簡支斜交鋼混組合梁橋的設(shè)計與施工

王 彬

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計院有限公司，山西 太原 030032）

1 工程概況

紅星東街互通MK0+916.738 跨線橋位于國道207 線晉城市過境段公路改線新增交叉工程第HT1合同段，為跨越長晉高速公路而設(shè)。由于該橋處于采空區(qū)范圍，處置方案采用全充填壓力注漿法處治，漿液為水泥粉煤灰漿，這種工藝成熟，安全可靠。橋梁結(jié)構(gòu)形式采用簡支梁結(jié)構(gòu)。由于該橋橋面寬度為43.5 m 且前右角度48°，長晉高速公路路基寬度24.5 m，擬定主跨為50 m 簡支超寬斜交鋼混組合梁結(jié)構(gòu)。

橋梁全長為206 m，采用整體式路基分幅設(shè)計，左、右幅上部結(jié)構(gòu)均采用（2×25）m 先簡支后橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁+50 m 簡支鋼混組合梁+（4×25）m 先簡支后橋面連續(xù)預(yù)應(yīng)力混凝土小箱梁。平面位于直線段+R=1 700 m、Ls=180 m 的圓曲線上（左轉(zhuǎn)）內(nèi)，第3 孔跨長晉高速公路，全橋橋墩（臺）均采用平行布置，主線與長晉高速公路交叉角度為131.73°。

2 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

a）公路等級 一級，雙向十車道；

b）設(shè)計速度 80 km/h；

c）橋面寬度 橋面總寬42.3 m；

d）橋梁設(shè)計荷載 公路-Ⅰ級；

e）設(shè)計基準(zhǔn)期 100年；

f）地震動峰值加速度 0.05g。

3 主跨結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 總體布置

全橋分4 聯(lián)布置，總長206 m，橋型布置如圖1所示。第1、第3、第4 聯(lián)為25 m 預(yù)制小箱梁，第2聯(lián)為簡支50 m 鋼混組合梁。本文主要介紹第2 聯(lián)鋼混組合梁結(jié)構(gòu)，其平面布置如圖2所示。

圖1 橋型布置圖（單位：cm）

圖2 主跨半幅組合梁平面布置示意圖（單位：cm）

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.2.1 鋼板梁設(shè)計

主跨50 m 鋼混組合梁，梁高2 400 mm，其中鋼梁高2 000 mm，混凝土橋面板厚250 mm，單幅橫斷面布置12 片（6 片預(yù)制組合梁），每兩根間距為1 600 mm 的工字鋼梁與混凝土橋面板結(jié)合構(gòu)成π形預(yù)制組合梁，相鄰π 形預(yù)制組合梁間距3.6 m，鋼梁間用橫向聯(lián)結(jié)系連接，混凝土橋面板用現(xiàn)澆濕接縫連接[1-4]。主跨半幅組合梁橫斷面布置示意圖如圖3所示。

圖3 主跨半幅組合梁橫斷面布置示意圖（單位：cm）

單根鋼板梁采用工字形截面，上翼緣厚25 mm，翼緣寬400 mm；下翼緣厚36 mm、28 mm 兩種規(guī)格，翼緣寬度800 mm；腹板厚度18 mm，支點(diǎn)局部加厚到25 mm，腹板縱向每1 500 mm 設(shè)雙側(cè)橫向加勁肋，厚度12 mm。每兩根間距1 600 mm 的工字鋼梁與混凝土橋面板結(jié)合構(gòu)成π 形預(yù)制鋼混組合梁，采用架橋機(jī)架設(shè)[3-5]。

3.2.2 混凝土橋面板設(shè)計

單片組合梁預(yù)制部分混凝土橋面板寬2.8 m，厚250 mm，鋼板梁頂承托處厚400 mm，承托處倒角20 cm×15 cm；懸臂長40 cm。橋面板設(shè)置單向2%橫坡。

圖4 組合梁典型斷面圖（單位：cm）

橋面板采用C50 微膨脹混凝土，與鋼板梁現(xiàn)澆結(jié)為整體，構(gòu)造如圖4所示。組合梁的預(yù)制存放，須待收縮徐變大部分完成以后架設(shè)。橋面鋪裝設(shè)置防水層，提高預(yù)制鋼混組合梁的耐久性，橋面鋪裝采用12 cm 厚瀝青混凝土材料[6]。

3.2.3 剪力連接鍵設(shè)計

剪力連接鍵材質(zhì)為ML15 的電弧螺柱焊用圓柱頭焊釘，規(guī)格為φ22×150 mm。剪力釘單個鋼板梁翼緣橫向布3 排，縱向跨中區(qū)段間距150 mm，支點(diǎn)區(qū)域間距115 mm[1-2]。

3.2.4 橫向聯(lián)結(jié)系

跨中區(qū)域橫向聯(lián)結(jié)系每隔6 m 設(shè)置一道，采用工字型桿件與鋼板梁腹板通過高強(qiáng)螺栓連接。橫向聯(lián)結(jié)系高 1 200 mm，上、下翼緣厚 16 mm，寬400 mm；腹板厚12 mm。

為增強(qiáng)預(yù)制組合梁支點(diǎn)處的橫向連接，并合理分配結(jié)構(gòu)內(nèi)力，在支點(diǎn)處設(shè)置1.3 m 厚的現(xiàn)澆混凝土端橫梁，端橫梁與鋼板梁通過剪力釘連接為整體[7-9]。

3.3 鋼板梁的防腐與涂裝設(shè)計

鋼構(gòu)件的除銹、防腐和涂裝應(yīng)在板件制作驗(yàn)收質(zhì)量合格后進(jìn)行，鋼構(gòu)件表面的除銹方法應(yīng)采用噴砂除銹，除銹等級按規(guī)范要求達(dá)到Sa2.5 級。

根據(jù)《公路橋梁鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝技術(shù)條件》（JTG/T 722-01—2008）要求，應(yīng)按照大氣腐蝕種類C3 設(shè)計，采用長效型（保護(hù)年限為25年）的涂裝體系，所有鋼板進(jìn)場后均要噴涂20～25μm 車間底漆，鋼結(jié)構(gòu)具體防腐措施見表1所示。

表1 鋼結(jié)構(gòu)防腐要求

鋼梁上翼緣鋼混接觸面，僅兩側(cè)邊緣30 mm 范圍內(nèi)按表1涂裝，中間部分噴砂除銹后噴涂1 道環(huán)氧富鋅底漆，厚度40μm。

4 施工方案

4.1 鋼混組合梁施工流程

a）鋼板梁在工廠制造，預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格后，分節(jié)段運(yùn)抵工地鋼梁存放場；

b）工地現(xiàn)場拼接各段鋼板梁，形成整跨單梁；

c）清理鋼梁上翼緣及栓釘雜物，綁扎預(yù)制橋面板鋼筋；

d）澆筑預(yù)制橋面板混凝土，每兩片鋼梁與橋面板形成π 形鋼混組合梁；

e）預(yù)制鋼混組合梁存放不宜過長，應(yīng)在1 個月內(nèi)架設(shè)，否則成橋線形預(yù)拱偏大；

f）使用架橋機(jī)逐片架設(shè)預(yù)制鋼板- 混凝土組合梁；

g）拼接組合梁間的橫向聯(lián)結(jié)系；

h）綁扎端橫梁鋼筋，并澆筑該段混凝土；

i）綁扎現(xiàn)澆濕接縫及邊梁現(xiàn)澆翼緣帶鋼筋，并澆筑該段混凝土；

j）綁扎防撞護(hù)欄鋼筋，并澆筑該段混凝土；

k）完成防水層、橋面鋪裝及其他附屬工程的施工。

4.2 鋼板梁制作

鋼板梁必須按照設(shè)計文件的技術(shù)要求及相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行制作，預(yù)拼裝檢驗(yàn)合格后，分節(jié)段運(yùn)抵橋位或工地鋼梁存放場。鋼板梁各制作段間采用高強(qiáng)螺栓全截面拼接，鋼梁之間的橫聯(lián)也采用高強(qiáng)螺栓全截面拼接。鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)由具有較高加工能力和相應(yīng)加工經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)鋼結(jié)構(gòu)企業(yè)加工制作。鋼梁在出廠前應(yīng)進(jìn)行預(yù)拼裝，梁長及橫聯(lián)等主要尺寸偏差必須在相關(guān)規(guī)范允許范圍內(nèi)[1-2]。

4.3 剪力釘施工

栓釘出廠前，必須按《電弧焊栓焊用螺柱和瓷環(huán)》（GB/T 10433—2002）的各項(xiàng)要求指標(biāo)做合格試驗(yàn)，只有通過合格試驗(yàn)，栓釘、底面金屬及焊接瓷環(huán)的組合體才算合格。

4.4 高強(qiáng)螺栓連接施工

a）制孔 鋼構(gòu)件調(diào)整就位的鋼梁接口處測量確定螺栓孔的位置，制孔時不得使用潤滑液，清理孔緣毛刺，沾梁油污者以汽油清洗，摩擦面受損者按規(guī)定的工藝處理。

b）栓接順序 按先底板再腹板后上翼板且從鋼梁一端向另一端的順序進(jìn)行。

c）高強(qiáng)螺栓應(yīng)當(dāng)順暢穿入，不得強(qiáng)行打入，穿入后方向全橋要一致，注意墊圈使用方向。

d）擰緊旋擰螺母，施擰時要連接、平衡、不間斷，沖擊作業(yè)。擰緊后續(xù)螺栓會降低以前擰緊螺栓的預(yù)應(yīng)力，需復(fù)擰達(dá)終擰扭矩。

4.5 混凝土橋面板施工

a）先在場地將鋼梁組裝為整跨單梁，每兩個單梁組成一個π 形主梁，綁扎橋面板鋼筋，澆筑混凝土。預(yù)制臺座應(yīng)確保穩(wěn)定，消除不均勻沉降，并根據(jù)鋼梁預(yù)拱度設(shè)置起拱。

b）澆筑混凝土?xí)r應(yīng)清除雜物（含栓釘上的瓷環(huán)）及鋼箱上翼緣頂板上的灰塵、油脂等，保證鋼箱梁上翼緣及栓釘?shù)那鍧崱?/p>

c）預(yù)制鋼混凝土梁存放至少7 d，混凝土橋面板強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的90%，方可移梁。

5 結(jié)論

a）對橋面寬度大，斜交角度大，且跨越通行公路的橋梁，可采用預(yù)制鋼混組合梁橋，采用架橋機(jī)一次架設(shè)成橋。

b）對鋼混組合梁橋剪力鍵設(shè)計可采用栓釘剪力鍵。

c）橋面寬度大，斜交角度大的鋼混組合梁橋橫向聯(lián)結(jié)系采用垂直路線方向設(shè)置，結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)造連接可標(biāo)準(zhǔn)化。

d）采用鋼混組合梁橋方案可有效降低斜交角度大帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)影響。