郭俊峰

（武漢市政工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司， 湖北 武漢 430023）

0 引言

市政橋梁高架項目中，采用等跨徑的橋梁比例高，依據(jù)相關(guān)研究資料，對于中等跨徑橋梁，鋼混組合結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮兩種材料的優(yōu)勢，具有更好的經(jīng)濟性。

鋼板梁適用范圍為跨徑35～130m，經(jīng)濟性范圍為跨徑40～90m，是現(xiàn)代城市高架橋梁推廣的主要橋型之一，但在實際實施過程中，負彎矩區(qū)開裂一直是這類橋型的難點。連續(xù)梁負彎矩區(qū)鋼板梁的混凝土部分橋面板承受拉力，工字型鋼梁下翼緣承受壓力，結(jié)構(gòu)受力非常不利。在重荷載作用下，極易導(dǎo)致負彎矩區(qū)混凝土橋面板出現(xiàn)嚴(yán)重裂縫，對結(jié)構(gòu)造成極大危害[1-2]。因此，在鋼板梁橋型中負彎矩區(qū)均采用了必要的抗裂措施[3-4]：。

1 鋼板梁橋型中負彎矩區(qū)的抗裂措施

1.1 設(shè)置預(yù)應(yīng)力鋼束

優(yōu)點：考慮布束空間限制及損失后，能使墩頂砼拉應(yīng)力下降2.2MPa左右，施工起來較為容易。

缺點：由于負彎矩區(qū)砼拉應(yīng)力大于6MPa，即使設(shè)置了預(yù)應(yīng)力仍不能使結(jié)構(gòu)達到預(yù)應(yīng)力混凝土A類構(gòu)件的要求，同時錨固處交接面應(yīng)力突變也需處理，難以很好地解決開裂問題。

1.2 支座頂升

優(yōu)點：在實際施工過程中，可以十分容易地控制頂升量，最大能使墩頂砼拉應(yīng)力下降6.5MPa左右，應(yīng)力儲備效果較為明顯。

缺點：頂升部位的鋼梁需要特殊設(shè)計；采用的頂升設(shè)備在墩頂操作，屬于高危作業(yè)，存在一定的施工安全隱患。

1.3 負彎矩區(qū)橋面板后澆筑

優(yōu)點：所有的構(gòu)造措施中的唯一減少恒載拉應(yīng)力的措施。

缺點：墩頂砼拉應(yīng)力減少幅度不到1MPa，施工順序進行了調(diào)整，對規(guī)模較大的城市高架來說，對施工工期的耽誤影響是巨大的。

1.4 施工階段跨中水袋壓重

優(yōu)點：實施起來最為直接，成橋后對鋼梁應(yīng)力及撓度影響不大。

缺點：墩頂砼拉應(yīng)力減少幅度不到1.6MPa，需要大噸位的配重；各跨橋梁壓重不同，不利于城市高架快速化施工。

如上所述，目前對于任何一座上部結(jié)構(gòu)采用鋼板梁的工程，采用上述任何一種措施都無法較好地解決墩頂負彎矩區(qū)開裂的問題，都需要根據(jù)橋梁實際情況，綜合以上措施才可以實現(xiàn)。對于該橋型在大規(guī)模城市高架橋的使用上受到限制。因此迫切需要提出一種施工快速、操作方便的抗裂措施。

2 工程概況

白沙洲大道主線高架橋由北向南依次跨越白沙四路、三環(huán)線、青菱河、白沙洲大市場出入口、麗水路及青菱湖北路。全線采用高架橋，橋梁標(biāo)準(zhǔn)段為雙向6車道。高架橋全長約2.46km，全線采用連續(xù)鋼板梁結(jié)構(gòu)，共計22聯(lián)。橋梁橫向共采用11片預(yù)制小組合梁（見圖1）。

圖1 工程斷面示意圖

3 負彎矩區(qū)抗裂措施優(yōu)化設(shè)計

3.1 新型負彎矩區(qū)抗裂方案

為解決問題，本文提出了一種新的負彎矩抗裂技術(shù)方案：即在連續(xù)鋼板梁結(jié)構(gòu)負彎矩區(qū)域頂部鋪設(shè)一層100mm厚的超高性能混凝土（UHPC）（見圖2）。其中超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，簡稱UHPC），是一種彈性模量較大，抗拉性能強的新型水泥基材料。

圖2 負彎矩區(qū)域抗裂措施示意圖

3.2 新型負彎矩區(qū)抗裂措施有限元分析

3.2.1 有限元模型建立

以白沙洲大道主線高架橋中跨徑較大的連續(xù)鋼板梁作為研究對象，選取受力復(fù)雜的負彎矩段進行受力分析。采用大型空間通用有限元ANSYS建立計算模型（見圖3）。由于混凝土橋面板與主梁工字鋼之間利用的是剪力釘進行連接，我們假設(shè)連續(xù)鋼板梁斷面變形一致，協(xié)同受力。在有限元模型中混凝土結(jié)構(gòu)和剪力釘模擬采用空間SOLID65單元，其它結(jié)構(gòu)均采用空間SHELL63殼單元、通過在實體單元中充分考慮配筋率進行模擬鋼筋網(wǎng)[5]。

圖3 新型負彎矩區(qū)域抗裂措有限元模型圖

3.2.2 計算工況及計算結(jié)果分析

在有限元模型中通過調(diào)整橋面板結(jié)構(gòu)組成，對負彎矩區(qū)抗裂措施對結(jié)構(gòu)各項應(yīng)力指標(biāo)進行對比分析，具體見表1、圖4。

圖4 橋面板結(jié)構(gòu)主拉應(yīng)力趨勢圖

表1 應(yīng)力指標(biāo)對比數(shù)據(jù)

通過以上橋面板拉應(yīng)力變化趨勢：工況二負彎矩區(qū)域全斷面UHPC方案效果最好，工況三次之，工況一最差。鑒于目前UHPC高性能混凝土價格昂貴，若全項目負彎矩區(qū)域全斷面使用，會使工程造價增加，不是很合理。工況三用量較少，造價增加有限，對于大規(guī)模城市高架橋造價來說增加不大，再顯著簡化負彎矩抗裂構(gòu)造措施，加速橋梁建設(shè)周期方面作用明顯[6]。

該負彎矩區(qū)域抗裂措施能夠滿足連續(xù)鋼板梁負彎矩區(qū)抗裂需求。目前白沙洲大道主線高架橋正在施工，通車運營后，其使用效果需具備足夠的使用時間后方可進行評價。

4 結(jié)束語

本文對白沙洲大道主線高架橋連續(xù)鋼板梁項目提出了一種新型的負彎矩區(qū)域抗裂技術(shù)方案，并討論了通過調(diào)整橋面板結(jié)構(gòu)組成后，負彎矩區(qū)結(jié)構(gòu)應(yīng)力指標(biāo)，通過對比分析總結(jié)，得出傳統(tǒng)負彎矩抗裂措施方案普遍存在構(gòu)造措施復(fù)雜，施工進度較慢的缺陷。同時提出了一種新的負彎矩抗裂技術(shù)措施:即在連續(xù)鋼板梁結(jié)構(gòu)負彎矩區(qū)域頂部鋪設(shè)一層100mm厚的超高性能混凝土（UHPC），并利用有限元模型得出本負彎矩抗裂技術(shù)方案理論上優(yōu)于其它措施。