鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋負(fù)彎矩區(qū)施工控制研究

劉書偉

（深圳市綜合交通設(shè)計(jì)研究院，廣東深圳518003）

0 引言

鋼-混凝土組合梁橋是指將鋼梁與混凝土橋面板通過抗剪連接件連接成整體并考慮共同受力的橋梁結(jié)構(gòu)形式，在工程實(shí)踐中得到越來越廣泛的應(yīng)用。組合連續(xù)梁中間支座附近為負(fù)彎矩區(qū)，由于上部的混凝土橋面板受拉而下部的鋼梁受壓，受力較為不利。

采用合理的施工方法是控制橋面板拉應(yīng)力的重要途徑，一般可分為施加預(yù)應(yīng)力和不施加預(yù)應(yīng)力兩類方法。不施加預(yù)應(yīng)力的方法主要有：混凝土板與鋼梁，以及混凝土板與板之間設(shè)置接縫；受拉區(qū)采用鋼正交異性板代替混凝土板、高配筋現(xiàn)澆混凝土法等。目前采用高配筋現(xiàn)澆混凝土法應(yīng)用最為普遍，該法不對負(fù)彎矩區(qū)混凝土施加預(yù)應(yīng)力，而采用配筋率高達(dá)3%～5%高配筋混凝土工地現(xiàn)澆，施工非常方便。

本文主要結(jié)合深圳市機(jī)場南路新建工程寶安立交主橋第6聯(lián)（50+82+50）m鋼-混凝土組合梁橋設(shè)計(jì)，從不同的施加預(yù)應(yīng)力控制措施對減少負(fù)彎矩區(qū)混凝土拉應(yīng)力進(jìn)行分析研究。

1 施加預(yù)應(yīng)力方法

對鋼-混凝土組合梁橋施加預(yù)應(yīng)力主要有兩個(gè)目的，即預(yù)壓鋼梁提高鋼結(jié)構(gòu)的彈性范圍或承載力和預(yù)壓混凝土提高橋面板的抗裂性。施加預(yù)應(yīng)力是指通過各種手段使組合梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土板中產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，以抵消或部分抵消二期恒載和活載引起的拉應(yīng)力。

1.1 張拉預(yù)應(yīng)力鋼束

對于連續(xù)組合梁橋，可采用全橋布置曲線或折線預(yù)應(yīng)力束或僅對負(fù)彎矩區(qū)的混凝土橋面板施加預(yù)應(yīng)力，具體可采用體外預(yù)應(yīng)力和體內(nèi)預(yù)應(yīng)力兩種形式。

根據(jù)預(yù)應(yīng)力作用結(jié)構(gòu)不同，可分為僅對鋼梁施加預(yù)應(yīng)力、僅對橋面板施加預(yù)應(yīng)力和對組合結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力三種類型。張拉預(yù)應(yīng)力鋼束可增加梁的剛度，有效地降低負(fù)彎矩區(qū)拉應(yīng)力；但同時(shí)會(huì)增加施工工期，且存在控制預(yù)應(yīng)力鋼束偏心量的問題等。

1.2 靜載預(yù)壓

首先架設(shè)鋼梁并澆筑受壓區(qū)的混凝土，待其硬化后在受壓區(qū)預(yù)加靜荷載。在該荷載狀態(tài)下，澆筑受拉區(qū)的混凝土，待受拉區(qū)混凝土硬化后去除前預(yù)加荷載。由于澆筑受拉區(qū)混凝土前后梁體截面剛度發(fā)生了重分布，在大多數(shù)截面內(nèi)的應(yīng)力并不為零，而在受拉區(qū)混凝土內(nèi)的壓力就是所期望的預(yù)應(yīng)力。施工順序見圖1（a）所示，靜載引起的彎矩見圖 1（b）所示。

由于必須將壓重加于結(jié)構(gòu)上，且需采取有效措施控制橋面板壓重值，故采用預(yù)加靜荷法施加預(yù)應(yīng)力施工時(shí)較為不便，工作量大。

1.3 支點(diǎn)強(qiáng)迫位移（見圖2）

在澆筑橋面板混凝土之前或之后，通過調(diào)整連續(xù)組合梁橋各支點(diǎn)的相對高度，可改變結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布，在負(fù)彎矩區(qū)內(nèi)形成預(yù)壓力。支點(diǎn)的豎向位移值對結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布有很大影響，其調(diào)整的高度通常與梁跨度成正比，對于跨度較大的組合梁，頂升或降低支點(diǎn)的工程量可能太大而無法實(shí)施。此外，支點(diǎn)強(qiáng)迫位移法在混凝土橋面板內(nèi)產(chǎn)生的預(yù)壓力會(huì)隨混凝土的收縮徐變的發(fā)展而有一定損失，同時(shí)采用此法會(huì)對正負(fù)彎矩區(qū)混凝土橋面板交界面處鋼梁頂板焊釘中產(chǎn)生很大的順橋向剪力，設(shè)計(jì)中應(yīng)特別注意。

對于具有3個(gè)或3個(gè)以上中間支點(diǎn)的橋梁，可以同時(shí)頂升所有的中間支點(diǎn)，使鋼梁上翼緣產(chǎn)生拉應(yīng)力，然后澆筑混凝土橋面板，當(dāng)混凝土硬化后，將中間支點(diǎn)復(fù)位，從而使混凝土中形成壓應(yīng)力。

圖1 靜載預(yù)壓施工順序及彎矩圖

圖2 支點(diǎn)強(qiáng)迫位移彎矩圖

2 工程實(shí)例分析

2.1 工程簡介

深圳市機(jī)場南路新建工程寶安立交主橋第6聯(lián)為跨徑（50+82+50）m的變截面鋼-混凝土組合連續(xù)梁橋，分左右幅，每幅采用雙箱單室，單個(gè)箱梁底寬3.10 m，箱間距2.275 m。每幅橋梁寬度13.25 m，箱梁在跨中高為2.2 m，墩頂高為4.2 m，梁高按二次拋物線變化，鋼梁頂板厚25 mm，腹板厚20～30 mm，底板厚25～40 mm。全橋設(shè)置三種類型的鋼束：橋面板負(fù)彎矩區(qū)短鋼束、橋面板通長鋼束和鋼箱梁內(nèi)體外鋼束。橋面板體內(nèi)預(yù)應(yīng)力鋼束采用12-φs15.2 mm高強(qiáng)度低松弛鋼絞線，設(shè)齒板在箱室內(nèi)張拉。體外預(yù)應(yīng)力采用22-φs15.2 mm環(huán)氧噴涂無粘結(jié)鋼絞線。

由于施工場地條件的限制，全橋共設(shè)置6個(gè)臨時(shí)支撐（見圖 3），鋼箱梁劃分為 A（20 m）、B（20 m）、C（36 m）、D（30 m）、E（36 m）、F（20 m）、G（20 m）等7個(gè)制作段。其中臨時(shí)支撐1～2、5～6均設(shè)置在分段處，中跨臨時(shí)支撐3和4需偏離地鐵9m，此時(shí)兩支撐間距48 m，且施工過程中臨時(shí)支撐3、4的最大支反力不能超過3 406 kN。

2.2 建模分析

本文對控制負(fù)彎矩區(qū)混凝土拉應(yīng)力的不同方案進(jìn)行研究。其中，方式一：橋面板整體澆筑，張拉負(fù)彎矩區(qū)短鋼束和通長鋼束；方式二：橋面板先支點(diǎn)后跨中分段澆筑，張拉負(fù)彎矩區(qū)短鋼束和通長鋼束；方式三：橋面板先跨中后支點(diǎn)分段澆筑,采取靜載預(yù)壓,考慮到荷載施加的可行性，邊跨預(yù)加靜荷載100 kN/m，中跨預(yù)加靜荷載150 kN/m（單幅），張拉通長鋼束；方式四：中支點(diǎn)頂升0.72 m，不施加預(yù)應(yīng)力。

全橋采用MIDAS/civil 2011三維梁單元進(jìn)行建模分析（見圖4），采用施工階段聯(lián)合截面進(jìn)行鋼箱梁與混凝土橋面板參與受力階段模擬，全橋共劃分184個(gè)單元，根據(jù)施工控制方案的不同劃分相應(yīng)的施工階段。

2.3 結(jié)果對比

根據(jù)橋梁施工控制條件，從負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力、臨時(shí)支撐支反力和施工難度等三個(gè)方面進(jìn)行比較分析。其中成橋階段、收縮徐變完成和短、長期使用階段負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，以及臨時(shí)支撐3最大支反力見表1所列。

根據(jù)負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力結(jié)果可知采用方式一和方式四均不能滿足規(guī)范要求，采用方式三除了需采用靜載預(yù)壓外，還需張拉預(yù)應(yīng)力，其施工較方式二更為不便。另外從臨時(shí)支撐最大容許支反力來看，方式一和方式三也不滿足要求。

綜合考慮，采用方式二，既可以減少施工難度，又能滿足各方面控制條件的要求。

3 結(jié)論

鋼-混凝土連續(xù)組合梁橋負(fù)彎矩區(qū)為結(jié)構(gòu)受力不利部位，可采用施加預(yù)應(yīng)力和不施加預(yù)應(yīng)力兩類方法進(jìn)行負(fù)彎矩區(qū)拉應(yīng)力控制。設(shè)計(jì)中，應(yīng)結(jié)合具體情況，以及施工工期、施工難易程度等綜合

圖3 鋼-混凝土組合梁臨時(shí)支撐設(shè)置圖

圖4 有限元計(jì)算模型

表1 主要階段不同方案下負(fù)彎矩區(qū)正應(yīng)力和臨時(shí)支撐3最大支反力一覽表

考慮，選用合適的施工控制方案。

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