钢－混连续组合梁负弯矩区处理方法研究

陈林(辽宁省交通规划设计院)

钢－混连续组合梁负弯矩区处理方法研究

陈林
(辽宁省交通规划设计院)

摘要:钢－混组合梁具有自重小、抗震性能好且用钢少、刚度大饶度小特点，钢－混连续组合梁与简支组合梁相比，可以提高负载能力，增强刚度，增大应用跨度。但其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况，通过介绍钢－混连续组合梁桥负弯矩区的设计处理方法，比较了各种方法对减小负弯矩区内混凝土桥面板的拉应力，从而限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用。并最终达到改善了负弯矩区桥面板的受力性能，确保结构的耐久性和使用性能。

关键词:钢－混连续组合梁;负弯矩区

中图分类号:U445

文献标识码:��: C

文章编号:��:1008－3383(2015)01－0127－01

收稿日期:2014－11－11

1　概述

随着我国公路及城市建设的不断发展，钢－混组合梁桥由于跨越能力大、建筑高度小、抗震性能好及施工快等优点，得到了广泛的应用。钢－混组合梁已经成为市政工程，公路工程、建筑工程中比较常见的一种结构形式。随着桥梁向轻型化及和大跨度方向的发展，钢－混组合梁也由简支结构向多跨连续结构发展。钢－混连续组合梁与简支组合梁相比，其墩顶负弯矩区会产生混凝土受拉、钢梁受压的不利情况，如何控制负弯矩区混凝土桥面板的裂缝宽度值，是解决连续组合梁桥设计问题的关键。介绍了钢－混连续组合梁设计中的几种常见的改善负弯矩区桥面板受力的方法，并进行分析对比，为同类型的桥梁设计提供依据。

2　负弯矩区的设计处理方法

2．1设计方法

根据混凝土桥面板的受力特性，一般可以分为以下三种方法:严禁出现拉应力;严禁出现裂缝;限制裂缝宽度。

2．2发展历程

对于负弯矩区混凝土桥面板受拉问题，较常见的方法是桥面板中配置预应力钢束，这样可以使混凝土桥面在活荷载的作用下不产生或着仅产生较小的拉应力，随着钢－混连续组合梁研究的不断深入，用限制裂缝宽度取代限制拉应力的设计理念，得到了大多数设计人员的认可。

2．3处理方法

(1)配置预应力钢筋法

依据预应力钢筋直接给桥面板施加预应力，配置预应力钢筋可以有效的控制墩顶处桥面板的拉应力，避免墩顶处桥面板在活载与恒载的作用出现受拉状态，防止墩顶处混凝土桥面板出现开裂。桥面板施加预应力，可以在桥面板与钢梁已组合后，也可以在组合前进行施加预应力的施工。要注意的是在组合后施加的预应力一部分将被钢梁分担，施加的压力比较大。在现场施加预应力并不容易、施工周期也长，今后对桥面板的局部翻新也比较困难。

(2)调整支座高度法

通过调整升高中间支座的竖向高度，使中跨钢梁形成一定的预拱度，随后浇筑混凝土桥面板，待混凝土桥面板硬化与钢梁紧密结合后，降低中支座高度，使钢梁回落到设计高度。支座顶升时相当于给钢梁一个负弯矩，当支座回落时，相当于在钢－混连续组合梁上施加一个正弯矩，使得混凝土桥面板产生部分压应力，这样可以部分或全部抵消由荷载产生的的拉应力，从而达到控制裂缝宽度的作用。其中，支座顶升的高度对预压应力的大小有很大的影响。实际施工时，应根据跨径、孔数等条件合理的选择支座顶升的顺序和高度值。

(3)加载配重法

合理的利用钢材的弹性变形恢复能力，加载配重前应先浇筑跨中正弯矩区域内的混凝土桥面板，待其硬化后方可选择配重进行加载，一般情况下选用水箱作为压重物;然后浇筑负弯矩区的混凝土桥面板，待达到设计强度后撤去配重。由于正弯矩区段压重的卸载，支点附近产生产生一个反向的正弯矩，达到预应力的效果。但在卸除临时支撑施加配重的过程中，墩顶桥面板并未参与受力，支座处的负弯矩全部由钢梁承担，所以应负弯矩区钢梁进行强度和稳定性验算。

(4)部分组合梁法

连接件沿梁全长布置，混凝土桥面板在负弯矩处就会受到很到的拉应力。要减少拉应力除以上几种方法外，还可以将负弯矩区段设计为非结合或柔性结合结构，即在负弯矩区段不布设连接件或仅设置柔性连接件，这种方法称为部分组合梁法。采用部分组合梁，在均布荷载作用下，桥面板负弯矩处的拉应力能够显著的降低，但是在设置连接件的分界处会造成很大的应力集中，必须采取相应的构造措施，如使桥面板的纵向钢筋连续通过，并适当的加强。或者在钢梁上适当的焊接锚固钢筋，起到弹性剪力连接件的作用，达到过渡的效果。

在实际工程中，往往根据项目的具体情况，采用一种或多种方法来控制负弯矩区混凝土桥面板的拉应力，以达到控制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用。

3　工程实例

3．1上海长江大桥非通航孔桥

上海长江大桥非通航孔桥组合梁负弯矩区允许桥面板开裂，但同时控制裂缝宽度，桥梁纵向未不设置预应力束。但为了控制桥面板裂缝宽度，改善结构的受力及使用性能，采取了以下措施。

(1)根据计算提高普通钢筋的配筋率，保证混凝土桥面板的裂缝宽度不超过0．1 mm。

(2)采用简支变连续的施工方法，先浇筑跨中处混凝土桥面板，待硬化后再浇筑组合梁负弯矩处桥面板，使其与钢梁滞后结合，使负弯矩处桥面板在一期恒载作用下不参与受力，在活载及二期恒载作用下与钢梁共同受力。

(3)采用支点升降法，调整提升中支座高度，对梁顶升，浇筑相应桥面板，待硬化与钢梁结合后再回落支座高度，施工步骤如下。①钢梁吊装至墩顶，按7孔一联将钢梁全部

焊接完成，随后按先中支点后边支点的顺序实施支点升降操作;②浇筑4号、5号支点处底板混凝土，完成与钢梁底板结合;③提升4号、5号支点高度，中跨钢梁形成一定的预拱度，具体顶升值见表1;④浇筑4号、5号支点处负弯矩区桥面板，混凝土硬化后与钢梁结合成整体;⑤降低4号、5号支点高度，使组合梁回落至设计高度，具体回落值见表1;⑥对6号与3号，7号与2号支点按以上步骤重复操作，最终完成调整。

通过支点升降法，使负弯矩区桥面板能产生3～4 MPa的压应力，混凝土收缩徐变后还存在2．4～2．9 MPa压应力，说明了支点升降法对减小负弯矩区中混凝土板的拉应力起到了比较好的效果。

表1　支点抬升量与回落梁

3．2九堡大桥南、北侧水中引桥

九堡大桥南、北侧水中引桥按允许桥面板开裂，同时控制裂缝宽度的原则进行设计。取消体内预应力束，为了改善结构的受力及使用性能，采取了以下措施:

(1)合理优化普通钢筋的布置形式，从选择合理的钢筋间距和直径，提高纵向钢筋配筋率等多个方面来为了改善结构的受力及控制裂缝宽度及分布。

(2)通过施加体外预应力，改善负弯矩区桥面板的受力性能。按照连续梁桥的受力特性及正、负弯矩的分布情况，在组合梁内部设置6束фS15－27体外纵向预应力索，通过张拉体外预应力索，使得组合箱梁支点处产生正弯矩，跨中处产生负弯矩，从而较好的改善了负弯矩区桥面板的受力性能。桥面板纵向无体内预应力的设计，在方便施工的同时，也为桥面板可更换提供了条件。此外，体外索也可辅助调整结构内力分布，适应桥面板更换或修补时的受力需要。

(3)预制桥面板施工采用先跨中，后支点的施工顺序，分布间断施工法，可以有效的减小了负弯矩区桥面板的恒载拉应力，提高负弯矩区混凝土桥面板的受力及使用性能。

(4)通过在桥面板混凝土中掺加复合纤维，提高桥面防水层性能来改善负弯矩区混凝土的性能。通过在支点负弯矩区桥面板掺入高模量、高强度复合纤维，减少混凝土收缩徐变阶段所产生的裂纹，从而提高混凝土桥面板的密实度和抗裂性能。另外，在支点负弯矩区的桥面板顶面采用加强型防水黏结体系，以提高桥面板开裂后的防水性能。

4　结语

通过介绍钢－混连续组合梁桥负弯矩区的设计处理方法，详细比较了各种方法对减小负弯矩区中混凝土板的拉应力，从而达到限制裂缝宽度、防止钢梁失稳的作用。并通过实例介绍了各种方法在工程中的应用情况，在实际中，往往可以根据项目的具体情况，采用不同的处理方法。并最终达到改善了负弯矩区桥面板的受力性能，确保结构的耐久性和使用性能的作用。

参考文献:

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