武漢軌道交通40 m簡(jiǎn)支鋼—混結(jié)合梁設(shè)計(jì)

黎順生

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

武漢軌道交通40 m簡(jiǎn)支鋼—混結(jié)合梁設(shè)計(jì)

黎順生

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，武漢 430063)

鋼—混凝土結(jié)合梁橋具有剛度大、噪聲小、建筑高度低等優(yōu)點(diǎn)。武漢軌道交通40 m簡(jiǎn)支鋼—混結(jié)合梁上跨既有京廣鐵路，與地面高差較大，采用分段吊裝和拖拉就位相結(jié)合的方法架設(shè)鋼梁。本文比較了三種施工方案，分析了不同施工方案對(duì)鋼梁的應(yīng)力的影響;并采用改變混凝土收縮徐變系數(shù)的方法，來分析收縮徐變對(duì)結(jié)合梁應(yīng)力重分布的影響，即混凝土橋面板對(duì)主梁應(yīng)力的貢獻(xiàn)。

結(jié)合梁 鋼梁 混凝土 收縮徐變

與鋼橋相比，鋼—混凝土結(jié)合梁橋具有節(jié)省鋼材、建筑高度低、噪聲小、耐疲勞等優(yōu)點(diǎn);與混凝土橋相比，鋼—混凝土結(jié)合梁橋具有重量輕、剛度大、制造簡(jiǎn)單、施工速度快等優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合梁是由鋼材和混凝土兩種性質(zhì)不同的材料緊密組合的一個(gè)整體，混凝土的收縮、徐變的影響必然會(huì)導(dǎo)致鋼梁與混凝土直接發(fā)生應(yīng)力重分布，因此如何準(zhǔn)確地估計(jì)收縮徐變對(duì)結(jié)合梁的影響，對(duì)保證結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量和安全性都很重要。

本文以武漢軌道交通40 m簡(jiǎn)支鋼—混結(jié)合梁設(shè)計(jì)為例，該橋上跨既有京廣鐵路，由于既有鐵路凈空的限制，與地面高差較大，并且施工期間既有鐵路不能中斷，因此必須采用分段吊裝和拖拉就位相結(jié)合的方法架設(shè)鋼梁，對(duì)三種不同施工方案，分析比較了施工階段鋼梁應(yīng)力、使用階段鋼梁和混凝土應(yīng)力。并采用改變收縮徐變系數(shù)的方法，根據(jù)不同的施工方案來分析收縮徐變對(duì)結(jié)合梁應(yīng)力重分布的影響，即混凝土橋面板對(duì)主梁應(yīng)力的貢獻(xiàn)。

1 施工方案介紹

施工方案1:施工階段不計(jì)施工臨時(shí)荷載，無臨時(shí)支墩。

施工方案2:施工階段計(jì)施工臨時(shí)荷載，無臨時(shí)支墩。

施工方案3:施工階段計(jì)施工臨時(shí)荷載，有臨時(shí)支墩，加臨時(shí)支墩跨度(10+20+10)m，臨時(shí)支墩在混凝土澆筑完，待強(qiáng)度達(dá)到90%后，施工二期恒載前拆除。

分三個(gè)施工階段進(jìn)行分析:

施工階段1:安裝臨時(shí)支墩，吊裝鋼梁;

施工階段2:澆筑混凝土橋面;

施工階段3:上二期恒載。

2 計(jì)算模型

結(jié)合梁標(biāo)準(zhǔn)截面見圖1。

圖1 結(jié)合梁標(biāo)準(zhǔn)截面(單位:mm)

人行道不參與受力，故取計(jì)算截面如圖2。

圖2 計(jì)算截面(單位:mm)

主截面為鋼梁;附加截面為C50混凝土橋面板。

使用階段荷載取兩組荷載組合:

主力，自重+二期恒載+收縮徐變+輕軌活載;

主+附，自重+二期恒載+收縮徐變+輕軌活載+溫度變化。

3 施工方案結(jié)果分析

以跨中截面應(yīng)力和臨時(shí)支墩處應(yīng)力結(jié)果為例，計(jì)算結(jié)果見表1至表3。

表1 施工階段應(yīng)力比較MPa

表2 使用階段鋼梁應(yīng)力比較MPa

表3 使用階段混凝土跨中應(yīng)力MPa

分析比較表1、表2和表3的計(jì)算結(jié)果，采用施工方案3對(duì)鋼梁上下緣的應(yīng)力較有利，混凝土應(yīng)力雖然比方案1、方案2要大，但也在容許值范圍內(nèi)，相比較鋼梁應(yīng)力的減小幅度比混凝土應(yīng)力增加幅度要大得多，因此從鋼梁應(yīng)力方面看，建議采用施工方案3。

4 改變收縮徐變系數(shù)計(jì)算結(jié)果分析

為了分析收縮徐變對(duì)結(jié)合梁應(yīng)力重分布的影響，本文通過改變收縮徐變系數(shù)的方法，以最不利應(yīng)力部位，即跨中應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比算。

表4 施工方案1改變收縮徐變系數(shù)使用階段跨中應(yīng)力比較MPa

分析表4的計(jì)算結(jié)果，收縮徐變系數(shù)增大25%，鋼梁應(yīng)力增大，最大增大幅度6.3%，混凝土橋面板應(yīng)力減小，最大減小幅度5%;收縮徐變系數(shù)減小25%，鋼梁應(yīng)力減小，最大減小幅度6.3%，混凝土應(yīng)力增大，最大增大幅度5%。

表5 施工方案2改變收縮徐變系數(shù)使用階段跨中應(yīng)力比較MPa

分析表5的計(jì)算結(jié)果，收縮徐變系數(shù)增大25%，鋼梁應(yīng)力增大，最大增大幅度5.5%，混凝土橋面板應(yīng)力減小，最大減小幅度6%;收縮徐變系數(shù)減小25%，鋼梁應(yīng)力減小，最大減小幅度5.5%，混凝土應(yīng)力增大，最大增大幅度5%。

分析表6的計(jì)算結(jié)果，收縮徐變系數(shù)增大25%，鋼梁應(yīng)力增大，最大增大幅度13%，混凝土橋面板應(yīng)力減小，最大減小幅度5%;收縮徐變系數(shù)減小25%，鋼梁應(yīng)力減小，最大減小幅度13%，混凝土應(yīng)力增大，最大增大幅度5%。

表6 施工方案3改變收縮徐變系數(shù)使用階段跨中應(yīng)力比較MPa

對(duì)比三個(gè)施工方案改變收縮徐變系數(shù)后的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，方案1、2鋼梁和混凝土橋面板應(yīng)力變化幅度基本相同，方案3鋼梁的應(yīng)力變化幅度要比混凝土橋面板變化大得多，但方案3鋼梁應(yīng)力實(shí)際值還是比方案1、2的鋼梁應(yīng)力小，特別是鋼梁上緣應(yīng)力要小得多，因此還是建議采用施工方案3。

5 結(jié)論

臨時(shí)支墩的設(shè)置對(duì)鋼梁的應(yīng)力影響較大，特別是運(yùn)營(yíng)階段鋼梁的應(yīng)力比不設(shè)臨時(shí)支墩減小大約24%，雖然混凝土橋面板的應(yīng)力反而會(huì)有所增加，但還在容許范圍內(nèi)，因此在施工簡(jiǎn)支結(jié)合梁過程中，如果條件容許，設(shè)置臨時(shí)支墩對(duì)結(jié)構(gòu)施工和運(yùn)營(yíng)期間的安全性都有較大的貢獻(xiàn)。

雖然改變收縮徐變系數(shù)后三個(gè)施工方案應(yīng)力變化幅度不一樣，但總的趨勢(shì)是一致的，即隨著收縮徐變對(duì)橋面板的影響加大，鋼梁的應(yīng)力會(huì)增大，混凝土橋面板的應(yīng)力減小?？梢钥闯霾还苣姆N施工方案，收縮徐變對(duì)結(jié)合梁應(yīng)力重分布影響都是不可避免的，因此在設(shè)計(jì)簡(jiǎn)支結(jié)合梁中必須充分考慮到收縮徐變對(duì)結(jié)合梁的有利和不利的影響。

［1］雷自學(xué)，晏興威，董三升.混凝土收縮徐變效應(yīng)對(duì)曲線鋼—混凝土箱形結(jié)合梁橋的影響［J］.長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2008，9(5):77-80.

［2］周履.混凝土收縮徐變引起的鋼—混凝土結(jié)合梁的內(nèi)力重分布［J］.橋梁建設(shè)，2001(1):1-4.

［3］中華人民共和國(guó)鐵道部.TBJ24—89鐵路結(jié)合梁設(shè)計(jì)規(guī)定［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，1989.

［4］杜亞凡.結(jié)合梁橋的混凝土橋面板設(shè)計(jì)［J］.國(guó)外橋梁，1998 (2):39-41.

U442.5

B

1003-1995(2011)02-0021-03

2010-08-08;

2010-11-01

黎順生(1979—)，男，湖北紅安人，工程師，碩士。

(責(zé)任審編 王天威)