中小跨钢混组合连续梁桥建造关键技术分析

2024-04-23钟长伟

四川水泥 2024年4期

钟长伟

(四川省公路规划勘察设计研究院有限公司，四川，成都，610041)

0 引言

随着钢混组合梁桥建造技术的不断提高，其应用范围从简支梁桥逐渐扩展到连续梁桥、斜拉桥等多种复杂桥型[1]。其中，钢混组合连续梁桥的应用最为广泛，该桥型正弯矩区上缘桥面板混凝土受压，下缘钢梁受拉，充分发挥了混凝土和钢材各自的材料性能优势；但其墩顶负弯矩区域上缘桥面板混凝土受拉易开裂，下缘钢梁受压易局部失稳，无法较好地发挥两种材料的力学性能[2]。此外，钢混组合连续梁桥多用于跨越立交，受下方交通、管线等制约因素较多，为适应边界条件，常采用局部异型结构或下部墩柱特殊设计，梁体受力较为复杂，建造难度较大。基于此，本文结合某在建高速公路匝道桥，开展钢混组合连续梁桥建造关键技术分析，以期为类似梁桥建造提供参考。

1 工程概况

某在建高速公路匝道桥，连续上跨下方匝道和既有快速道路，局部位于R=200m的圆曲线上。考虑边界条件限制及结构抗倾覆的稳定性，采用上部结构孔跨（30+50+35）m的连续梁结构；另考虑底层快速道路交通量大，在项目建设期间有保通需求，不宜采用施工工期较长、对交通干扰较大的搭架现浇混凝土结构，故选择钢混组合连续梁桥。

该桥下部2号桥墩（第2、3跨间）受底层道路边界限制，采用双柱式圆柱墩，斜交约30度布设。考虑上部梁体位于曲线段，不利于墩顶中支点钢横梁及相邻加强横梁顺桥墩斜向布设，另为避免斜交布设焊接困难且残余应力较大，该桥采用横梁径向布设，斜桥正做方案，以尽量简化设计，同时便于施工，在左右主梁对应桥墩位置分别设置单支座，如图1所示。

图1 2号墩顶主梁布设图

2 总体建造方案

该桥上部梁体钢梁可分节段在工厂完成预制，运至桥位处再拼装，仅需在快速吊装、全桥主梁栓接成型期间临时封闭交通，之后在设有安全棚架保障底层交通运营安全前提下，有序进行桥面施工，如浇筑桥面板混凝土和施工桥面铺装及护栏等，整个建设期间对下方道路交通影响较小，且施工工期相对较短。

匝道桥宽10.5m，单向两车道，采用箱形截面双主梁，如图2所示。顶层为混凝土桥面板厚18cm，下缘为钢箱梁，主梁中心间距6.50m，箱宽2.00m，钢梁高2.22m。钢箱梁顶底板及腹板沿纵桥向根据结构受力采用不同的板件厚度，以合理节约工程造价。

图2 跨中标准截面图（单位：mm）

组合梁上下之间的连接是桥梁建造的关键，该桥在钢主梁之间及两外侧翼缘采用薄钢板，与钢箱梁顶板形成完整的桥面板底钢板，既可作为桥面板混凝土的浇筑底模，又可在钢板上纵向密布开孔板剪力连接件，将顶板混凝土与下缘钢梁牢固连接，确保上下之间不产生相对错动，有效组合形成整体结构。同时，顺桥向间隔设置横梁，使左右主梁形成整体受力。

3 钢混组合连续梁桥建造关键技术

3.1 负弯矩区关键建造技术

连续梁负弯矩区段顶板混凝土受拉而易产生开裂，影响结构的耐久性与使用性能。大跨结构为减小或抵消负弯矩产生的桥面板拉应力，常采用预加荷载法、调整支点标高法或施加预应力法等措施，给负弯矩区混凝土板施加一定的压应力。

3.1.1 裂缝控制技术

该桥为中小跨径，负弯矩不大。研究表明将混凝土板的裂缝宽度限制在容许值范围内，即可满足结构的耐久性要求。钢混组合梁桥设计理念也由早期的不允许出现拉应力或开裂，转变为允许开裂并控制裂缝宽度[3]。该桥采用适当梁高（2.4m）及适当加厚中支点顶钢板厚度至26mm，有效降低顶板应力，同时在桥面板中配置适当钢筋，根据计算，中支点处桥面板裂缝最大宽度为0.14mm，已满足容许值要求，可不采用前述措施抵抗负弯矩。

3.1.2 负弯矩控制研究

值得注意的是，钢混组合连续梁桥常采用桥面板纵向分段浇筑施工，即先浇筑中跨正弯矩区段及两端边跨桥面板混凝土，待其达到一定强度后，再浇筑剩余负弯矩区段桥面板混凝土。此法可有效改善跨中钢箱顶板应力，同时，由于混凝土的收缩徐变作用，也可在中支点附近产生一定的反向弯矩，利于减小负弯矩带来的影响，但效果有限。结合该桥实际情况，采用整体浇筑混凝土板，中支点处单梁弯矩15525kN·m；采用分段浇筑，中支点处对应弯矩15373kN·m，负弯矩仅减小1%。

3.2 钢箱梁关键建造技术

3.2.1 底板翼缘稳定控制技术

钢混组合连续梁桥负弯矩区下缘钢梁底板翼缘受压，存在局部屈曲的危险，通常需将底钢板加厚，但若钢板过厚，则会导致焊接困难、焊接应力和变形过大以及厚板效应降低钢材强度等系列问题；对大跨结构，可将负弯矩区底钢板改为钢混组合底面板，充分发挥混凝土抗压性能，提高结构稳定[4]。

该桥钢箱梁的箱室宽度较小，在全桥拉通设置的三道底板纵向加劲肋作用下，同时考虑局部稳定及剪力滞影响，计算得知其底板有效宽度已接近上限值。为适当控制底钢板厚度并有效降低其应力，在负弯矩区段加密设置底板纵向加劲肋，以增大底板有效截面面积，提高其受力性能与稳定安全，如图3所示。

图3 负弯矩区段底板有效截面示意图

根据模型计算，加密加劲肋前后，中支点处截面特性及受力分析对比表1所示。

表1 加密加劲肋前后对比

3.2.2 顶板翼缘稳定控制技术

在跨中正弯矩区段，桥面板混凝土硬化形成整体结构参与共同受力之前，钢梁顶板翼缘受压也存在局部稳定问题。通常采用主梁拼装完成后，先分段浇筑跨中正弯矩区段混凝土，使该处桥面板混凝土尽早硬化参与后续恒活载受力，并可结合计算适当设置顶板加劲肋以降低顶钢板应力；也有将跨中节段钢梁及桥面板整体预制完成后，再吊装拼接，此法可避免钢梁顶板屈曲问题，但整体结构较重，对吊装施工要求较高。

该桥正弯矩区段桥面板混凝土浇筑而尚未硬化参与结构受力时，钢梁顶板有效截面如图4（a）所示；待混凝土板硬化形成整体结构后，钢梁顶板有效截面如图4（b）所示。

图4 正弯矩区段顶钢板有效截面示意图

此时组合梁在一期恒载和二期恒活载作用下，参与受力的截面不同，应注意采用应力叠加法计算，并注意核查控制施工阶段浇筑跨中桥面板混凝土时钢梁的有效截面应力水平。该桥分段浇筑跨中正弯矩区段桥面板时，钢梁顶板有效宽度占总宽的31%，有效截面应力92.8MPa较小。桥面板硬化参与受力后，钢梁顶板全截面参与受力，在基本组合作用下抗弯承载力应力155.6MPa较为合适。