鐘長偉

(四川省公路規(guī)劃勘察設(shè)計研究院有限公司，四川，成都，610041)

0 引言

隨著鋼混組合梁橋建造技術(shù)的不斷提高，其應(yīng)用范圍從簡支梁橋逐漸擴展到連續(xù)梁橋、斜拉橋等多種復(fù)雜橋型[1]。其中，鋼混組合連續(xù)梁橋的應(yīng)用最為廣泛，該橋型正彎矩區(qū)上緣橋面板混凝土受壓，下緣鋼梁受拉，充分發(fā)揮了混凝土和鋼材各自的材料性能優(yōu)勢；但其墩頂負彎矩區(qū)域上緣橋面板混凝土受拉易開裂，下緣鋼梁受壓易局部失穩(wěn)，無法較好地發(fā)揮兩種材料的力學(xué)性能[2]。此外，鋼混組合連續(xù)梁橋多用于跨越立交，受下方交通、管線等制約因素較多，為適應(yīng)邊界條件，常采用局部異型結(jié)構(gòu)或下部墩柱特殊設(shè)計，梁體受力較為復(fù)雜，建造難度較大。基于此，本文結(jié)合某在建高速公路匝道橋，開展鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)分析，以期為類似梁橋建造提供參考。

1 工程概況

某在建高速公路匝道橋，連續(xù)上跨下方匝道和既有快速道路，局部位于R=200m的圓曲線上?？紤]邊界條件限制及結(jié)構(gòu)抗傾覆的穩(wěn)定性，采用上部結(jié)構(gòu)孔跨（30+50+35）m的連續(xù)梁結(jié)構(gòu)；另考慮底層快速道路交通量大，在項目建設(shè)期間有保通需求，不宜采用施工工期較長、對交通干擾較大的搭架現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)，故選擇鋼混組合連續(xù)梁橋。

該橋下部2號橋墩（第2、3跨間）受底層道路邊界限制，采用雙柱式圓柱墩，斜交約30度布設(shè)。考慮上部梁體位于曲線段，不利于墩頂中支點鋼橫梁及相鄰加強橫梁順橋墩斜向布設(shè)，另為避免斜交布設(shè)焊接困難且殘余應(yīng)力較大，該橋采用橫梁徑向布設(shè)，斜橋正做方案，以盡量簡化設(shè)計，同時便于施工，在左右主梁對應(yīng)橋墩位置分別設(shè)置單支座，如圖1所示。

圖1 2號墩頂主梁布設(shè)圖

2 總體建造方案

該橋上部梁體鋼梁可分節(jié)段在工廠完成預(yù)制，運至橋位處再拼裝，僅需在快速吊裝、全橋主梁栓接成型期間臨時封閉交通，之后在設(shè)有安全棚架保障底層交通運營安全前提下，有序進行橋面施工，如澆筑橋面板混凝土和施工橋面鋪裝及護欄等，整個建設(shè)期間對下方道路交通影響較小，且施工工期相對較短。

匝道橋?qū)?0.5m，單向兩車道，采用箱形截面雙主梁，如圖2所示。頂層為混凝土橋面板厚18cm，下緣為鋼箱梁，主梁中心間距6.50m，箱寬2.00m，鋼梁高2.22m。鋼箱梁頂?shù)装寮案拱逖乜v橋向根據(jù)結(jié)構(gòu)受力采用不同的板件厚度，以合理節(jié)約工程造價。

圖2 跨中標(biāo)準(zhǔn)截面圖（單位：mm）

組合梁上下之間的連接是橋梁建造的關(guān)鍵，該橋在鋼主梁之間及兩外側(cè)翼緣采用薄鋼板，與鋼箱梁頂板形成完整的橋面板底鋼板，既可作為橋面板混凝土的澆筑底模，又可在鋼板上縱向密布開孔板剪力連接件，將頂板混凝土與下緣鋼梁牢固連接，確保上下之間不產(chǎn)生相對錯動，有效組合形成整體結(jié)構(gòu)。同時，順橋向間隔設(shè)置橫梁，使左右主梁形成整體受力。

3 鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)

3.1 負彎矩區(qū)關(guān)鍵建造技術(shù)

連續(xù)梁負彎矩區(qū)段頂板混凝土受拉而易產(chǎn)生開裂，影響結(jié)構(gòu)的耐久性與使用性能。大跨結(jié)構(gòu)為減小或抵消負彎矩產(chǎn)生的橋面板拉應(yīng)力，常采用預(yù)加荷載法、調(diào)整支點標(biāo)高法或施加預(yù)應(yīng)力法等措施，給負彎矩區(qū)混凝土板施加一定的壓應(yīng)力。

3.1.1 裂縫控制技術(shù)

該橋為中小跨徑，負彎矩不大。研究表明將混凝土板的裂縫寬度限制在容許值范圍內(nèi)，即可滿足結(jié)構(gòu)的耐久性要求。鋼混組合梁橋設(shè)計理念也由早期的不允許出現(xiàn)拉應(yīng)力或開裂，轉(zhuǎn)變?yōu)樵试S開裂并控制裂縫寬度[3]。該橋采用適當(dāng)梁高（2.4m）及適當(dāng)加厚中支點頂鋼板厚度至26mm，有效降低頂板應(yīng)力，同時在橋面板中配置適當(dāng)鋼筋，根據(jù)計算，中支點處橋面板裂縫最大寬度為0.14mm，已滿足容許值要求，可不采用前述措施抵抗負彎矩。

3.1.2 負彎矩控制研究

值得注意的是，鋼混組合連續(xù)梁橋常采用橋面板縱向分段澆筑施工，即先澆筑中跨正彎矩區(qū)段及兩端邊跨橋面板混凝土，待其達到一定強度后，再澆筑剩余負彎矩區(qū)段橋面板混凝土。此法可有效改善跨中鋼箱頂板應(yīng)力，同時，由于混凝土的收縮徐變作用，也可在中支點附近產(chǎn)生一定的反向彎矩，利于減小負彎矩帶來的影響，但效果有限。結(jié)合該橋?qū)嶋H情況，采用整體澆筑混凝土板，中支點處單梁彎矩15525kN·m；采用分段澆筑，中支點處對應(yīng)彎矩15373kN·m，負彎矩僅減小1%。

3.2 鋼箱梁關(guān)鍵建造技術(shù)

3.2.1 底板翼緣穩(wěn)定控制技術(shù)

鋼混組合連續(xù)梁橋負彎矩區(qū)下緣鋼梁底板翼緣受壓，存在局部屈曲的危險，通常需將底鋼板加厚，但若鋼板過厚，則會導(dǎo)致焊接困難、焊接應(yīng)力和變形過大以及厚板效應(yīng)降低鋼材強度等系列問題；對大跨結(jié)構(gòu)，可將負彎矩區(qū)底鋼板改為鋼混組合底面板，充分發(fā)揮混凝土抗壓性能，提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定[4]。

該橋鋼箱梁的箱室寬度較小，在全橋拉通設(shè)置的三道底板縱向加勁肋作用下，同時考慮局部穩(wěn)定及剪力滯影響，計算得知其底板有效寬度已接近上限值。為適當(dāng)控制底鋼板厚度并有效降低其應(yīng)力，在負彎矩區(qū)段加密設(shè)置底板縱向加勁肋，以增大底板有效截面面積，提高其受力性能與穩(wěn)定安全，如圖3所示。

圖3 負彎矩區(qū)段底板有效截面示意圖

根據(jù)模型計算，加密加勁肋前后，中支點處截面特性及受力分析對比表1所示。

表1 加密加勁肋前后對比

3.2.2 頂板翼緣穩(wěn)定控制技術(shù)

在跨中正彎矩區(qū)段，橋面板混凝土硬化形成整體結(jié)構(gòu)參與共同受力之前，鋼梁頂板翼緣受壓也存在局部穩(wěn)定問題。通常采用主梁拼裝完成后，先分段澆筑跨中正彎矩區(qū)段混凝土，使該處橋面板混凝土盡早硬化參與后續(xù)恒活載受力，并可結(jié)合計算適當(dāng)設(shè)置頂板加勁肋以降低頂鋼板應(yīng)力；也有將跨中節(jié)段鋼梁及橋面板整體預(yù)制完成后，再吊裝拼接，此法可避免鋼梁頂板屈曲問題，但整體結(jié)構(gòu)較重，對吊裝施工要求較高。

該橋正彎矩區(qū)段橋面板混凝土澆筑而尚未硬化參與結(jié)構(gòu)受力時，鋼梁頂板有效截面如圖4（a）所示；待混凝土板硬化形成整體結(jié)構(gòu)后，鋼梁頂板有效截面如圖4（b）所示。

圖4 正彎矩區(qū)段頂鋼板有效截面示意圖

此時組合梁在一期恒載和二期恒活載作用下，參與受力的截面不同，應(yīng)注意采用應(yīng)力疊加法計算，并注意核查控制施工階段澆筑跨中橋面板混凝土?xí)r鋼梁的有效截面應(yīng)力水平。該橋分段澆筑跨中正彎矩區(qū)段橋面板時，鋼梁頂板有效寬度占總寬的31%，有效截面應(yīng)力92.8MPa較小。橋面板硬化參與受力后，鋼梁頂板全截面參與受力，在基本組合作用下抗彎承載力應(yīng)力155.6MPa較為合適。

3.3 橋梁曲線段抗傾覆技術(shù)

該橋位于小半徑曲線，對于成橋階段，根據(jù)模型分析，其支座脫空驗算及結(jié)構(gòu)整體傾覆穩(wěn)定均滿足規(guī)范要求。且類似混凝土曲線橋梁，若驗算不足，可采用加大邊孔跨徑或設(shè)置梁端壓重、拉拔支座等有效措施。

在施工階段，受施工工序及臨時支撐等影響，鋼混組合小半徑曲線橋梁應(yīng)高度重視抗傾覆的穩(wěn)定問題。該橋設(shè)計采用在左、右主梁設(shè)臨時支墩架設(shè)拼接后，隨即施工橫梁形成整體骨架，再徑向由內(nèi)向外施工護欄及橋面鋪裝，以提高結(jié)構(gòu)在施工階段過程中的傾覆穩(wěn)定。

4 結(jié)束語

本文結(jié)合實際工程項目，對鋼混組合連續(xù)梁橋建造關(guān)鍵技術(shù)進行了分析，得出以下結(jié)論：

（1）中小跨徑鋼混組合連續(xù)梁橋，在采用合理尺寸及配筋有效控制負彎矩區(qū)裂縫寬度時，可不必在負彎矩區(qū)施加壓應(yīng)力以抵抗負彎矩；

（2）橋面板縱向分段澆筑施工利于減小跨中鋼梁頂板應(yīng)力，但對負彎矩影響不大；

（3）鋼混組合連續(xù)梁橋應(yīng)高度重視負彎矩區(qū)鋼梁底板及正彎矩區(qū)鋼梁頂板翼緣受壓的局部穩(wěn)定問題，并重視橋梁曲線段在施工階段的抗傾覆問題。