示。

圖2 主梁標(biāo)準(zhǔn)橫斷面（單位：mm）

橋位處于超高段，通過(guò)橋墩頂面高程和楔形體調(diào)整橋面橫坡。同時(shí)，每隔1500mm布置一道豎向加勁肋，縱向加勁肋連續(xù)，豎向加勁肋在縱向加勁肋位置斷開(kāi)。

橫梁分兩大類，端橫梁為空腹式，中間橫梁為桁架式。混凝土板板厚250mm，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，通過(guò)栓釘與縱橫梁連接為整體。主梁各個(gè)分段的鋼管翼緣、腹板和下翼緣之間現(xiàn)場(chǎng)采用焊接連接。每根縱梁分為4段，縱梁通過(guò)焊接實(shí)現(xiàn)縱向鋼管翼緣、腹板、下翼緣連接；橫梁與縱梁之間僅腹板通過(guò)高強(qiáng)螺栓連接，上下翼緣不連接。

（2）下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。橋臺(tái)采用擴(kuò)大基礎(chǔ)重力式橋臺(tái)形式，橋墩采用薄壁空心墩的截面形式。

3.2 上部計(jì)算成果

（1）幾何模型。采用Midas Civil 2012分別建立該橋上部結(jié)構(gòu)的有限元模型，跨徑布置為4×48m管翼緣組合連續(xù)梁橋，上部結(jié)構(gòu)中采用梁格法建模，主梁和混凝土板均離散為梁?jiǎn)卧?，管翼緣鋼梁和管?nèi)混凝土為組合截面，頂板混凝土根據(jù)規(guī)范計(jì)算得有效計(jì)算寬度為2.7m，同時(shí)，設(shè)置混凝土板虛擬橫梁，虛擬橫梁縱向間距為2.5m，混凝土板與管翼緣組合梁之間對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)采用剛性連接，上部結(jié)構(gòu)靜力有限元模型如圖3所示。

圖3 上部結(jié)構(gòu)有限元模型

（2）靜力計(jì)算結(jié)果。上部結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果如表3所示，主梁應(yīng)力匯總表如表4所示。主梁在汽車荷載作用下（不計(jì)沖擊）最大豎向撓度為25mm＜L/500=100mm，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求；混凝土頂板應(yīng)力在汽車荷載作用下最大拉應(yīng)力為3.1MPa，經(jīng)抗裂性驗(yàn)算，滿足規(guī)范要求；主梁在荷載組合1的最大應(yīng)力為228MPa＜270MPa，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

表3 上部結(jié)構(gòu)變形計(jì)算結(jié)果 單位：mm

表4 主梁應(yīng)力匯總表 單位：mm

4 結(jié)束語(yǔ)

文章中的工程項(xiàng)目地區(qū)為山區(qū)，橋梁位于圓曲線和緩和曲線上，地形復(fù)雜，橋梁跨越“V”形深溝，預(yù)制結(jié)構(gòu)橫向穩(wěn)定性不易保證，線形不易控制，預(yù)制場(chǎng)地空間有限，運(yùn)輸不方便，吊裝重量較大。在此項(xiàng)目背景下，從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、施工難易性和施工周期等多個(gè)方面對(duì)比分析預(yù)制結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆混凝土箱梁及管翼緣三種主梁形式各自的優(yōu)缺點(diǎn)，可以得出管翼緣組合梁各方面指標(biāo)均優(yōu)于其他幾種主梁形式，其施工簡(jiǎn)單方便，吊裝重量較輕，施工周期短，經(jīng)濟(jì)合理，是比較理想的主梁形式，符合綠色發(fā)展理念，可有效提升公路橋梁的建設(shè)品質(zhì)，發(fā)揮鋼結(jié)構(gòu)橋梁性能優(yōu)勢(shì)。