钢-混凝土组合连续梁桥负弯矩区施工控制研究

刘书伟

（深圳市综合交通设计研究院，广东深圳518003）

0 引言

钢-混凝土组合梁桥是指将钢梁与混凝土桥面板通过抗剪连接件连接成整体并考虑共同受力的桥梁结构形式，在工程实践中得到越来越广泛的应用。组合连续梁中间支座附近为负弯矩区，由于上部的混凝土桥面板受拉而下部的钢梁受压，受力较为不利。

采用合理的施工方法是控制桥面板拉应力的重要途径，一般可分为施加预应力和不施加预应力两类方法。不施加预应力的方法主要有：混凝土板与钢梁，以及混凝土板与板之间设置接缝；受拉区采用钢正交异性板代替混凝土板、高配筋现浇混凝土法等。目前采用高配筋现浇混凝土法应用最为普遍，该法不对负弯矩区混凝土施加预应力，而采用配筋率高达3%～5%高配筋混凝土工地现浇，施工非常方便。

本文主要结合深圳市机场南路新建工程宝安立交主桥第6联（50+82+50）m钢-混凝土组合梁桥设计，从不同的施加预应力控制措施对减少负弯矩区混凝土拉应力进行分析研究。

1 施加预应力方法

对钢-混凝土组合梁桥施加预应力主要有两个目的，即预压钢梁提高钢结构的弹性范围或承载力和预压混凝土提高桥面板的抗裂性。施加预应力是指通过各种手段使组合梁负弯矩区混凝土板中产生一定的预压应力，以抵消或部分抵消二期恒载和活载引起的拉应力。

1.1 张拉预应力钢束

对于连续组合梁桥，可采用全桥布置曲线或折线预应力束或仅对负弯矩区的混凝土桥面板施加预应力，具体可采用体外预应力和体内预应力两种形式。

根据预应力作用结构不同，可分为仅对钢梁施加预应力、仅对桥面板施加预应力和对组合结构施加预应力三种类型。张拉预应力钢束可增加梁的刚度，有效地降低负弯矩区拉应力；但同时会增加施工工期，且存在控制预应力钢束偏心量的问题等。

1.2 静载预压

首先架设钢梁并浇筑受压区的混凝土，待其硬化后在受压区预加静荷载。在该荷载状态下，浇筑受拉区的混凝土，待受拉区混凝土硬化后去除前预加荷载。由于浇筑受拉区混凝土前后梁体截面刚度发生了重分布，在大多数截面内的应力并不为零，而在受拉区混凝土内的压力就是所期望的预应力。施工顺序见图1（a）所示，静载引起的弯矩见图 1（b）所示。

由于必须将压重加于结构上，且需采取有效措施控制桥面板压重值，故采用预加静荷法施加预应力施工时较为不便，工作量大。

1.3 支点强迫位移（见图2）

在浇筑桥面板混凝土之前或之后，通过调整连续组合梁桥各支点的相对高度，可改变结构的内力分布，在负弯矩区内形成预压力。支点的竖向位移值对结构的应力分布有很大影响，其调整的高度通常与梁跨度成正比，对于跨度较大的组合梁，顶升或降低支点的工程量可能太大而无法实施。此外，支点强迫位移法在混凝土桥面板内产生的预压力会随混凝土的收缩徐变的发展而有一定损失，同时采用此法会对正负弯矩区混凝土桥面板交界面处钢梁顶板焊钉中产生很大的顺桥向剪力，设计中应特别注意。

对于具有3个或3个以上中间支点的桥梁，可以同时顶升所有的中间支点，使钢梁上翼缘产生拉应力，然后浇筑混凝土桥面板，当混凝土硬化后，将中间支点复位，从而使混凝土中形成压应力。

图1 静载预压施工顺序及弯矩图

图2 支点强迫位移弯矩图

2 工程实例分析

2.1 工程简介

深圳市机场南路新建工程宝安立交主桥第6联为跨径（50+82+50）m的变截面钢-混凝土组合连续梁桥，分左右幅，每幅采用双箱单室，单个箱梁底宽3.10 m，箱间距2.275 m。每幅桥梁宽度13.25 m，箱梁在跨中高为2.2 m，墩顶高为4.2 m，梁高按二次抛物线变化，钢梁顶板厚25 mm，腹板厚20～30 mm，底板厚25～40 mm。全桥设置三种类型的钢束：桥面板负弯矩区短钢束、桥面板通长钢束和钢箱梁内体外钢束。桥面板体内预应力钢束采用12-φs15.2 mm高强度低松弛钢绞线，设齿板在箱室内张拉。体外预应力采用22-φs15.2 mm环氧喷涂无粘结钢绞线。

由于施工场地条件的限制，全桥共设置6个临时支撑（见图 3），钢箱梁划分为 A（20 m）、B（20 m）、C（36 m）、D（30 m）、E（36 m）、F（20 m）、G（20 m）等7个制作段。其中临时支撑1～2、5～6均设置在分段处，中跨临时支撑3和4需偏离地铁9m，此时两支撑间距48 m，且施工过程中临时支撑3、4的最大支反力不能超过3 406 kN。

2.2 建模分析

本文对控制负弯矩区混凝土拉应力的不同方案进行研究。其中，方式一：桥面板整体浇筑，张拉负弯矩区短钢束和通长钢束；方式二：桥面板先支点后跨中分段浇筑，张拉负弯矩区短钢束和通长钢束；方式三：桥面板先跨中后支点分段浇筑,采取静载预压,考虑到荷载施加的可行性，边跨预加静荷载100 kN/m，中跨预加静荷载150 kN/m（单幅），张拉通长钢束；方式四：中支点顶升0.72 m，不施加预应力。

全桥采用MIDAS/civil 2011三维梁单元进行建模分析（见图4），采用施工阶段联合截面进行钢箱梁与混凝土桥面板参与受力阶段模拟，全桥共划分184个单元，根据施工控制方案的不同划分相应的施工阶段。

2.3 结果对比

根据桥梁施工控制条件，从负弯矩区正应力、临时支撑支反力和施工难度等三个方面进行比较分析。其中成桥阶段、收缩徐变完成和短、长期使用阶段负弯矩区正应力计算结果，以及临时支撑3最大支反力见表1所列。

根据负弯矩区正应力结果可知采用方式一和方式四均不能满足规范要求，采用方式三除了需采用静载预压外，还需张拉预应力，其施工较方式二更为不便。另外从临时支撑最大容许支反力来看，方式一和方式三也不满足要求。

综合考虑，采用方式二，既可以减少施工难度，又能满足各方面控制条件的要求。

3 结论

钢-混凝土连续组合梁桥负弯矩区为结构受力不利部位，可采用施加预应力和不施加预应力两类方法进行负弯矩区拉应力控制。设计中，应结合具体情况，以及施工工期、施工难易程度等综合

图3 钢-混凝土组合梁临时支撑设置图

图4 有限元计算模型

表1 主要阶段不同方案下负弯矩区正应力和临时支撑3最大支反力一览表

考虑，选用合适的施工控制方案。

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