窄箱型主梁钢－混组合结构桥梁研究

张坤　张浩

摘 要：合理选用窄箱型主梁钢-混组合结构进行桥梁的建设，能够提升交通设施建设水平。基于此，本文详细研究了窄箱型主梁钢-混组合桥的主梁、面板、墩柱结构，及其施工工艺与具体应用情况，实现了对此类桥梁的探讨，希望能够为道桥交通建设事业的发展提供助力。

关键词：钢混结构;窄箱桥梁;组合桥梁

中图分类号：U445.583 文献标识码：A

0 引言

本文所研究的桥梁结构具有钢材利用率高、品质高等优势，按照此结构开展桥梁建设，能够更好地响应国家的去钢材产能号召，提升道桥建设水平，因此，需对此结构桥梁进行深入研究，以具体的了解此结构桥梁的优势、实用性、建设方法、力学性能，由此更好地发挥此类桥梁的优势，推动道桥工程领域的发展。

1 研究背景

在2019年以前，钢材涨跌幅已经达到了7%～12.7%，钢材产能过剩已经成为了制约钢材产业发展的重要因素，此后，经过三年的供给侧改革、去产能工作，我国提前两年完成了1.5亿吨的去产能目标，而2020年受益于此，钢材市场的秩序得到了规范化的发展，产能利用率也在不断增长。在此背景下，为了持续推进去产能政策，人们开始从钢材消耗量较高的桥梁工程上入手，并准备通过运用钢-混凝土组合结构桥梁，来提高桥梁工程对过剩产能的消化能力，由此增强桥梁工程建设工作效用。

2 窄箱型主梁钢-混组合结构桥梁研究

2.1 桥的主梁研结构研究

钢混组合桥的主梁有两种，即工字钢、箱型钢。其中，工字钢主梁的制作、安装比较简单，但此种结构的抗扭力学性能较弱，使得运用此种主梁的钢混组合桥跨度不得大于40 m，这在一定程度上增加了桥墩的数量，提高了此主梁的应用成本。而箱型钢主梁则具有更好的抗扭力學性能。一般来说，在运用箱型主梁时，若桥面较窄，那么即可将箱型钢主梁，制作成为开口槽形，并通过在槽内空间中设置横系梁，构建出窄箱型主梁，使其具有优于工字钢梁的抗扭性能，可以让钢结构力学性能得到充分地发挥，因此，在钢混组合结构桥梁的建设中，运用窄箱型主梁，显然是改善桥梁力学性能、经济性的有效途径。在此背景下，目前常用的窄箱主梁以双窄幅箱型梁为主，此类主梁为对称结构，用料不多，且使用便捷，但腹板设置要比传统的窄箱梁更密集。通常来说，如果将此窄箱梁的跨度设置为60～80 m，基本就可以达到最优的经济效果。但在此过程中，窄箱型主梁与混凝土结构之间是以预应力筋作为连接结构，而预应力筋将混凝土结构所承载的应力传递给主梁时，会造成一部分预应力的损失，使得预应力仅有43.65%转移到了主梁上，导致主梁的抗扭等力学性能优势无法被充分利用，因此，在现阶段的窄箱型主梁建设中，人们通常会将预制板设置在梁上后，先进行桥面板的张拉、压浆，使各块预制板连接成为一个整体，然后再将预制板整体与窄箱梁相连接，这样即可让65.6%的预应力得以被转移到主梁上，由此更好地发挥窄箱梁的力学性能优势，减少应力对混凝土结构的损坏，增强桥梁整体的使用性能。

2.2 桥的钢混桥面板结构研究

桥面是承载人、车通行的主要桥梁结构，而从本质上来说，桥面属于一个承压结构，其负责承受上部荷载，并将上部荷载传递给位于其下方的窄箱型主梁，使主梁承受自重、上部荷载带来的向下拉力，由此借助主梁优质的力学性能，保持桥梁结构的稳定性。对于窄箱型主梁钢混组合桥来说，常用的两种桥面包括，常规预制板钢混桥面、超高强钢筋砼桥面。其中，常规的预制板桥面，材质通常为C55的微膨胀混凝土，制作方法为较为简单、常规的分块预制法，这使得该类型桥面在实际的建设应用中，呈现出了制作简单、施工成本低的优势，并借此在窄箱梁钢混桥建设中得到了普及应用。但在实际的桥梁建设中，这种预制板桥面很容易出现收缩情况，导致其施工效果不佳。为此，施工方通常会先将制作好的预制板存放6个月左右，待其状态稳定后，再投入使用，由此减轻预制板收缩问题，同时，预制板连接时，还要采用C55无收缩的微膨胀补偿混凝土进行勾缝，以此进一步消除预制板收缩造成的影响，增强常规预制板桥面结构的建设效果。

2.3 桥的超高强钢筋砼面板结构研究

除了常规预制板结构以外，超高钢筋砼结构也是一种常用的窄箱主梁钢混组合桥桥面结构。此种桥面结构通常用于桥梁负弯矩处。施工方通过用超强砼制作桥面板，结合对内部配筋的调整，以及ECC材料的应用，可以有效控制桥面结构的裂缝宽度、抗拉性能，使其更好地抵御负弯矩位置的应力作用，增强桥梁的使用性能。其中，ECC材料是指一种高延性纤维水泥基复合材料，其内部所含的纤维，具有连接钢筋混凝土结构的能力，使得开裂宽度得到控制，而且当出现开裂情况时，材料中纤维所具备的强大韧性，使其能够稳定地连接裂缝两边的基体，保持桥面结构的稳定性，由此延长负弯矩位置桥梁结构的运行寿命。但由于该材料属于新型材料，使用成本比较高，因此，在实际的桥梁建设中，通常与常规的预制板结构联合应用，以保证窄箱主梁钢混组合桥的经济性。此外，由于此类桥面具有优秀的联结性能、力学性能，因此，可以支持大跨度钢混组合桥结构的建设，弱化山区等地形复杂区域桥梁工程的建设难度。

2.4 桥的墩柱结构研究

从本质上来说，墩柱在窄箱主梁钢混组合桥结构中，属于压弯构件。通常来说，人们会出于对桥结构的经济性、实用性等方面考虑，选用空心薄壁高墩结构，作为桥墩结构，同时，还要在此桥墩结构中每隔20～30 m设置横隔板，以抑制桥墩的横向变形，提高墩柱结构的稳定性。但事实上，每次进行隔板施工时，施工方均需要进行内膜拆除、隔板模支设、浇筑等隔板施工操作，并待此施工流程完毕后，才能继续向上进行桥墩施工，导致连续性的施工中断，拖慢施工进度。为此，人们开始寻求在保持墩柱结构稳定性的前提下，不设横隔板的方法，由此简化窄箱主梁钢混桥的施工程序。在此过程中，有研究者发现，横隔板的主要作用是抑制墩柱局部变形，而对于整体结构失稳影响不大，因此，如整体失稳发生在局部失稳之前，那么则可不设置横隔板，保证墩柱结构的工艺性能。基于此，根据弹性屈曲理论可以得出，当满足条件，时，就无需设置墩柱隔板。其中，t为墩柱厚度、b为墩柱截面边长，为局部屈服曲临界应力、fc为轴心抗压标准强度，v为泊松比、E为弹性模量、为稳定安全系数，而v、E、为固定值，因此，经过整理后可以得到公式，，而参考常规的窄箱型主梁钢混组合桥墩柱结构的弹性模量、抗压标准强度，可以得出的情况下，可无需为桥墩设置隔板，由此实现连续施工，提高工程建设效率[1]。

2.5 桥的施工工艺研究

一般来说，此类桥结构的施工工艺以顶推工艺为主。施工方需要借助该工艺，将梁结构送到设计位置，以完成桥梁结构内各构件的组装。就目前来看，在道桥工程领域的持续发展中，顶推工艺作为一项主要的桥梁施工工艺，受实际施工工况需求差异的影响，其逐步呈现出了多样化的发展趋势，而这种趋势主要体现在顶推方式的多样化。现阶段，适用于窄箱型主梁钢混组合桥的顶推工艺类型包括，拖拉法工艺、步履式顶推工艺、无临时墩长悬臂顶推工艺、鼻梁过墩顶推工艺等。其中，较为常用的顶推工艺为拖拉法工艺，此工艺的作用机理为，通过在各个临时墩上，采取张拉设置法，连续设置千斤顶牵拉钢绞线，使施工者得以利用该钢绞线，拖动窄箱型梁在基于臨时墩设置的轨道上移动，直至其到达设计位置，实现梁的安装就位，此方法操作简单，但会对墩身产生一定的作用力，因此，在实际操作中，需要注意拖动作用力控制，以保证此项工艺的落实效果[2]。

2.6 桥的具体应用研究

根据上述论述，可以看出，此结构桥梁具有跨度大、经济的优势，因此，更适用于山区等地形较为复杂区域的道桥建设，这样可以有效利用此桥梁结构的大跨度优势，规避一些不良地形，使桥墩被尽量设置在地理条件较好的位置，降低山区土地高低不平、纵横起伏现状为桥梁工程建设带来的困难。此外，也适用于跨水体、流域的道桥工程建设，由此减少水下桥墩建设数量，降低施工风险。但在此桥梁的实际建设应用中，应当注意，由于目前，国内此桥梁的建设应用案例较少，配套技术成熟水平有限，因此，还要加强对此类桥梁结构建设应用的探索，以推动配套技术的不断成熟，推动道桥工程建设领域的持续优化发展[3]。

3 结论

综上所述，通过对组合结构桥梁进行研究，可以获得更多有价值的桥梁建设运用依据。在道桥工程建设中，借助组合结构桥梁研究工作，加深对此类桥梁结构的了解，可以明确桥梁的受力机理、厘清桥梁的施工工艺操作、找准此结构桥梁的应用方向，从而为后续的道桥工程设计、规划提供依据。

参考文献：

[1]田涛.北京市公路钢结构桥梁养护定额编制前期研究[J].公路，2021（7）：292-299.

[2]叶立，陈东方，廖原.钢结构桥梁焊接施工技术[J].科技创新与应用，2020（22）：153-154.

[3]黄志刚，徐志华，邓俊双.钢管混凝土系杆拱-连续梁组合桥拱脚结构优化研究[J].公路，2020（10）：187-191.

作者简介：张坤（1986—），男，河南驻马店人，研究生，工程师，从事桥梁设计工作。