淺談鋼混結(jié)合段在連續(xù)梁橋中的應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張 猛

（中鐵二十四局集團(tuán)有限公司，上海市 200433）

0 引言

隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的發(fā)展，橋梁逐漸向大跨徑、輕質(zhì)化等方向發(fā)展，對(duì)經(jīng)濟(jì)美觀也提出了更高的要求，傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)在很多時(shí)候已經(jīng)不能夠滿足設(shè)計(jì)的要求，混凝土梁的自重過(guò)大、主跨過(guò)度下?lián)弦约傲后w開裂等問題逐漸顯現(xiàn)出來(lái)。為了使結(jié)構(gòu)更經(jīng)濟(jì)合理，更好的發(fā)揮鋼材和混凝土的優(yōu)勢(shì)，鋼-混凝土混合梁應(yīng)運(yùn)而生。鋼- 混凝土混合梁充分將鋼箱梁與混凝土箱梁的優(yōu)勢(shì)結(jié)合在一起，主要是利用了鋼箱梁自重相對(duì)較小且強(qiáng)度高的特點(diǎn)設(shè)置在跨中來(lái)增加橋梁的跨徑，利用了混凝土自重大的特點(diǎn)設(shè)置在邊跨來(lái)平衡主跨的恒活載作用[1-3]。成功解決了僅使用混凝土主梁導(dǎo)致的自重過(guò)大引起的跨徑瓶頸問題，也解決了僅使用鋼箱梁導(dǎo)致的鋼箱梁焊接處容易產(chǎn)生局部應(yīng)力過(guò)大的問題。同時(shí)提高了橋梁結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度、節(jié)省材料、降低工程造價(jià)，具有較高的技術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益[4-5]。

在混合梁的設(shè)計(jì)與運(yùn)用當(dāng)中，鋼混結(jié)合段是核心關(guān)鍵部位。陳開利、劉玉擎、徐國(guó)平等學(xué)者綜述了國(guó)內(nèi)外混合梁鋼混結(jié)合段的構(gòu)造形式。早先在混合斜拉橋以及自錨式懸索橋中，鋼混結(jié)合段已多次成功應(yīng)用并且相對(duì)成熟。近些年，鋼混結(jié)合段在連續(xù)梁橋中的使用也大幅提升。在繼重慶石板坡長(zhǎng)江大橋、甌江大橋、魚山大橋等連續(xù)梁橋中鋼混結(jié)合段的使用之后，本文就余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程大跨度連續(xù)梁橋中鋼混結(jié)合段的具體布置位置、內(nèi)部詳細(xì)構(gòu)造以及內(nèi)部構(gòu)件的具體作用進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 鋼混結(jié)合段在連續(xù)梁橋中的應(yīng)用

對(duì)于連續(xù)梁橋，德國(guó)是最先使用鋼箱梁與混凝土箱梁相結(jié)合的，主要運(yùn)用于跨線橋中降低主梁高度，于1980年修建了主跨140 m 的Mosel 橋；緊接著鋼混結(jié)合段在連續(xù)梁橋中的應(yīng)用在日本逐漸普及開來(lái)，例如在2000年建成的新川橋其主跨長(zhǎng)118 m 以及在2007年主跨150 m 大牟田高架橋。

重慶石板坡長(zhǎng)江大橋橫跨長(zhǎng)江，北連南區(qū)干道，直通重慶火車站和朝天門港區(qū)，南接川黔公路，全長(zhǎng)1120 m，于1980年7月1 日建成通車。主跨330 m的重慶石坂坡大橋復(fù)線橋就是在跨中108 m 使用了鋼主梁，提高了該橋的跨越能力、減輕了施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)、加快了施工進(jìn)度等[6]。整個(gè)鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)在距離主跨橋墩111 m 處。

南京機(jī)場(chǎng)二通道橋跨秦淮新河，采用三跨變截面連續(xù)梁方案，橋梁總長(zhǎng)200 m，受其他各方面因素的限制主跨必須達(dá)130 m，邊跨僅35 m，邊中跨比僅為0.27。因此選擇在橋梁主跨位置設(shè)置鋼混結(jié)合段以增大跨徑，橋跨總體布置為35 m+130 m+35 m，其中在主跨位置設(shè)置一段長(zhǎng)為89 m 的鋼箱梁。設(shè)置在距離主跨橋墩20.5 m 處。

甌江大橋全長(zhǎng)368 m，橋跨布置為84 m+200 m+84 m 采用三孔一聯(lián)的鋼混結(jié)合連續(xù)剛構(gòu)橋。鋼混結(jié)合段在甌江大橋的使用滿足了通航凈空要求，降低主梁的高度，在80 m 長(zhǎng)鋼箱梁設(shè)置在主跨跨中，其設(shè)置在距離主跨橋墩60 m 處。其余部分主梁采用混凝土結(jié)構(gòu)。

2 鋼混結(jié)合段的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

混合梁中鋼梁和混凝土梁，由于材料性質(zhì)不同，導(dǎo)致剛度相差大，為保證剛度的平穩(wěn)過(guò)渡需在中間位置設(shè)置鋼混結(jié)合段。如果鋼梁的內(nèi)力不能平穩(wěn)的過(guò)渡到混凝土梁中，就會(huì)使局部出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。由于不同橋梁結(jié)合段的位置選擇不同、構(gòu)造形式不同以及結(jié)合長(zhǎng)度不同等，造成了結(jié)合段整體設(shè)計(jì)難度大的特點(diǎn)。無(wú)論是連續(xù)梁橋、自錨式懸索橋還是斜拉橋，其混合梁的設(shè)計(jì)主要考慮鋼混結(jié)合段位置的選擇以及鋼混結(jié)合段構(gòu)造的設(shè)計(jì)[7-8]。

2.1 結(jié)合段位置選擇

鋼混結(jié)合段應(yīng)平順的傳遞結(jié)構(gòu)的內(nèi)力及變形，且具有較好的抗疲勞性能及耐久性能，以保證橋梁結(jié)構(gòu)整體的耐久性。從結(jié)構(gòu)受力方面而言，鋼混結(jié)合段應(yīng)處于結(jié)構(gòu)彎矩及剪力較小位置；從施工技術(shù)角度，應(yīng)當(dāng)在便于施工段設(shè)置鋼混結(jié)合段；從整體上看，鋼混結(jié)合段應(yīng)將施工安全、工程進(jìn)度、造價(jià)經(jīng)濟(jì)合理等綜合起來(lái)考慮。在連續(xù)梁橋中，鋼混結(jié)合段的位置一般選擇設(shè)置在靠近主跨橋墩的一定范圍內(nèi)，也就是說(shuō)將鋼混結(jié)合段設(shè)置在彎矩圖中彎矩變號(hào)的區(qū)域。

2.2 結(jié)合段構(gòu)造形式

鋼- 混凝土混合梁設(shè)計(jì)的難點(diǎn)和重點(diǎn)在于結(jié)合段的構(gòu)造，也是當(dāng)下研究的熱點(diǎn)。鋼箱梁與混凝土箱梁的的材料特性無(wú)法改變，但在設(shè)計(jì)時(shí)可以將箱梁的幾何構(gòu)造設(shè)計(jì)的相對(duì)協(xié)調(diào)，從而避免在結(jié)合段出現(xiàn)剛度和強(qiáng)度的突變。連續(xù)梁橋的鋼混結(jié)合段會(huì)同時(shí)受到剪力和彎矩的作用，受力情況相對(duì)復(fù)雜，為了使結(jié)合段對(duì)荷載作用下產(chǎn)生的軸力、剪力、扭矩及彎矩的傳遞順暢。既科學(xué)又合理的結(jié)合段構(gòu)造應(yīng)當(dāng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：良好的受力性能；便捷的施工工藝；經(jīng)濟(jì)的工程造價(jià)等[9]。

鋼- 混凝土混合梁的結(jié)合部按照有無(wú)鋼格室可分為有格室與無(wú)格室兩種構(gòu)造形式，見圖1。依據(jù)承壓板的設(shè)置的位置不同，有鋼格室的構(gòu)造形式見圖2，又可分為前承壓板、后承壓板及前后承壓板三種形式。對(duì)于無(wú)鋼格室的構(gòu)造形式見圖3，有頂?shù)装宄袎喊?、端承壓板與后承壓板的相組合的方式。在所有的鋼混結(jié)合段構(gòu)造之中，有格室后承壓板構(gòu)造形式在橋梁中的使用率最高。

圖1 鋼混結(jié)合部構(gòu)造形式

圖2 有鋼格室結(jié)合部構(gòu)造形式

圖3 無(wú)鋼格室結(jié)合部構(gòu)造形式

3 余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程的鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

杭州市余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程，主橋采用40 m+80 m+180 m+80 m+40 m 鋼-混凝土混合連續(xù)梁，全長(zhǎng)420 m，主跨180 m，其中跨中88 m范圍采用鋼箱梁，其余均采用預(yù)應(yīng)力混凝土箱梁。

3.2 鋼混結(jié)合段設(shè)計(jì)

鋼混結(jié)合段采用帶鋼格室的后承壓板結(jié)構(gòu)，鋼格室長(zhǎng)度2.50 m，高度0.80 m，內(nèi)部澆注混凝土，承壓板厚度6 cm。軸力通過(guò)鋼箱梁過(guò)渡段的頂板、腹板、底板、加勁肋板傳遞到結(jié)合段的開孔鋼板再通過(guò)與混凝土的接觸進(jìn)行軸力傳遞；彎矩通過(guò)設(shè)置于頂、底板的預(yù)應(yīng)力筋進(jìn)行傳遞。鋼混結(jié)合段作為整體結(jié)構(gòu)的特殊段，一般由混凝土梁過(guò)渡段、鋼混連接段和鋼梁過(guò)渡段等三個(gè)部分組成。如圖4 所示：其中混梁過(guò)渡段長(zhǎng)3.00 m，鋼混連接段長(zhǎng)3.00 m，鋼梁過(guò)渡段長(zhǎng)2.20 m。

圖4 鋼混過(guò)渡段（單位：cm）

鋼混結(jié)合段采用“鋼格室+剪力釘+PBL 剪力鍵+預(yù)應(yīng)力”的組合形式。其中，設(shè)置鋼格室是為了使剛度從鋼箱梁平穩(wěn)的過(guò)渡到混凝土箱梁上，設(shè)置剪力釘、PBL 剪力鍵與預(yù)應(yīng)力都是為了確保鋼板與混凝土的連接更加緊密，從而能夠?qū)崿F(xiàn)拉力、壓力與剪力都能有效傳遞。

鋼混結(jié)合段的作用是將鋼梁和混凝土梁兩種材料特性相差很大的梁連接為一個(gè)整體，使其內(nèi)力能在整個(gè)橋梁中能夠平順傳遞，構(gòu)成由材料不同、結(jié)構(gòu)相似的箱梁在縱向連接的連續(xù)梁橋。如圖所示：混凝土梁過(guò)渡段是指在縱向上由混凝土梁段至鋼格室，梁截面逐漸增大的區(qū)域，目的在于保證剛度的平穩(wěn)過(guò)渡，同時(shí)便于剪力連接件以及預(yù)應(yīng)力筋的布置。鋼梁過(guò)渡段與后承壓板相連，在頂板、腹板、底板等位置設(shè)置了一定數(shù)量的T 肋和U 肋以及橫隔板，目的是為了將鋼材的截面慢慢增大，同樣是為了使剛度平穩(wěn)過(guò)渡，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。

3.3 結(jié)合段位置選擇

通過(guò)Midas-civil 建立全橋有限元模型，分析各截面受力情況，全橋剪力、彎矩見圖5，在靠近主墩40～50 m 處，截面剪力、彎矩相對(duì)較小，通過(guò)結(jié)構(gòu)受力、施工方法和整體體系上的綜合考慮，鋼混結(jié)合段設(shè)置在臨近主墩46 m 處。

圖5 內(nèi)力云圖

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)調(diào)研，簡(jiǎn)要介紹了鋼混結(jié)合段在重慶石坂坡大橋復(fù)線橋、南京機(jī)場(chǎng)二通道橋、甌江大橋的應(yīng)用。在余杭區(qū)崇賢至老余杭連接線（高架）工程中，鋼混結(jié)合段的運(yùn)用節(jié)省了材料、降低工程造價(jià)、增大了橋梁的跨徑，同時(shí)根據(jù)結(jié)合段的具體構(gòu)造介紹了結(jié)合段內(nèi)各材料具體的作用以及如何保證剛度的平穩(wěn)過(guò)渡和作用力傳遞的順暢性。由于不同橋梁結(jié)合段構(gòu)造不同，鋼混結(jié)合段的應(yīng)用還應(yīng)在具體橋梁中具體分析，以保證鋼混結(jié)合段在該橋梁中應(yīng)用的合理性。