劉雪峰，李 東

（深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 深圳 518003）

0 引言

隨著我國(guó)城市化水平不斷提高和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展，城市中橋梁建設(shè)如火如荼，優(yōu)點(diǎn)突出的鋼-混凝土橋由于結(jié)合了鋼和混凝土材料的力學(xué)特性應(yīng)用越來越廣泛[1-4]。國(guó)內(nèi)諸多學(xué)者對(duì)城市交通重要區(qū)域的橋梁建設(shè)進(jìn)行了卓有成效的研究[5-9]。劉新華[10]以橋面連續(xù)鋼-混組合梁為研究對(duì)象，負(fù)彎矩區(qū)橋面板采用超高性能混凝土進(jìn)行抗裂性能展開研究；張鴻等[11]以正在建設(shè)的某高速公路鋼板組合連續(xù)梁橋?yàn)楸尘?，從提高結(jié)構(gòu)體系性能和裝配化效率的角度，對(duì)該類型橋梁進(jìn)行建造方案優(yōu)化研究。

鋼-混凝土橋的懸臂板上方混凝土澆筑常規(guī)架設(shè)模板的施工方法不但對(duì)橋下交通存在安全隱患，而且增加橋梁建設(shè)的工期，需對(duì)其施工方案進(jìn)行改進(jìn)，提供施工效率并減少對(duì)橋下空間的影響。

為解決鋼-混凝土組合橋梁的橋面板傳統(tǒng)澆筑方法施工帶來的不足，現(xiàn)依托深圳市東部過境高速公路翠寶路高架特大橋項(xiàng)目，提出一種具有新型橋面板結(jié)構(gòu)的鋼-混凝土組合橋梁橋面板，并對(duì)施工方案進(jìn)行了系統(tǒng)研究及闡述，以期對(duì)今后同類工程提供新的選擇，提高橋梁綜合效益。

1 工程概況

深圳市處于與香港陸路相連的特殊地理區(qū)位，依托珠江三角洲經(jīng)濟(jì)區(qū)，充分發(fā)揮了國(guó)內(nèi)、國(guó)外兩個(gè)市場(chǎng)的樞紐作用，是連接內(nèi)地和香港、國(guó)內(nèi)和國(guó)際的區(qū)域綜合交通樞紐，這使深圳地區(qū)的交通形成了過境交通與城市區(qū)域交通兩大體系相融合的綜合交通體系。目前中部通道已基本形成，西部通道即將完工，東部通道（深圳市東部過境高速公路，即本項(xiàng)目）尚未實(shí)施。

深圳市東部過境高速公路是以東部蓮塘口岸為起點(diǎn)，沿深圳東部發(fā)展軸向外輻射的快速通道。翠寶路高架橋左右幅橋等長(zhǎng)，該橋平面處于“S”形的平曲線段，平曲線組合為：緩和曲線（A=406.202m，L=150m）+緩和曲線（A=271.109m，L=175m）+圓曲線（R=420m，L=199.848m）+緩和曲線（A=242.487m，L=140m）+緩和曲線（A=259.23m，L=140m）+圓曲線（R=480m，L=115.695m）+緩和曲線（A=263.818m，L=145m）。

該高速公路設(shè)計(jì)速度為80km/h，主路雙向8車道，標(biāo)準(zhǔn)橫斷面布置為 整體式主線橋標(biāo)準(zhǔn)寬度：0.75m（防撞護(hù)欄）+0.5m（硬路肩）+4×3.75m（行車道）+0.5m（路緣帶）+2m（中央分隔帶）+0.5m（路緣帶）+4×3.75m（行車道）+0.5m（硬路肩）+0.75m（防撞護(hù)欄）=35.5m。水平向地震動(dòng)峰值加速度按0.1g設(shè)計(jì)，抗震設(shè)防烈度為7度。橋梁設(shè)防類別為B類?？拐鹪O(shè)防措施等級(jí)為8級(jí)。設(shè)計(jì)安全等級(jí)：一級(jí)；結(jié)構(gòu)的重要性系數(shù)為1.1，設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期：100a，環(huán)境類別為Ⅰ類B級(jí)，鋼混組合梁橋橫斷面如圖1所示。

圖1 鋼混組合梁橋橫斷面圖（單位：mm）

2 新型鋼-混凝土組合箱梁橋面板設(shè)計(jì)及施工工藝對(duì)比

2.1 新型鋼-混凝土組合箱梁橋面板設(shè)計(jì)

新型橋面板結(jié)構(gòu)的鋼-混凝土組合橋梁與傳統(tǒng)橋面板結(jié)構(gòu)鋼混組合梁橋主要區(qū)別在橋面翼緣板。橋面翼緣板主要由頂板鋼筋、混凝土、L型翼緣鋼板和其上面焊接的I型加勁肋組成。如圖2至圖4所示。

圖2 新型鋼-混凝土組合橋梁縱向剖視示意圖

圖3 A-A剖視示意圖

圖4 B-B剖視示意圖

2.2 鋼混組合梁新型橋面板施工工藝

傳統(tǒng)橋面板澆筑方法施工工期長(zhǎng)且底部外觀質(zhì)量得不到保證。新型橋面板結(jié)構(gòu)的鋼-混凝土組合橋梁包括預(yù)制鋼梁，以及新型的橋面板，橋面板固定在預(yù)制鋼梁的頂部；橋面板主要由開口槽型梁上方鋼板、槽鋼兩側(cè)L型翼緣鋼板、翼緣鋼板上方I型加勁肋，橋面頂部與兩側(cè)L型翼緣鋼板焊接的橫向鋼筋組成。

預(yù)制鋼梁兩側(cè)焊接的翼緣鋼板均呈L型，其優(yōu)點(diǎn)除充當(dāng)側(cè)向模板外還提供了頂層橫向鋼筋焊接的位置，使預(yù)制鋼梁、翼緣鋼板、頂層橫向鋼筋成為一個(gè)閉合的框架，保證橋面板承載力的同時(shí)增加了整體穩(wěn)定性。同時(shí)為保證橋面翼緣板的外觀質(zhì)量和提高橋面板混凝土與翼緣鋼板的粘結(jié)力，將翼緣鋼板的頂面設(shè)置有花紋結(jié)構(gòu)，底面為光滑面。該新型橋面板結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的鋼混橋面板結(jié)構(gòu)相比，其優(yōu)勢(shì)非常突出。施工無需于現(xiàn)場(chǎng)裝拆，不會(huì)影響地面交通，同時(shí)縮短了施工工期、節(jié)省了工程造價(jià)。

3 鋼混組合梁新型橋面板實(shí)例分析

為了更好地突出新型橋面板結(jié)構(gòu)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)結(jié)合深圳市翠寶路高架橋進(jìn)行說明。預(yù)制鋼梁兩側(cè)的翼緣鋼板采用8mm厚花紋鋼板、預(yù)制鋼梁敞口頂部鋼板采用4mm常規(guī)鋼板，與翼緣鋼板焊接成整體的頂板上緣鋼筋采用Φ16mm＠100mm，翼緣鋼板I型變高加勁肋尺寸為100～300mm×12mm（高×厚），其設(shè)置間距為500mm，兩側(cè)的翼緣板上方的橋面板底部縱橫向鋼筋均取消（見圖5）。

圖5 鋼混組合梁橋新型橋面懸臂板大樣圖（單位：mm）

3.1 施工工序

新型橋面板施工工序如下：

（1）依據(jù)鋼梁運(yùn)輸路線、現(xiàn)場(chǎng)吊裝場(chǎng)地、臨時(shí)墩布置位置和吊裝能力等限制因素分段焊接好開口鋼梁且進(jìn)行預(yù)拼裝，并將4mm厚鋼模板焊接在開口鋼梁上，使開口鋼梁形成閉合框架，再運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，利用汽車吊將閉合鋼梁吊裝至橋墩上。

（2）在現(xiàn)場(chǎng)將吊裝就位的節(jié)段鋼梁焊接成整體。

（3）在工廠將橋面板上緣橫向鋼筋、變高I型加勁肋與懸臂翼緣鋼板焊接好，運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后利用汽車吊將其吊裝至鋼梁上，再通過現(xiàn)場(chǎng)焊接將橋面翼緣底鋼板與鋼梁翼緣頂板對(duì)接焊接、I型加勁肋與鋼梁翼緣頂板搭接焊成整體、頂板橫向鋼筋與鋼梁翼緣頂板通過剪力釘焊接成整體。

（4）先澆筑預(yù)制鋼梁正上方混凝土，且其澆筑順序是從跨中向兩側(cè)橋墩澆筑。

（5）從跨中沿著橋墩方向?qū)ΨQ澆筑兩側(cè)翼緣板混凝土，橋面板澆筑成型。

（6）施工橋梁附屬構(gòu)造。

（7）成橋運(yùn)營(yíng)，考慮十年收縮徐變。

3.2 受力分析

該鋼-混組合箱梁新型橋面板與傳統(tǒng)鋼-混組合箱梁橋面板主要差別在于翼緣鋼板代替了傳統(tǒng)橋面板的底模板且參與結(jié)構(gòu)的受力，同時(shí)取消了翼緣板底部縱向、橫向鋼筋。其主橋縱向結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)鋼混組合梁受力驗(yàn)算一致，僅橋面懸臂板構(gòu)造發(fā)生改變，故僅對(duì)橋面懸臂板的施工過程和成橋運(yùn)營(yíng)后的橋面板受力分析，采用MIDAS2019進(jìn)行驗(yàn)算。

依據(jù)鋼-混組合箱梁新型橋面板施工過程和成橋階段的受力分析，選取了施工過程橋面板最不利階段-澆筑兩側(cè)翼緣板混凝土和成橋通車后的橋面懸臂板兩個(gè)工況進(jìn)行分析，采用邁達(dá)斯進(jìn)行驗(yàn)算。

3.2.1 施工階段應(yīng)力分析

工況1：澆筑完兩側(cè)翼緣板混凝土且混凝土未硬化工況。該工況的施工荷載有混凝土自重、施工人群荷載、施工機(jī)械荷載等，為了簡(jiǎn)化計(jì)算將懸臂板根部采用剛性固結(jié)。荷載類型包括橋面板混凝土自重（26kN/m3），施工人群荷載（4kPa），施工機(jī)械豎向荷載（4kPa），施工機(jī)械橫向荷載（2kPa）。

單元數(shù)量共230個(gè)，其中懸臂L型鋼板采用板單元（板厚8mm），共計(jì)120個(gè)；頂板直徑16mm鋼筋采用梁?jiǎn)卧灿?jì)110個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量共253個(gè)。邊界條件數(shù)量均采用剛接，計(jì)算模型如圖6所示。設(shè)計(jì)荷載中溫度荷載考慮系統(tǒng)30.0℃，-30.0℃，支座沉降按1cm考慮，橋面人群荷載按4.0kN/m2考慮。

圖6 計(jì)算模型

將不同階段和工況的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果匯總于圖7～圖9，可見對(duì)于工況1，通過MIDAS2019分析鋼混組合梁橋面翼緣懸臂板，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在I形變高加勁肋的端部，拉應(yīng)力為142MPa，橋面底鋼板最大應(yīng)力為140.4MPa。

圖7 橋面板自重下受力分析圖示

圖8 橋面板在施工附加荷載作用下應(yīng)力分析圖示

圖9 橋面板在施工完成應(yīng)力分析圖示

3.2.2 運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

工況2：完成橋面板澆筑及其他附屬設(shè)施的安裝。該工況的荷載有橋面板自重、橋面二期鋪裝荷載、防撞墻荷載、聲屏障荷載、車輛荷載等，為了簡(jiǎn)化計(jì)算將橋面翼緣板根部采用剛性固結(jié)。荷載類型包括橋面板混凝土自重（26kN/m3），橋面二期鋪裝荷載（2.6kPa），防撞墻自重（27.4kPa），聲屏障（4kPa），車輛荷載（46kPa）（見圖10）。

圖10 橋面板在運(yùn)營(yíng)階段應(yīng)力分析圖示

對(duì)于工況2，通過MIDAS2019分析鋼混組合梁橋面翼緣懸臂板，橋面翼緣懸臂板底鋼板最大應(yīng)力為46MPa，混凝土應(yīng)力為2.8MPa。

3.3 用料與施工工期影響

鋼-混組合箱梁新型橋面板與傳統(tǒng)鋼-混組合箱梁橋面板主要差別在于翼緣鋼板代替了傳統(tǒng)橋面板的底模板且參與結(jié)構(gòu)的受力，同時(shí)取消了翼緣板底部縱向、橫向鋼筋，除橋面板翼緣懸臂設(shè)置不一致外其余與傳統(tǒng)鋼-混組合箱梁橋面板設(shè)置一致，故該小節(jié)僅對(duì)50m鋼混組合梁橋面板翼緣懸臂用料與工期對(duì)比。其中采用新型鋼混組合橋面板翼緣板鋼材需要22950kg，施工工期為2d，而采用傳統(tǒng)鋼混組合橋面板鋼材需要14665kg，施工工期為5d，可知在增加不多費(fèi)用的情況下工期大幅減少，對(duì)橋下交通的影響也大幅減少，可產(chǎn)生較好的綜合效益。

4 結(jié)論與建議

鋼-混凝土組合橋梁中的傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋面板是橋梁上部結(jié)構(gòu)的重要組成部分，同時(shí)也是橋梁上部結(jié)構(gòu)施工中非常重要的工序。為解決鋼-混凝土組合橋梁的橋面板傳統(tǒng)澆筑方法施工帶來的不足，本文依托深圳市東部過境高速公路翠寶路高架特大橋項(xiàng)目，創(chuàng)新性地提出一種新型鋼-混凝土組合箱梁橋面板，并提出相應(yīng)的新型施工工藝，提高施工效率并減少對(duì)橋下空間的影響。經(jīng)數(shù)值分析計(jì)算，證明在實(shí)際工程中采用該新型橋面板的施工工期大幅減少，對(duì)橋下交通的影響也大幅減少，可產(chǎn)生較好的綜合效益。目前，深圳市東部過境高速公路翠寶路高架特大橋已經(jīng)順利實(shí)施完成，上述措施成功解決了傳統(tǒng)現(xiàn)澆混凝土橋面板現(xiàn)場(chǎng)施工的技術(shù)難題，為今后同類型橋面板施工帶來新的選擇及突破口，具有巨大的潛力。