中支點頂升法控制鋼混組合梁橋面板裂縫

梁心普

摘? 要：南京市浦口區(qū)大橋北路快速化改造工程緊鄰地鐵S8號線，匝道橋與既有江北大道預(yù)留QC匝道跳水臺連接。其中匝道第二聯(lián)上跨既有地鐵S8號線泰山新村地鐵站1號口，為減小預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁澆筑施工時支架荷載對地下既有構(gòu)筑物的影響，采用（35.69+37+36）m鋼混組合連續(xù)箱梁。鋼混組合梁施工重點是要控制混凝土橋面板墩頂負(fù)彎矩區(qū)開裂，文章主要簡要分析墩頂橋面板開裂影響因素和目前常用控制措施和施工方法，結(jié)合大橋北路鋼混組合梁采用頂升、后澆負(fù)彎矩區(qū)控制開裂的方法進行闡述，為后續(xù)設(shè)計和施工鋼混組合梁橋面板提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：鋼混組合梁;負(fù)彎矩區(qū);控制裂縫;頂升法

中圖分類號：U448.216? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號：2095-2945（2019）09-0115-03

Abstract： The expressway reconstruction project of Bridge North Road in Pukou District of Nanjing City is close to Metro Line S8， and the ramp bridge is connected with the existing Jiangbei Avenue reserved QC ramp diving platform. In order to reduce the influence of support load on prestressed concrete box girder during pouring construction， （35.69 + 37 + 36） m steel-concrete composite continuous box girder is used to reduce the influence of support load on the existing underground structure during the pouring construction of prestressed concrete box girder in order to reduce the influence of the second ramp on the existing subway S8 line Taishan Xincun subway station. The key point in the construction of steel-concrete composite beam is to control the cracking in the negative moment zone of the pier top of the concrete bridge deck. this paper mainly briefly analyzes the influencing factors of the cracking of the pier top bridge deck and the common control measures and construction methods at present. Combined with the steel-concrete composite beam of the north road of the bridge， the method of controlling cracking in the lifting and post-pouring negative moment zone is expounded， which provides the basis for the subsequent design and construction of the steel-concrete composite beam deck.

Keywords： steel-concrete composite beam; negative moment zone; crack control; jacking method

1 概述

鋼混組合梁橋由鋼和混凝土兩種材料組成，兩者共同承擔(dān)荷載的作用，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)點，組合后使結(jié)構(gòu)的整體工作性能明顯優(yōu)于二者性能的簡單疊加，能夠充分發(fā)揮鋼材與混凝土的性能，用于橋梁結(jié)構(gòu)具有明顯的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。相對于簡支組合梁橋，連續(xù)組合梁橋提高了行車的舒適性，具有更優(yōu)越的綜合性能。但是，連續(xù)組合梁負(fù)彎矩區(qū)混凝土的開裂會降低結(jié)構(gòu)剛度和耐久性，是影響連續(xù)組合梁橋應(yīng)用的關(guān)鍵問題。

2 鋼混組合梁橋面混凝土開裂的影響因素

鋼混組合梁橋面混凝土發(fā)生開裂的根本原因之一是由于在各種因素作用下，混凝土體積發(fā)生改變時，其內(nèi)部或外部約束為阻止這種體積變化，從而引起開裂?；炷馏w積的變化程度取決于混凝土的材料組成、性質(zhì)以及環(huán)境的溫濕度等外界條件;而外部約束則取決于結(jié)構(gòu)的邊界條件，在鋼混組合梁中還與鋼梁同混凝土板之間組合程度的大小以及相對剛度比值有關(guān)。

影響混凝土開裂的主要因素可分為材料因素、施工及外部條件因素和結(jié)構(gòu)設(shè)計因素。從材料和外部條件因素考慮，一般采用低收縮骨料、增大骨料體積比、減小含水率、降低水灰比、添加摻合料等方法，均可減少裂縫的發(fā)生;在混凝土施工時，控制最高和最低溫度，減小溫差，加強混凝土養(yǎng)護，采用合理的澆筑順序，也可減小混凝土早期裂縫的產(chǎn)生。從結(jié)構(gòu)因素上來講，對于鋼混組合梁，由于抗剪連接件以及粘結(jié)作用，混凝土橋面板受到鋼梁軸向和彎曲剛度的約束，其開裂機理與鋼筋混凝土構(gòu)件有所不同。組合梁中的混凝土板比普通混凝土梁中的橋面板更易發(fā)生開裂，主要原因是由于鋼梁和混凝土板在環(huán)境變化時的溫度梯度不同，在鋼梁結(jié)構(gòu)高度較大的組合梁中，會對混凝土板產(chǎn)生更大的約束，易造成開裂。影響組合梁中混凝土板開裂的主要結(jié)構(gòu)因素包括鋼筋的配筋率和布置、鋼筋的保護層厚度、鋼梁與混凝土板的剛度比、混凝土板的厚度以及剪力連接件的數(shù)量和布置方式等。

3 控制墩頂負(fù)彎矩區(qū)裂縫的方法

鋼混組合連續(xù)梁在恒載和汽車活載情況下，負(fù)彎矩區(qū)混凝土板工作性能接近于混凝土軸心受拉構(gòu)件，《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）中由公式σss=■和公式σss=■yps±■計算得到組合梁混凝土板縱向鋼筋平均應(yīng)力，代替混凝土軸心受拉構(gòu)件鋼筋應(yīng)力值，按鋼筋混凝土軸心受拉構(gòu)件計算負(fù)彎矩區(qū)組合梁混凝土板最大裂縫寬度wtk，并應(yīng)符合《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）的相關(guān)規(guī)定要求。

為抵抗負(fù)彎矩區(qū)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，通常采用施加預(yù)應(yīng)力和調(diào)整混凝土澆筑順序的措施。常用的預(yù)應(yīng)力施加方法有張拉預(yù)應(yīng)力束法、預(yù)加荷載法、支點頂升法以及上述方法的綜合使用。

3.1 預(yù)加荷載法和支點頂升法

上述兩種方法主要依靠鋼梁的強迫彈性變形對混凝土板施加預(yù)應(yīng)力效果（如圖1、2所示）。

（1）預(yù)加荷載法

預(yù)加荷載法一般是在鋼梁施工完成后，現(xiàn)澆主梁正彎矩處橋面板混凝土，待混凝土達到設(shè)計強度后預(yù)加荷載，使中支點負(fù)彎矩區(qū)鋼梁承受一部分預(yù)應(yīng)力，然后在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下澆筑負(fù)彎矩區(qū)混凝土，達到設(shè)計強度后進行卸載，使負(fù)彎矩區(qū)后澆混凝土受壓，施加一定的預(yù)應(yīng)力，減少或消除使用階段的拉應(yīng)力。

（2）支點頂升法

支點頂升法同預(yù)加荷載法先澆筑主梁正彎矩處混凝土，待混凝土達到設(shè)計強度后在中墩處將鋼箱梁頂升一定高度澆筑負(fù)彎矩處頂板混凝土，達到設(shè)計強度和齡期后分4-5級均勻同步卸落，給負(fù)彎矩區(qū)混凝土施加一定的預(yù)應(yīng)力。

3.2 張拉預(yù)應(yīng)力束法

張拉預(yù)應(yīng)力束法可分全橋布置預(yù)應(yīng)力束和僅對負(fù)彎矩區(qū)橋面板布置預(yù)應(yīng)力束（如圖3所示），通過張拉鋼束對組合梁提供軸向預(yù)應(yīng)力。

3.3 優(yōu)化橋面板澆筑順序

橋面板混凝土澆筑通常按照先澆筑正彎矩區(qū)的混凝土，通過施工荷載給負(fù)彎矩區(qū)鋼梁提供一定正彎矩，最后澆筑負(fù)彎矩區(qū)混凝土，降低負(fù)彎矩區(qū)混凝土板的拉應(yīng)力。

4 工程概況

南京市大橋北路快速化改造工程總體為大橋北路主線沿現(xiàn)狀橋北互通向北延伸，橋北互通維持現(xiàn)狀結(jié)構(gòu)形式，然后以地道形式下穿毛紡廠路，在柳州路以南150m處采用分幅高架形式上跨柳州路和梅桂營鐵路，最后在泰山轉(zhuǎn)盤交叉口前落地，同時設(shè)置匝道與江北大道預(yù)留QC匝道跳水臺銜接;橋梁工程全長l.75km，共設(shè)置左幅高架橋、右幅高架橋、QC匝道橋3段橋梁。

QC匝道第二聯(lián)跨越地鐵1號風(fēng)井及出口處，為保護既有構(gòu)筑物，采用鋼混組合結(jié)構(gòu)連續(xù)箱梁形式。第二聯(lián)鋼梁線路中心線的平面投影為直線，跨徑為35.687+37+36m。鋼梁為開口式箱型梁，開口處鋪設(shè)鋼板，截面為單箱雙室。鋼梁為倒梯形截面，底板與頂板平行，中腹板垂直于面底板，外側(cè)腹板以面底板為基準(zhǔn)，按固定斜度傾斜，頂部寬6.1m，底部寬3.905m，梁高1.695m，面板上布置焊釘與現(xiàn)澆混凝土橋面結(jié)合。鋼箱梁橋面板采用30cm厚C50聚丙烯晴纖維混凝土，鋼混箱組合梁斷面如圖4所示。

5 鋼混組合梁施工方法及工藝

5.1 結(jié)構(gòu)計算模擬主要施工階段

鋼梁架設(shè)→澆筑中墩墩頂左右各8米范圍外混凝土橋面板（只計混凝土自重）→區(qū)域混凝土橋面板參與受力→中支點頂升20cm→澆筑中墩墩頂左右8米范圍內(nèi)混凝土橋面板（只計混凝土自重）→區(qū)域混凝土橋面板參與受力→中支點回落→施工二期恒載→收縮徐變十年

5.2 橋面板施工步驟

步驟一：拆除鋼箱梁安裝臨時支墩，現(xiàn)澆中墩墩頂左、右8m范圍外橋面板混凝土，澆筑混凝土?xí)r要均勻?qū)ΨQ。

步驟二：現(xiàn)澆混凝土強度達到100%，齡期≥14d后，中墩墩頂頂升20cm，頂升位置為支座橫隔板左右1.5m處橫隔板，支點位于腹板處，如圖5所示。一個橋墩六個頂升點的頂升合力為3424kN（計算荷載），配備6個100t千斤頂，如圖6所示。頂升時采取同步頂升工藝。頂升過程以位移控制為主，頂力控制輔助。

步驟三：現(xiàn)澆中墩頂左右8m范圍內(nèi)橋面板，全橋橋面板連接成整體，澆筑混凝土?xí)r要均勻?qū)ΨQ。

步驟四：現(xiàn)澆混凝土強度100%后，齡期≥14天后，中墩墩頂回落至支座。

步驟五：拆除臨時支撐等，欄桿施工，全橋成橋。

5.3 橋面板最大裂縫計算

在正常使用極限狀態(tài)下，頻遇組合下中支點處截面彎矩為34060kN.m，《公路鋼混組合橋梁設(shè)計與施工規(guī)范》（JTG/T D64-01-2015）和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG D62-2004）的相關(guān)規(guī)定公式計算中墩最大裂縫寬度wtk=0.148mm<0.2mm，滿足規(guī)范要求。

6 結(jié)束語

本文通過對鋼混組合梁橋面板裂縫造成的原因和影響因素做了簡單分析。同時，對目前國內(nèi)主要采用的控制橋面板裂縫的施工方法做了介紹。通過大橋北路匝道橋上跨地鐵出入口鋼混組合梁采用中支點頂升法并結(jié)合優(yōu)化混凝土橋面板澆筑順序的施工工藝，有效的控制了橋面板裂縫，為類似工程提供參照依據(jù)。

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