鋼-混凝土組合梁在橋梁工程中的應(yīng)用

平頂山市公路管理局 第二工程處 朱黎明

鋼-混凝土組合梁在橋梁工程中的應(yīng)用

平頂山市公路管理局 第二工程處 朱黎明

鋼-混凝土組合梁作為一種新型結(jié)構(gòu)，與木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)并稱與世，在大跨度橋梁建設(shè)中具有不可替代的作用。該結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的性能，與鋼結(jié)構(gòu)相比，它可以節(jié)約鋼材、提高承載力；與混凝土結(jié)構(gòu)相比，它可以降低建筑高度、增大設(shè)計跨徑，并且抗剪性能較好。因此，被廣泛應(yīng)用于大、中跨徑的橋梁建設(shè)中。本文，筆者以平頂山市長安大道西延工程上跨鄭堯高速立交橋為例，對鋼-混凝土組合梁在橋梁工程中的應(yīng)用進行了闡述，以期能夠?qū)ν杏兴鶇⒖肌?/p>

一、工程概況

平頂山市長安大道西延工程由平頂山市新城區(qū)通往火車西站，是該市市政府2008年確定的重點公路工程建設(shè)項目。其路基寬40 m，路面寬30 m（雙向8車道），橋梁荷載要求符合公路I級標(biāo)準(zhǔn)。項目在K4+989處上跨的鄭堯高速公路（時系河南省唯一的一條旅游、景觀高速公路）路面上空有高壓線橫穿而過，高壓線與高速路面的垂直距離為24.5 m。由于工期緊迫，項目建設(shè)單位——平頂山市公路管理局邀請清華大學(xué)的土木專家來現(xiàn)場察看，并分別提出了1 m×60 m預(yù)應(yīng)力混凝土簡支箱梁橋和1 m×60 m等截面鋼-混凝土組合簡支梁橋的設(shè)計方案。經(jīng)分析第一方案箱梁高度較大，不能滿足現(xiàn)有條件，故采用1 m×60 m等截面鋼-混凝土組合簡支梁橋。該方案上報后，很快通過了河南中原高速公路股份有限公司組織的設(shè)計評審。

二、主要技術(shù)指標(biāo)

橋梁全長69.2 m，橋面寬40 m（39 m行車道+2×0.5 m防撞護欄），主橋橋型為1 m×60 m等截面鋼-混凝土組合簡支梁，下部為柱式臺、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。橋梁高2.15 m，高跨比為2.15/60= 1/28，橫向為8個單室鋼-混凝土組合箱梁結(jié)構(gòu)。鋼箱梁采用開口截面形式，箱梁間距2.5 m，兩側(cè)懸挑1.25 m。鋼箱梁梁高1.85 m，開口截面箱形梁每個腹板對應(yīng)的上翼緣寬50 cm，厚2.0 cm；箱梁底板厚3.5 cm，兩側(cè)腹板不等高，以滿足橋梁橫坡的要求，鋼主梁之間設(shè)置橫向聯(lián)系梁，聯(lián)系梁高1.2 m，全橋共設(shè)置49道橫向聯(lián)系梁，間距10 m。鋼箱梁內(nèi)沿橋縱向每5 m設(shè)置一道橫隔板。

鋼箱梁與橋面混凝土板通過剪力相連接，剪力連接件采用Φ22 mm圓柱頭栓釘，栓釘熔后長17 cm，連接件均在工廠焊接完成。鋼箱梁每道上翼緣共布置4列栓釘，橫向間距10 cm，沿梁軸線方向間距15 cm。僅在梁端橫隔板上沿橫隔板軸線方向平行布置2列栓釘，同樣采用的長17 cm的Φ22 mm圓柱頭栓釘。

橋面混凝土板采用鋼筋混凝土疊合板結(jié)構(gòu)，沿橫向負彎矩處厚30 cm，正彎矩處厚25 cm。正彎矩處由8 cm厚預(yù)制混凝土板和17 cm厚現(xiàn)澆混凝土疊合層構(gòu)成。預(yù)制板長2.1 m，寬0.5 m，由預(yù)制廠加工完成后運至現(xiàn)場安裝，并作為后澆層混凝土的模板。

全橋鋼箱梁材質(zhì)均采用Q345C級，并對厚度≥3.5 cm的鋼板做Z向的超聲波探傷。全橋鋼結(jié)構(gòu)部分均在工廠焊接完成后，運輸?shù)綐蛭?，現(xiàn)場采用高強螺栓連接。

三、安裝方案

在鋼箱梁的安裝過程中，首先要成立安裝施工領(lǐng)導(dǎo)小組，現(xiàn)場設(shè)置安全生產(chǎn)（含保通）、質(zhì)量控制、支架拼裝、鋼箱梁吊裝連接、物資設(shè)備、后勤保障等分組，對鋼箱梁的安裝施工進行全方位的管理。由于橋位上部有高壓線通過，為安全起見，鋼箱梁安裝采用先在現(xiàn)場整體組拼，再滑移到預(yù)定橋位的安裝方案。具體過程如下。

1.支架搭設(shè)。支架搭設(shè)采用鋼管、型鋼組拼成支架，下部與放在路面上的混凝土塊牢固連接（該混凝土塊亦可作為防撞設(shè)施），橫向通過連接系連接好。臨時鋼管樁共設(shè)32根立柱（每軸梁4根，2根1組），立柱采用Φ1 000 mm×10 mm的螺旋鋼管，鋼管材質(zhì)為A3鋼。為確保鋼管支架的穩(wěn)定，鋼管之間采用16a槽鋼制作成桁架進行連接。鋼管樁頂面橫向放置分配梁，分配梁頂標(biāo)高與鋼箱梁底標(biāo)高相差35 cm，在組合成的鋼管柱上搭設(shè)簡易操作平臺，以方便鋼箱梁拼裝、連接，進而滿鋪腳手板，形成封閉空間，防止上部物體下落，保證下部鄭堯高速的暢通。

2.鋼箱梁運輸及吊裝。鋼箱梁在工廠制造、預(yù)拼合格后，分節(jié)段運至現(xiàn)場，現(xiàn)場驗收合格后，用吊車將梁節(jié)段吊裝至橋位，通過千斤頂調(diào)整節(jié)點標(biāo)高到設(shè)計位置，然后與相鄰的鋼箱梁節(jié)段用高強螺栓連接。

全橋共有8軸鋼箱梁，1-4軸均分為A1（長21.445 m）、B1（長21.490 m）、C1（長16.945 m）3個節(jié)段，5-8軸為制作段，均分為A2（長21.445 m）、B2（長21.490 m）、C2（長16.945 m）3個節(jié)段，按順序依次吊裝對接即可，但是，安裝過程中要注意保證鋼箱梁整體線形。本文，筆者以5軸鋼箱梁為例，對其拼裝過程進行說明。5軸鋼箱梁安裝過程如圖1所示。

圖 1 5軸鋼箱梁安裝過程

（1）吊裝A2-5節(jié)段。一端與安放在滑道上的滑移裝置固定，另一端放置在管柱支撐上。

（2）吊裝B2-5節(jié)段。一端與A2-5對接，安裝連接板，擰緊高強螺栓；另一端放置在管柱支撐上。

（3）吊裝C2-5節(jié)段。一端與B2-5對接，安裝連接板，擰緊高強螺栓；另一端與安放在滑道上的滑移裝置固定一起。

全橋8軸鋼箱梁中，1-7軸各段鋼箱梁在第8軸位置進行整體拼裝后，沿軌道滑移到預(yù)定橋位；第8軸鋼箱梁直接在預(yù)定橋位整體組拼就位，鋼箱梁安裝平面如圖2所示。

圖 2 鋼箱梁安裝平面

3.滑移就位。鋼箱梁拼裝完成后，應(yīng)將處于該軸鋼箱梁中間位置的管柱頂部支撐去掉，利用橋臺提前設(shè)置的臨時軌道滑移到預(yù)定橋位（在0＃和1＃橋臺蓋梁上順蓋梁方向各布置一列滑移軌道，兩軌道需保持水平平行）。由于設(shè)計縱坡原因1＃橋臺高程大于0＃橋臺高程，故1＃橋臺處滑道比0＃橋臺的高，鋼箱梁會向0＃橋臺偏移，在滑移過程中要及時采取糾偏措施（如在鋼箱梁底部設(shè)置限位板等）。整段鋼箱梁滑移到位后，由放置在每個蓋梁上的2個符合要求的液壓千斤頂將鋼箱梁頂起，待拆掉下部滑移裝置后，把鋼箱梁整體落頂就位。

4.橫梁的安裝。在安裝完一榀鋼箱梁后，為了不影響后續(xù)工作，應(yīng)及時安裝好橫向聯(lián)系梁。

5.橋面板施工。橋面板采用先鋪預(yù)制板，后現(xiàn)澆混凝土的施工方法，梁端4 m范圍內(nèi)整體現(xiàn)澆，預(yù)制板表面要保證一定粗糙度，有利于與后澆層混凝土良好結(jié)合。

6.支架拆除。當(dāng)具備拆除條件后，卸掉鋼管柱荷載，隨后逐步拆除鋼管支撐及其橫向連接，移除放在路面上的混凝土塊。

四、荷載試驗

待橋面板澆筑完畢超過28 d并鋪筑瀝青面層之后，在橋面上進行荷載試驗。

1.通過靜力荷載試驗可知，橋梁的實測剛度大于計算剛度，橋梁的實測撓度滿足規(guī)范要求，且橋梁卸載后的殘余變形較小。

2.通過動力荷載試驗可知，橋梁發(fā)生第一階自由振動時，跨中中線處和邊緣處均會發(fā)生明顯振動，第一階自振頻率實測比計算結(jié)果略大；而發(fā)生第二階自由振動時，跨中中線處基本無振動，而邊緣處振動明顯，第二階自振頻率實測和計算結(jié)果接近。通過檢測結(jié)構(gòu)在車輛通過過程中的豎向加速度反應(yīng)可知，車輛經(jīng)過時，橋面基本能夠滿足舒適度要求。

荷載試驗進一步驗證了該橋設(shè)計的低高度、大跨度（高跨比1/28）鋼-混凝土組合簡支梁，通過采用臨時支架架設(shè)和滑移的施工方法，不僅符合規(guī)范要求，而且達到了預(yù)期目標(biāo)，可以投入使用。亦為其他同類橋梁設(shè)計施工提供了參考。

五、結(jié)論

綜上，隨著新材料的不斷涌現(xiàn)，新的組合結(jié)構(gòu)還會出現(xiàn)。但是，從經(jīng)濟與實用的角度來看，鋼-混凝土的組合梁具有一定的優(yōu)勢，且在低高度、大跨度方面效果更佳。