摘要 鋼混組合梁作為一種能良好發(fā)揮混凝土抗壓能力和鋼結(jié)構(gòu)抗拉能力的結(jié)構(gòu)，在40～70 m橋梁跨徑選擇中擁有較大優(yōu)勢，但大多數(shù)組合梁橋均處于直線或半徑較大的曲線上，在小半徑上曲線上相對較少，因此有必要對其在設(shè)計和施工過程中的要點進行分析。該文以江西高速某立交樞紐的匝道橋為例，鑒于該匝道曲線半徑較小，采用有限元軟件對其在施工以及成橋階段的受力性能進行了分析。結(jié)果表明，該橋各個階段受力性能合理，滿足規(guī)范要求。值得注意的是，由于該橋處在小曲線半徑上，其內(nèi)外支座的反力不一致，在不利組合工況下易發(fā)生脫空。

關(guān)鍵詞 小半徑；鋼混組合梁；受力分析；施工要點

中圖分類號 U442 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）22-0084-04

0 引言

隨著材料和技術(shù)的更新，鋼混組合結(jié)構(gòu)在橋梁領(lǐng)域逐漸得到應(yīng)用和推廣。鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁自重較輕，剛度大，能夠充分發(fā)揮出混凝土和鋼材的優(yōu)點，在結(jié)構(gòu)受力上更為合理，其幾何結(jié)構(gòu)也朝著大跨徑、大寬度方向發(fā)展。尤其在曲線梁橋上的應(yīng)用，鋼混組合梁橋相比現(xiàn)澆箱梁更節(jié)約工期，而與鋼箱梁橋相比造價更具優(yōu)勢。在進行橋梁上跨橋型選擇時，具有較大優(yōu)勢。但對于小曲線半徑下的組合梁橋，其受力較直線橋不同，因此有必要對其受力進行分析[1]。

該文以江西某高速立交樞紐的匝道橋為例，為跨越地方道路和主線，該橋型為（40+60+40）m的鋼混連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，并在墩頂連續(xù)處設(shè)置“負彎矩鋼束+剪力釘”形式以增加其連續(xù)處的聯(lián)系，提高行車的舒適性和結(jié)構(gòu)的整體性。同時，采用有限元軟件分別對其鋼主梁和橋面的受力情況進行分析，以明確其在曲線受力上的特點和性能。

1 工程概況

弋陽至南豐高速公路新建工程（以下簡稱“弋南高速”），路線起點在弋陽縣清湖鄉(xiāng)接滬昆高速（G60）梨園至溫家圳段，終點在南豐縣桑田鎮(zhèn)接濟廣高速（G35）鷹潭至瑞金段。弋陽西樞紐為該項目起點，位于上饒市弋陽縣清湖鄉(xiāng)清湖村，接滬昆高速，與滬昆高速上新增設(shè)的弋陽西互通組成十字交叉，根據(jù)交通量設(shè)置變形苜蓿葉形，并預(yù)留往北延伸通道。

與該處銜接的梨溫高速正在進行“四改八”施工，在原互通位置梨溫高速改建新增設(shè)了一處落地互通，經(jīng)溝通協(xié)調(diào)，建議將A匝道調(diào)整為下穿該項目主線，上跨滬昆高速。主橋跨徑布置為（40+60+40）m，道路設(shè)計中心線處梁高為2.5 m，橋面寬度為12 m。主梁采用“槽形鋼+混凝土橋面板”的鋼混組合連續(xù)梁。

2 設(shè)計和施工要點

2.1 設(shè)計要點

（1）總體設(shè)計

主橋跨徑布置為（40+60+40）m，道路設(shè)計中心線處梁高為2.5 m，橋面寬度為12 m。主梁采用“槽形鋼+混凝土橋面板”的鋼混組合連續(xù)梁。橫向采用2道直腹式槽型梁。單個槽型梁的腹板間距為3.4 m，平均梁高2.18 m，鋼主梁頂、底板外側(cè)對齊，腹板中心對齊，頂板寬度為500～750 mm，板厚20～36 mm；腹板板厚12～20 mm；底板寬度為3 700 mm，底板板厚12～24 mm。橋面板厚240 mm，加腋處厚320 mm。

（2）橋面板設(shè)計

現(xiàn)澆橋面板跨中厚度取240 mm，鋼梁加腋處為320 mm，懸臂板板厚為220～320 mm。鋼結(jié)構(gòu)通過焊釘與混凝土橋面板連接。橋面板縱向鋼筋跨中正彎矩區(qū)上下層均為D20@100 mm，支點負彎矩區(qū)上下層為D25@100 mm，橫向鋼筋上下層D16@100 mm。

為減少負彎矩區(qū)的橋面板裂縫，在支點負彎矩區(qū)的橋面板中設(shè)置縱向預(yù)應(yīng)力。負彎矩區(qū)采用群釘，其他區(qū)段剪力釘均勻布置，待預(yù)應(yīng)力張拉結(jié)束后，澆筑剪力槽[2]。

橋面板靠翼緣板兩端各預(yù)留10 cm左右與防撞欄一起澆筑。

（3）其他設(shè)計

鋼梁底板、腹板栓接均采用M24高強螺栓，螺栓孔徑為27 mm，性能等級為10.9S，螺栓的設(shè)計預(yù)緊力為225 kN，安裝預(yù)緊力為1.1×225 kN；底板加勁肋栓接采用M22高強螺栓，螺栓孔徑為24 mm，性能等級為10.9S，螺栓的設(shè)計預(yù)緊力為190 kN，安裝預(yù)緊力為1.1×190 kN。高強螺栓連接面的抗滑移系數(shù)在出廠時不低于0.55，工地安裝前的復(fù)驗值不低于0.45?；炷翗蛎姘迮c鋼梁采用Φ20圓柱頭焊釘連接，焊釘采用ML15或ML15AL材質(zhì)。所有濕接縫及現(xiàn)澆剪力槽均采用C55補償收縮混凝土[3]。該橋梁標準橫斷面圖如圖1所示：

圖1 橋梁標準橫斷面圖（單位：mm）

2.2 施工要點

（1）頂推施工方案

鋼主梁采用節(jié)段吊裝、少支墩支架頂推安裝法。橋面板現(xiàn)澆分段澆筑施工時，前一階段混凝土澆筑完畢、養(yǎng)生至設(shè)計規(guī)定強度，且齡期不小于7 d時，方可進行下道工序施工，其主要施工步驟如下：

步驟1：基礎(chǔ)及墩柱施工。搭設(shè)臨時支架，在臨時墩上安裝頂推裝置。將主梁E+F+E梁段按設(shè)計線形拼裝成13.75×3=41.25 m單槽節(jié)段，分別吊裝至1#、2#、3#、4#臨時墩上，再安裝中間橫梁，使2個單槽節(jié)段連接成整體主梁節(jié)段。

步驟2：制作長度約25 m的導(dǎo)梁，吊裝、拼裝導(dǎo)梁。

步驟3：頂推主梁節(jié)段脫離1#臨時墩，到達2#臨時墩；吊裝D節(jié)段鋼梁并與前一段鋼梁連接。

步驟4：循環(huán)頂推主梁直至導(dǎo)梁到達6#臨時墩上。

步驟5：循環(huán)頂推主梁，直至主梁到達設(shè)計位置。拆除導(dǎo)梁，主梁精調(diào)定位。

步驟6：吊裝主梁其他節(jié)段就位，并與之前梁段連接成整體。安裝主梁其他節(jié)段的橫向聯(lián)系構(gòu)件。

步驟7：拆除1#、2#、4#臨時墩；安裝混凝土橋面板模板和焊釘群釘孔模板；綁扎橋面板鋼筋，澆筑邊跨和中跨正彎矩區(qū)的橋面板混凝土，養(yǎng)生至設(shè)計強度的80%，且齡期不小于7 d。

步驟8：拆除剩余臨時墩；橋面板預(yù)應(yīng)力束穿束；澆筑中間墩頂負彎矩區(qū)的橋面板混凝土，養(yǎng)生至設(shè)計強度，且齡期不小于7 d。拆除焊釘群釘孔模板，張拉橋面板預(yù)應(yīng)力束；澆筑焊釘群釘孔C55補償收縮混凝土；澆筑橋面板濕接縫C55補償收縮混凝土[4]。

步驟9：進行橋面系和其他附屬結(jié)構(gòu)施工，成橋。

（2）吊裝施工方案

步驟1：基礎(chǔ)及墩柱施工。搭設(shè)臨時支墩，制作鋼梁。

步驟2：運輸鋼梁到施工現(xiàn)場，拼裝E+F+E三節(jié)梁段，并整體吊裝至跨中臨時墩上。

步驟3：安裝C、D節(jié)段鋼梁，并與前一段鋼梁連接。

步驟4：安裝最后一段A、B節(jié)段鋼梁，并與前一段鋼梁連接，完成鋼梁架設(shè)。

步驟5：安裝混凝土橋面板模板。綁扎橋面板鋼筋，澆筑混凝土橋面板，養(yǎng)生至設(shè)計強度80%，且齡期不小于7 d。

步驟6：拆除臨時墩。橋面板預(yù)應(yīng)力束穿束，澆筑中間墩頂負彎矩區(qū)的橋面板混凝土，養(yǎng)生至設(shè)計強度，且齡期不小于7 d；拆除焊釘群釘孔模板，張拉橋面板預(yù)應(yīng)力束；澆筑焊釘群釘孔C55補償收縮混凝土，澆筑橋面板濕接縫混凝土。

步驟7：進行橋面系與附屬結(jié)構(gòu)施工，成橋。

3 有限元分析

3.1 有限元建模

采用有限元軟件進行分析。該橋為跨徑（40+60+40）m、橋?qū)?2 m的槽形鋼-混凝土橋面板組合連續(xù)梁，橋面板按照鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計（預(yù)應(yīng)力部位縱向按B類預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)控制設(shè)計）。荷載按照實際橋梁所受荷載進行施加，主梁材料采用Q370qD鋼材[5]。該橋有限元模型如圖2所示：

圖2 有限元模型圖

3.2 主梁抗彎承載力驗算

（1）橋面板應(yīng)力抗彎承載力驗算

組合梁抗彎承載力應(yīng)采用線彈性方法計算。模型運算后，截取的橋面板應(yīng)力如圖3所示：

圖3 橋面板最大正應(yīng)力圖

從圖3可以看出，橋面板最大正應(yīng)力為11.309 MPa，小于其規(guī)范的容許值22.4 MPa，且具有較大的安全裕度，能夠滿足橋梁的運營需求。

（2）鋼主梁抗彎承載力驗算

同時，對鋼主梁的抗彎承載能力進行驗算，并分別截取其上、下緣的彎曲應(yīng)力，如圖4和圖5所示：

圖4鋼梁上緣正應(yīng)力圖

圖5 鋼梁下緣正應(yīng)力圖

從圖4和圖5可以看出，在承載能力極限狀態(tài)下，鋼主梁上緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在中跨的跨中位置，為175.9 MPa，小于鋼主梁Q370qD材料的容許值295 MPa；最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在中墩負彎矩處，為242.3 MPa，小于鋼主梁Q370qD材料的容許值295 MPa，其上緣應(yīng)力驗算滿足規(guī)范需求。同理，鋼主梁下緣最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在跨中，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在中墩負彎矩處，分別為219 MPa和184.8 MPa，均小于材料的容許值295 MPa，滿足規(guī)范要求。

3.3 疲勞驗算

根據(jù)規(guī)范要求，必須對組合梁進行疲勞驗算，將該橋鋼主梁正應(yīng)力和剪應(yīng)力的疲勞驗算結(jié)果提取出來，分別如圖6、圖7所示：

從圖6和圖7可以看出，該橋最大正應(yīng)力幅出現(xiàn)在第三跨的跨中位置，為28.86 MPa，剪應(yīng)力最大疲勞應(yīng)力幅出現(xiàn)在中墩附近負彎矩張拉的端部位置，為9.181 MPa，均滿足規(guī)范要求，符合運營條件。

4 結(jié)論

該文以某小曲線半徑鋼混組合梁為例，對其在設(shè)計過程中的相關(guān)參數(shù)進行了分析，隨后對其現(xiàn)場施工技術(shù)要點進行了闡述，并采用有限元分析軟件對其在成橋階段運營后的受力性能進行了分析。結(jié)果表明，該橋橋面板的最大正應(yīng)力為11.309 MPa，小于其規(guī)范的容許值22.40 MPa；鋼主梁上緣最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在中跨跨中位置，為175.9 MPa，最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在中墩負彎矩處，為242. 3MPa；鋼主梁下緣最大拉應(yīng)力出現(xiàn)在跨中，最大壓應(yīng)力出現(xiàn)在中墩負彎矩處，分別為219 MPa和184.8 MPa，均小于材料的容許值295 MPa，滿足規(guī)范要求。該文通過小半徑鋼混組合梁的設(shè)計施工要點分析和受力性能分析，以期為其他類似工程提供參考。

參考文獻

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