钢混组合连续梁转换体系对负弯矩区的影响

摘  要：负弯矩区抗裂设计是钢混组合连续梁设计中的重要组成部分，本文简要介绍了钢混组合连续梁负弯矩区抗裂设计的重要意义;总结了几种常用抗裂设计方法;并结合实际工程案例，简要分析了施工过程中结构体系的转换对裂缝宽度的影响规律。本文在优化钢混组合梁受力性能、提高钢混组合连续梁可靠性与安全性方面给相关设计人员提供一定的参考

關键词：钢混组合连续梁;有限元分析;裂缝宽度

中图分类号：U442.5   文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年来，随着我国钢结构工程建设的大力发展，钢结构桥梁在实际工程中的应用也越来越普遍。与混凝土梁桥相比，钢结构梁桥具有重量轻、梁高小、跨越能力强、施工快速等诸多优点，而且对桥下道路的正常交通影响也较小。但是，由于钢桥面板造价高、桥面耐久性，在实际公路桥梁中，更多的采用钢混组合梁的形式。

但是，钢混组合梁存在着明显的缺点，由于钢混组合连续梁的墩顶负弯矩区混凝土桥面板始终处于受拉状态，在荷载长期作用之下，混凝土板很容易出现大面积裂缝，裂缝出现之后，钢混组合梁的截面刚度随着裂缝的发展不断下降，内部钢筋与钢梁很容易发生腐蚀，降低组合梁的耐久性，对桥梁的正常使用年限产生较大影响，是限制钢混组合连续梁向更大跨径发展的重要因素。

因此，钢混组合梁负弯矩区的抗裂设计工作非常重要。针对这一问题，国内外专家提出了很多解决方法，其中被广泛接受并应用的主要有：支座顶升回落法、跨中配重法、施加预应力法、采用高性能混凝土法。另外，施工过程中不同的施工顺序对负弯矩区的裂缝宽度也有很大影响，如桥面板浇筑顺序、从施工阶段临时结构体系到最终连续梁结构体系完成的时机等。

下面结合某50+80+50m三跨钢-混组合梁实际案例，建立Midas平面杆系单元模型，针对不同结构体系的转换时机，进行钢混组合梁负弯矩区裂缝宽度的比较。

1工程概况

1.1 技术标准

（1）设计荷载为汽车荷载：公路I级;

（2）标准横断面双幅双向四车道：2×（0.5m+9m+0.5m）;

（3）桥梁设计安全等级为一级，结构重要性系数γ=1.1;

（4）环境类别为I类环境。

1.2 桥梁结构形式

本桥跨径布置为50+80+50m三跨钢-混组合梁，桥宽10m。桥面板采用预制钢筋砼结构，板厚为0.28m（加腋处0.45m）。钢梁梁高沿纵向折线变化，边跨及跨中梁高2.63m，如图1所示;中支点处钢梁高4.03m，如图2所示。

横断面采用槽型钢加预制混凝土板的断面形式，混凝土桥面板和钢主梁通过剪力钉连接。钢梁断面采用斜腹式单箱单室槽型梁，腹板倾角14°，顶板处腹板中心距6m，底板处腹板中心距4m～4.79m。

2结构模型建立

根据《公路钢结构桥梁设计规范》（JTG D64-2015）第11.1.3条，及《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01-2015）第5.3.1、7.1.2条规定，混凝土板按照普通钢筋混凝土构件设计时，连续组合梁的整体分析应采用开裂分析方法。即在中支座两侧各0.15L范围内，组合梁取用开裂截面刚度EI，不考虑混凝土板而只计入有效宽度范围内负弯矩钢筋截面对截面刚度的影响，其余截面仍取未开裂截面刚度EI。

因此本次计算建模时，中支座两侧各12.5m范围内主梁截面仅考虑由桥面板钢筋及钢梁组成，将开裂区钢筋等效为混凝土，与钢梁形成组合截面。桥面板混凝土部分以荷载形式施加到主梁上，不考虑其刚度影响，全桥模型如图3所示。

对于箱型截面梁，采用梁单元进行整体计算时，应考虑翼缘的有效宽度。可根据规范进行计算。其中，桥面板全截面有效，中支点附近底板受压区折减系数为0.97，边支点及跨中处底板折减系数为0.98、0.92。

3裂缝宽度研究

3.1施工方案

本项目采用大节段吊装的施工方式，钢梁沿纵向划分为五个节段，详见图4。本文就如下几种施工顺序，进行裂缝宽度的比较分析：

施工方案一：

（1）架设临时墩，分节段吊装钢梁，将钢梁焊接为整体;

（2）撤除临时墩;

（3）安装边跨及中跨跨中桥面板，浇筑湿接缝;

（4）安装墩顶桥面板，浇筑湿接缝;

（5）铺装、护栏施工;

（6）全桥竣工。

施工方案二：

（1）架设临时墩，分节段吊装钢梁，将钢梁焊接为整体;

（2）安装边跨及中跨跨中桥面板，浇筑湿接缝;

（3）撤除临时墩;

（4）安装墩顶桥面板，浇筑湿接缝;

（5）铺装、护栏施工;

（6）全桥竣工。

施工方案三：

（1）架设临时墩，分节段吊装钢梁，将钢梁焊接为整体;

（2）安装边跨及中跨跨中桥面板，浇筑湿接缝;

（3）安装墩顶桥面板，浇筑湿接缝;

（4）撤除临时墩;

（5）铺装、护栏施工;

（6）全桥竣工。

3.2 计算结果分析

通过Midas模型计算结构内力，根据相关规范进行计算，墩顶最大负弯矩及裂缝宽度如表1。

4结论

根據以上分析结果可知，当跨中桥面板浇筑完成之后再撤除临时墩，桥面板裂缝宽度值最小，与所有桥面板浇筑完成之后再撤除临时墩相比，减小了4.7%。这是因为在跨中桥面板混凝土硬化之后撤除临时支撑，连续梁在自重作用下产生变形，此时再浇筑墩顶混凝土，相当于提前释放了一部分混凝土的拉应力，减小了混凝土裂缝宽度。

另外，在架设钢梁时，在临时支撑处设置一定的向上的挠度，或者在撤除临时支撑后，在跨中进行堆载预压，有效减小混凝土裂缝宽度，可以更好的达到这种效果，。在实际工程设计的过程中，应根据不同结构的特点，合理进行模型构建、准确确定混凝土桥面板宽度，对不同的施工方式及施工流程进行比较，提出合理有效的负弯矩区抗裂措施，保证钢混组合连续梁结构更为稳定，减少钢混组合连续梁结构失稳现象的发生。

参考文献

[1] 闫龙，贾新卷，卢志芳，邓晓光.钢-混组合连续梁桥负弯矩区桥面板抗裂措施[J].建材世界，2018，（04）：47-51.

[2] 俞弘志，宁文伟.钢-混组合连续梁桥负弯矩区混凝土开裂研究[J].公路，2018，（03）：131-134.

[3] 郑和晖，巫兴发，黄跃，王敏.钢-混组合连续梁负弯矩区桥面板抗裂措施[J].中外公路，2014，（05）：152-155.

[4]陈林.钢-混连续组合梁负弯矩区处理方法研究[J].黑龙江交通科技，2015，（01）：127-129.

收稿日期：2019-05-26

作者简介：支琛（1984—），女，山东新泰人，本科，助理工程师，研究方向：桥梁设计。

Influence of Steel-Current Combined Continuous Beam Conversion System on Negative Moment Area

ZHI Chen

（Zhejiang Transportation Planning and Design Institute， Hangzhou 310030， China）

Abstract： The anti-crack design of negative bending moment zone is an important part of the design of steel-concrete composite continuous beam. This paper briefly introduces the significance of anti-crack design in the negative bending moment zone of steel-concrete composite continuous beam. It summarizes several common anti-cracking designs. The method is combined with the actual engineering case to analyze the influence of the transformation of the structural system on the crack width during the construction process. In this paper， the relevant designers are provided with certain reference in optimizing the mechanical performance of steel-concrete composite beams and improving the reliability and safety of steel-concrete composite continuous beams.

Key words： steel-concrete composite continuous beam; finite element analysis; crack width