京滬高速公路改擴建工程鋼混組合梁結(jié)構(gòu)設計及應用

王同衛(wèi)，姜美文，刁榮亭，王海山

（山東省交通規(guī)劃設計院有限公司，山東 濟南 250031）

引言

京滬高速公路萊蕪至臨沂（魯蘇界）段改擴建工程項目被列為交通運輸部第二批綠色公路典型示范工程。貫徹交通部綠色公路理念，結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)橋梁能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)利用的特點，京滬高速公路改擴建工程上跨主線天橋?qū)崿F(xiàn)全部采用鋼結(jié)構(gòu)橋梁設計。

1 工程概況

京滬改擴建工程蒙陰段共設天橋20座，其中15座上部結(jié)構(gòu)型式采用鋼混組合結(jié)構(gòu)、5座采用鋼箱梁，下部結(jié)構(gòu)型式采用柱式墩、U臺，基礎采用擴大基礎。橋跨組合2×30 m，橋梁寬度8 m，與主線交角為90°，設計橋下凈空大于5.0 m。橋梁布置見圖1、圖2。

圖1 橋梁立面布置

圖2 橋梁橫斷面

2 組合梁結(jié)構(gòu)設計要點

2.1 結(jié)構(gòu)選型

京滬高速公路改擴建工程上跨天橋主要位于主線路塹區(qū)段，橋跨采用兩跨，在主線中分帶上設置橋墩。簡支鋼混組合梁結(jié)構(gòu)施工簡便，現(xiàn)場可整跨吊裝，無需設置臨時墩進行跨間連接，對橋下京滬高速主線保通干擾較?。皇芰ι峡杀苊膺B續(xù)梁負彎矩區(qū)混凝土受拉的問題；另外，上跨天橋的引道為地方道路，設計速度一般不高，連續(xù)梁結(jié)構(gòu)橋面更為平順的優(yōu)勢難以發(fā)揮；故上部結(jié)構(gòu)形式選定為簡支鋼板組合梁。

2.2 鋼主梁間距

通過對各國鋼混組合梁結(jié)構(gòu)施工圖設計進行調(diào)研，搜集了大量相關資料。美國鋼主梁間距一般在3 m以內(nèi)，梁高允許情況下一般設置桁架式橫聯(lián)。歐洲各國之間的鋼混組合梁橋設計風格有明顯差異，其中英國的設計風格與美國類似；德國近些年設計方案通常為在工廠內(nèi)先澆筑一層較薄的混凝土翼緣，現(xiàn)場再澆筑橋面板整體化層；法國大量使用構(gòu)造簡潔的大間距雙主梁橋。在日本，類似于美國的那種小間距鋼主梁現(xiàn)在也比較常用，采用桁架式橫聯(lián)，設置平縱聯(lián)，但大間距鋼主梁的新建橋梁數(shù)量也在逐年增加，大間距鋼主梁間距一般控制在6 m左右，橫聯(lián)采用小橫梁，不設平縱聯(lián)。這種橋與法國的小橫梁雙主梁橋非常類似，只是它不再強調(diào)要做成雙主梁，橋較寬時就增加主梁片數(shù)。

上跨主線天橋?qū)α焊哂幸欢ㄏ拗?，小間距鋼板梁每道梁分攤的荷載較小，主梁梁高相應較小，故設計中采用小間距鋼主梁；天橋鋼混組合梁結(jié)構(gòu)采用三主梁結(jié)構(gòu)，鋼主梁間距采用3 m，鋼主梁外懸臂長度采用1 m。

2.3 鋼主梁設計

鋼主梁采用3片工字形直腹板鋼梁，鋼混組合橋面板和鋼主梁頂板通過抗剪連接件結(jié)合；3片鋼主梁中心間距為3 m，鋼主梁高度1.3 m，鋼主梁頂面對齊，頂板及底板厚度均向下變化；鋼主梁頂板寬度為0.5 m，底板跨中寬度為0.9 m，底板靠近支點處寬度為0.7 m；主梁之間采用橫梁加強橫向聯(lián)系，跨內(nèi)中橫梁為小橫梁，支點處橫梁為大橫梁；鋼主梁順橋向節(jié)段長度為10 m，節(jié)段間拼接采用焊接；小橫梁標準間距為7.5 m，與兩片鋼主梁之間采用高強度螺栓連接；大橫梁與兩片鋼主梁之間采用焊接；上部結(jié)構(gòu)典型橫斷面見圖3。

圖3 上部結(jié)構(gòu)典型橫斷面

2.4 橋面板設計

考慮京滬高速公路主線保通因素，橋面板均采用鋼-混凝土組合橋面板，兩側(cè)懸臂寬度為1 m，跨間寬度為3 m，總寬度為8 m；承托處混凝土橋面板高度為0.35 m，跨間高度為0.25 m，承托斜率為1∶5。橋面板鋼底板厚度為6 mm，側(cè)端板厚度為8 mm，在底板上設置橫肋，順橋向間距為0.5 m，橫肋高度為166 mm，厚度為18 mm，中間開設直徑70 mm的通孔，孔間距為225 mm；組合橋面板標準寬度2.5 m，在橫肋上鋪設橫向及縱向鋼筋，鋼筋直徑為16 mm，縱橫向間距均為100 mm。

2.5 抗剪連接件設計

抗剪連接件采用D22×150圓柱頭焊釘和D16×80圓柱頭焊釘，在鋼主梁上橫橋向間距為120 mm， 順橋向間距為250 mm，支點處橫橋向間距為250 mm。 圓柱頭焊釘?shù)暮附邮褂米詣涌刂频暮羔敽附訉Ｓ迷O備，焊接工藝及設備與焊釘產(chǎn)品相適應，焊劑、焊接瓷環(huán)與圓柱頭焊釘相協(xié)調(diào)。

2.6 鋼主梁線形設計

考慮鋼梁自重作用和部分活載作用引起的梁體下?lián)希摿杭庸ぶ圃鞎r設置預拱度，鋼梁立面線型包括設計曲線和預拱度曲線兩部分，工廠制造時按兩部分的疊加曲線進行加工制作，鋼主梁在成橋狀態(tài)下鋼梁呈現(xiàn)向上微拱，鋼主梁平面線型按設計道路中心線擬定。

3 施工工藝及施工工序

根據(jù)交通運輸條件，鋼主梁縱向分割成7～20 m 長梁段，寬度控制在4 m寬度以內(nèi)。根據(jù)實際情況及鋼主梁結(jié)構(gòu)特點，鋼主梁采用單個梁段在廠內(nèi)加工制作，現(xiàn)場組裝栓接成整體，底漆涂裝及箱內(nèi)中間漆在廠內(nèi)涂裝，采用長車公路運輸，在現(xiàn)場建立與廠內(nèi)基本一致的加工設施，將運輸?shù)浆F(xiàn)場的組件組裝拼接成一個整體段，采用大型起重設備對單跨30 m長整體三片鋼主梁整體吊裝。

3.1 加工制作

鋼構(gòu)廠按照節(jié)段劃分線分段制作鋼構(gòu)件。鋼主梁構(gòu)件的制作主要分為橋面板、橋底板、橋內(nèi)側(cè)腹板、橋中腹板、橋外側(cè)腹板、隔艙板、U型肋、I型肋及其肋板等零部件的制作。鋼主梁在拼裝地面胎架流水線上進行組裝、焊接。鋼主梁通過胎架進行組立、焊接以及矯正。零部件加工通過在數(shù)控及機械設備進行。鋼主梁結(jié)構(gòu)加工制作，以最大限度使用機械操作并利用工裝夾具，以減少手工操作的隨機性和不穩(wěn)定性，提高構(gòu)件的準確率及生產(chǎn)效率。經(jīng)驗收合格后方可運輸至工地。

3.2 構(gòu)件運輸

鋼構(gòu)件在工廠加工、防腐、預拼裝，驗收合格后,運至工地。運輸采用長車進行運輸，對于超寬車輛報請交通運輸部門批準后方可起運。長車設置必要標志。鋼主梁采取牢固的包裝，以防構(gòu)件受損。

3.3 現(xiàn)場拼裝

在橋位附近的地面臨時場地對鋼主梁進行節(jié)段拼接，現(xiàn)場焊接端橫梁及中橫梁，形成整體鋼板梁，并按工地焊接的要求進行探傷檢測。工地內(nèi)拼接長度一般在7～16 m。鋼主梁現(xiàn)場組裝焊接要求達到與工廠加工水平一致的質(zhì)量標準。拼接需要在場地內(nèi)拼裝的臨時加工棚內(nèi)進行，臨時加工棚要求隔風擋雨密閉，并安裝保暖或降溫設施，保持加工棚內(nèi)良好的施工環(huán)境。主梁組裝按圖紙要求加工胎架，所使用設備按照廠內(nèi)設備配置，箱梁焊接采用自動弧焊機或CO2保護焊，特殊情況采用電弧焊接。

3.4 現(xiàn)場安裝

吊裝整跨鋼主梁，在橋臺（墩）頂上安放支座，確保鋼梁就位，單跨鋼主梁重量約為77 t。為了確保車輛通行，鋼主梁整體采用分幅吊裝。（1）按交通組織方案布置各類標志標牌，將高速主線車輛導改至半幅雙向通行。（2）300 t汽車吊機就位，對整跨鋼主梁進行試吊。（3）吊裝整跨鋼主梁，精確放樣調(diào)整高程，平穩(wěn)落梁至墩臺支座上。（4）重復以上施工工序，吊裝另外一跨鋼主梁。（5）搭設模板，鋪設橋面板鋼筋，澆筑混凝土橋面板，先跨中后支點，注意預埋構(gòu)件的埋設；現(xiàn)澆砼強度須達到100%，齡期≥14 d后拆除模板,施工伸縮縫、防撞護欄。（6）施工橋面鋪裝；安裝排水設施及防拋網(wǎng)；對鋼梁局部做補充涂裝 ,整體涂裝。

圖4 現(xiàn)場吊裝

4 結(jié)語

通過對鋼混組合梁天橋設計進行梳理分析，明確了鋼混組合結(jié)構(gòu)天橋設計要點。通過對整體吊裝施工工藝及施工工序進行全過程闡述，明確了鋼混組合梁天橋的施工順序及關鍵節(jié)點。鋼混組合結(jié)構(gòu)橋梁具有自重輕、施工快、吊裝方便等優(yōu)點，是一種值得推廣的橋梁結(jié)構(gòu)形式。