中支点顶升法控制钢混组合梁桥面板裂缝

梁心普

摘  要：南京市浦口区大桥北路快速化改造工程紧邻地铁S8号线，匝道桥与既有江北大道预留QC匝道跳水台连接。其中匝道第二联上跨既有地铁S8号线泰山新村地铁站1号口，为减小预应力混凝土箱梁浇筑施工时支架荷载对地下既有构筑物的影响，采用（35.69+37+36）m钢混组合连续箱梁。钢混组合梁施工重点是要控制混凝土桥面板墩顶负弯矩区开裂，文章主要简要分析墩顶桥面板开裂影响因素和目前常用控制措施和施工方法，结合大桥北路钢混组合梁采用顶升、后浇负弯矩区控制开裂的方法进行阐述，为后续设计和施工钢混组合梁桥面板提供依据。

关键词：钢混组合梁;负弯矩区;控制裂缝;顶升法

中图分类号：U448.216      文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2019）09-0115-03

Abstract： The expressway reconstruction project of Bridge North Road in Pukou District of Nanjing City is close to Metro Line S8， and the ramp bridge is connected with the existing Jiangbei Avenue reserved QC ramp diving platform. In order to reduce the influence of support load on prestressed concrete box girder during pouring construction， （35.69 + 37 + 36） m steel-concrete composite continuous box girder is used to reduce the influence of support load on the existing underground structure during the pouring construction of prestressed concrete box girder in order to reduce the influence of the second ramp on the existing subway S8 line Taishan Xincun subway station. The key point in the construction of steel-concrete composite beam is to control the cracking in the negative moment zone of the pier top of the concrete bridge deck. this paper mainly briefly analyzes the influencing factors of the cracking of the pier top bridge deck and the common control measures and construction methods at present. Combined with the steel-concrete composite beam of the north road of the bridge， the method of controlling cracking in the lifting and post-pouring negative moment zone is expounded， which provides the basis for the subsequent design and construction of the steel-concrete composite beam deck.

Keywords： steel-concrete composite beam; negative moment zone; crack control; jacking method

1 概述

鋼混组合梁桥由钢和混凝土两种材料组成，两者共同承担荷载的作用，充分发挥了各自的优点，组合后使结构的整体工作性能明显优于二者性能的简单叠加，能够充分发挥钢材与混凝土的性能，用于桥梁结构具有明显的技术经济优势。相对于简支组合梁桥，连续组合梁桥提高了行车的舒适性，具有更优越的综合性能。但是，连续组合梁负弯矩区混凝土的开裂会降低结构刚度和耐久性，是影响连续组合梁桥应用的关键问题。

2 钢混组合梁桥面混凝土开裂的影响因素

钢混组合梁桥面混凝土发生开裂的根本原因之一是由于在各种因素作用下，混凝土体积发生改变时，其内部或外部约束为阻止这种体积变化，从而引起开裂。混凝土体积的变化程度取决于混凝土的材料组成、性质以及环境的温湿度等外界条件;而外部约束则取决于结构的边界条件，在钢混组合梁中还与钢梁同混凝土板之间组合程度的大小以及相对刚度比值有关。

影响混凝土开裂的主要因素可分为材料因素、施工及外部条件因素和结构设计因素。从材料和外部条件因素考虑，一般采用低收缩骨料、增大骨料体积比、减小含水率、降低水灰比、添加掺合料等方法，均可减少裂缝的发生;在混凝土施工时，控制最高和最低温度，减小温差，加强混凝土养护，采用合理的浇筑顺序，也可减小混凝土早期裂缝的产生。从结构因素上来讲，对于钢混组合梁，由于抗剪连接件以及粘结作用，混凝土桥面板受到钢梁轴向和弯曲刚度的约束，其开裂机理与钢筋混凝土构件有所不同。组合梁中的混凝土板比普通混凝土梁中的桥面板更易发生开裂，主要原因是由于钢梁和混凝土板在环境变化时的温度梯度不同，在钢梁结构高度较大的组合梁中，会对混凝土板产生更大的约束，易造成开裂。影响组合梁中混凝土板开裂的主要结构因素包括钢筋的配筋率和布置、钢筋的保护层厚度、钢梁与混凝土板的刚度比、混凝土板的厚度以及剪力连接件的数量和布置方式等。

3 控制墩顶负弯矩區裂缝的方法

钢混组合连续梁在恒载和汽车活载情况下，负弯矩区混凝土板工作性能接近于混凝土轴心受拉构件，《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）中由公式σss=■和公式σss=■yps±■计算得到组合梁混凝土板纵向钢筋平均应力，代替混凝土轴心受拉构件钢筋应力值，按钢筋混凝土轴心受拉构件计算负弯矩区组合梁混凝土板最大裂缝宽度wtk，并应符合《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的相关规定要求。

为抵抗负弯矩区产生的拉应力，通常采用施加预应力和调整混凝土浇筑顺序的措施。常用的预应力施加方法有张拉预应力束法、预加荷载法、支点顶升法以及上述方法的综合使用。

3.1 预加荷载法和支点顶升法

上述两种方法主要依靠钢梁的强迫弹性变形对混凝土板施加预应力效果（如图1、2所示）。

（1）预加荷载法

预加荷载法一般是在钢梁施工完成后，现浇主梁正弯矩处桥面板混凝土，待混凝土达到设计强度后预加荷载，使中支点负弯矩区钢梁承受一部分预应力，然后在预应力状态下浇筑负弯矩区混凝土，达到设计强度后进行卸载，使负弯矩区后浇混凝土受压，施加一定的预应力，减少或消除使用阶段的拉应力。

（2）支点顶升法

支点顶升法同预加荷载法先浇筑主梁正弯矩处混凝土，待混凝土达到设计强度后在中墩处将钢箱梁顶升一定高度浇筑负弯矩处顶板混凝土，达到设计强度和龄期后分4-5级均匀同步卸落，给负弯矩区混凝土施加一定的预应力。

3.2 张拉预应力束法

张拉预应力束法可分全桥布置预应力束和仅对负弯矩区桥面板布置预应力束（如图3所示），通过张拉钢束对组合梁提供轴向预应力。

3.3 优化桥面板浇筑顺序

桥面板混凝土浇筑通常按照先浇筑正弯矩区的混凝土，通过施工荷载给负弯矩区钢梁提供一定正弯矩，最后浇筑负弯矩区混凝土，降低负弯矩区混凝土板的拉应力。

4 工程概况

南京市大桥北路快速化改造工程总体为大桥北路主线沿现状桥北互通向北延伸，桥北互通维持现状结构形式，然后以地道形式下穿毛纺厂路，在柳州路以南150m处采用分幅高架形式上跨柳州路和梅桂营铁路，最后在泰山转盘交叉口前落地，同时设置匝道与江北大道预留QC匝道跳水台衔接;桥梁工程全长l.75km，共设置左幅高架桥、右幅高架桥、QC匝道桥3段桥梁。

QC匝道第二联跨越地铁1号风井及出口处，为保护既有构筑物，采用钢混组合结构连续箱梁形式。第二联钢梁线路中心线的平面投影为直线，跨径为35.687+37+36m。钢梁为开口式箱型梁，开口处铺设钢板，截面为单箱双室。钢梁为倒梯形截面，底板与顶板平行，中腹板垂直于面底板，外侧腹板以面底板为基准，按固定斜度倾斜，顶部宽6.1m，底部宽3.905m，梁高1.695m，面板上布置焊钉与现浇混凝土桥面结合。钢箱梁桥面板采用30cm厚C50聚丙烯晴纤维混凝土，钢混箱组合梁断面如图4所示。

5 钢混组合梁施工方法及工艺

5.1 结构计算模拟主要施工阶段

钢梁架设→浇筑中墩墩顶左右各8米范围外混凝土桥面板（只计混凝土自重）→区域混凝土桥面板参与受力→中支点顶升20cm→浇筑中墩墩顶左右8米范围内混凝土桥面板（只计混凝土自重）→区域混凝土桥面板参与受力→中支点回落→施工二期恒载→收缩徐变十年

5.2 桥面板施工步骤

步骤一：拆除钢箱梁安装临时支墩，现浇中墩墩顶左、右8m范围外桥面板混凝土，浇筑混凝土时要均匀对称。

步骤二：现浇混凝土强度达到100%，龄期≥14d后，中墩墩顶顶升20cm，顶升位置为支座横隔板左右1.5m处横隔板，支点位于腹板处，如图5所示。一个桥墩六个顶升点的顶升合力为3424kN（计算荷载），配备6个100t千斤顶，如图6所示。顶升时采取同步顶升工艺。顶升过程以位移控制为主，顶力控制辅助。

步骤三：现浇中墩顶左右8m范围内桥面板，全桥桥面板连接成整体，浇筑混凝土时要均匀对称。

步骤四：现浇混凝土强度100%后，龄期≥14天后，中墩墩顶回落至支座。

步骤五：拆除临时支撑等，栏杆施工，全桥成桥。

5.3 桥面板最大裂缝计算

在正常使用极限状态下，频遇组合下中支点处截面弯矩为34060kN.m，《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG D62-2004）的相关规定公式计算中墩最大裂缝宽度wtk=0.148mm<0.2mm，满足规范要求。

6 结束语

本文通过对钢混组合梁桥面板裂缝造成的原因和影响因素做了简单分析。同时，对目前国内主要采用的控制桥面板裂缝的施工方法做了介绍。通过大桥北路匝道桥上跨地铁出入口钢混组合梁采用中支点顶升法并结合优化混凝土桥面板浇筑顺序的施工工艺，有效的控制了桥面板裂缝，为类似工程提供参照依据。

参考文献：

[1]JTG/T D64-01-2015.公路钢混组合桥梁设计与施工规范[S].

[2]JTG D64-2004.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

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[5]JTG/T F50-2011.公路桥涵施工技术规范[S].

[6]聂建国.钢混组合结构桥梁[M].北京：人民交通出版社，2011.

[7]大桥北路快速化改造工程施工图设计[Z].