多梁式鋼- 混凝土連續(xù)組合梁在城市高架中的應用

岳章勝，蔣海軍，王利偉

（青島市市政工程設計研究院有限責任公司，山東 青島 266071）

1 工程概述

新機場高速連接線（雙埠- 夏莊段）工程全長約9.8 km，其中路基段長0.4 km，高架段長9.4 km。主線高架上部結構標準段采用30 m 跨預制混凝土小箱梁，下部結構采用倒T 蓋梁和花瓶型墩。在跨越仙山西路處，設置有一聯(lián)（53+71+42）m 連續(xù)組合梁，橋梁設計荷載：城-A 級，雙向6 車道，設計使用年限100 a。為與兩側(cè)混凝土小箱梁相銜接、保證橋梁景觀效果，連續(xù)梁采用多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，中墩為花瓶型墩，中橫梁采用暗橫梁結構型式，端橫梁擱置于倒T 蓋梁上。中支點斷面見圖1，邊支點斷面見圖2。

圖1 中支點處橫斷面圖（單位：mm）

圖2 邊支點處橫斷面圖（單位：mm）

2 橋梁構造與主要參數(shù)

（53+71+42）m 連續(xù)組合梁橋梁寬26.6 m，橫向設置4 片鋼箱梁，單片梁寬3.3 m，梁間距6.6 m。中支點梁高3.8 m，跨中梁高2.3 m。為與兩側(cè)預制混凝土小箱梁順接，邊支點梁高由邊跨中2.3 m 漸變至梁端1.68 m，混凝土橋面板厚0.26~0.34 m。主梁采用Q345qD 鋼材，橋面板采用C50 低收縮混凝土，縱向設置預應力。鋼主梁上翼緣寬600~1 000 mm，厚25~40 mm，腹板厚16~20 mm，底板厚20~25 mm。底板縱向加勁肋采用板肋，橫向加勁肋采用T 肋；腹板縱向加勁、橫向加勁均采用板肋。橫向聯(lián)系梁間距5 m，采用工字型截面。中橫梁采用箱形截面，寬度4.1 m，支點間距5.5 m。每片鋼箱梁端橫梁底設置2個球型支座，支座間距2.2 m。跨中橫斷面見圖3，橫向聯(lián)系梁處橫斷面見圖4。

圖3 跨中橫斷面圖（單位：mm）

圖4 橫向聯(lián)系梁處橫斷面圖（單位：mm）

3 縱向計算圖式

目前國內(nèi)外對多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁橫向分布系數(shù)計算研究的文獻很少[1]，且由于中支點采用暗蓋梁，其空間受力特征較明顯，常規(guī)的橫向分布系數(shù)已經(jīng)不能反映該橋的實際受力狀況[2]。因此，本文通過對該橋采用單梁模型和梁格模型，對中橫梁暗蓋梁進行單梁和實體模型進行對比分析，確保橋梁在承載能力極限狀態(tài)和正常使用極限狀態(tài)下受力滿足規(guī)范要求[3]。

3.1 單梁模型

（1） 采用橋梁博士按照剛接板梁法計算橫向分布系數(shù)，計算結果見表1。

表1 橫向分布系數(shù)計算結果

（2）采用美國規(guī)范計算橫向分布系數(shù)，計算結果見表2。

表2 美國規(guī)范計算邊梁橫向分布系數(shù)

式中：Nl為所考慮的加載車道數(shù)；Nb為所考慮縱梁數(shù)。

由表2 計算結果可知，根據(jù)美國規(guī)范計算的邊梁橫向分布系數(shù)較大，單梁模型按照最不利的橫向分布系數(shù)進行取值計算。 采用通用有限元軟件Midas Civil 進行建模，鋼主梁與混凝土橋面板疊合通過施工階段聯(lián)合截面實現(xiàn)，在中橫梁和端橫梁位置處設置邊界條件，單梁模型見圖5。

圖5 單梁模型

3.2 梁格模型

考慮每片梁的空間位置關系，主梁之間通過實際橫梁和虛擬橫梁進行橫向聯(lián)系，采用Midas Civil建立全橋梁格模型，鋼主梁與混凝土橋面板疊合通過施工階段聯(lián)合截面實現(xiàn)。恒載按照實際位置施加，活載按照最不利車道位置進行加載[4]，并自動進行荷載組合，梁格模型見圖6。

圖6 梁格模型

3.3 邊梁縱向應力對比分析

分別對單梁模型與梁格模型提取鋼主梁支點與跨中最不利應力結果，見表3。

從表3 可以看出，單梁模型計算結果與梁格模型在支點處計算結果接近，在跨中處存在一定偏差，但均能滿足工程應用需求。值得注意的是，由于中支點采用暗橫梁結構，梁格模型中梁支撐于中支點處，其剛度比邊梁大，恒載作用下四片梁應力分布不均勻，支點中梁應力比邊梁大[5]。

表3 基本組合下成橋最大(最小)應力結果對比

4 中橫梁橫向計算分析

中橫梁桿系結果通過梁格模型直接提取，實體模型通過Midas Civil 擴展成板單元而成，邊界條件通過對支座墊板節(jié)點施加約束來施加，實體模型見圖7?；钶d通過梁格模型中橫梁最不利荷載位置進行移動荷載追蹤，并將活載反力作用于中橫梁最不利荷載位置。恒載按照腹板慣性矩占全截面慣性矩的比例進行分配，施加在對應的腹板位置。梁格模型與實體模型中橫梁應力結果見表4。

圖7 中橫梁實體模型（頂板消隱）

從表4 可以看出，中橫梁梁格模型與實體模型頂、底緣應力比較接近，均在規(guī)范允許范圍內(nèi)[6]。梁格模型基本上能反映多梁式鋼- 混凝土組合梁的受力特性，能同時反映縱向應力和橫向應力結果。其計算結果用于工程實踐是合適的。目前，橋梁已完成荷載試驗并通車運營，各項指標良好。

表4 基本組合下中橫梁最大(最小)應力

5 結語

通過對多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁橋采用多種方法進行對比分析，結果表明：對于中橫梁采用暗橫梁的多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，單梁模型與梁格模型計算結果存在一定的偏差，但均能滿足結構工程使用要求[7]。對于城市高架跨越路口處采用多梁式鋼- 混凝土組合小箱梁，景觀方面能與兩邊簡支混凝土小箱梁很好地匹配，各項受力指標也能滿足規(guī)范要求，可在裝配式城市高架工程中大力推廣應用[8]。