鋼-混疊合梁橋關(guān)鍵技術(shù)分析

□文/楊輝

鋼-混疊合梁橋關(guān)鍵技術(shù)分析

□文/楊輝

文章以濱海新區(qū)西外環(huán)高速公路海河大橋工程為背景，介紹了鋼-混疊合梁結(jié)構(gòu)施工控制中的關(guān)鍵技術(shù)。

桁架；鋼結(jié)構(gòu)；預(yù)應(yīng)力；疊合梁

1　工程概況

海河特大橋設(shè)計(jì)采用95 m+140 m+95 m鋼桁架連續(xù)梁跨海河主河槽，主橋分為上下兩幅，每幅橫向由6榀桁架組成，桁架橫向中心間距為3.56 m，一榀桁架由上弦、下弦和腹桿組成，上弦桿線形隨道路縱斷線型，下桁架線型為懸鏈線，腹桿分為豎桿和斜桿，腹桿節(jié)點(diǎn)之間的間距隨梁高變化。桁架的線型在單跨之間采用以直代曲的做法，橋面板的懸臂部分為變寬，寬度從55～160㎝。上桁架、下桁架為箱型截面，上桁架為等高度箱型截面，下桁架為變高度箱型截面。截面普通段采用24 mm的鋼板，下弦桿在中墩局部區(qū)域采用30 mm的鋼板。在中墩墩位線兩側(cè)各17 m范圍內(nèi)，下弦桿內(nèi)灌注混凝土并通過焊釘進(jìn)行連接。橋梁橫向聯(lián)系分為上橫撐、下橫撐和上下平縱聯(lián)。橫向聯(lián)系普通段采用16 mm厚度的鋼板，局部加強(qiáng)段采用20 mm厚度的鋼板。見圖1和圖2。

圖1　總體布置

圖2　橫斷面布置

2　施工控制要點(diǎn)

1）橋梁結(jié)構(gòu)形式新穎。鋼-混凝土疊合梁橋由于其受力性能和設(shè)計(jì)方法較傳統(tǒng)鋼桁梁橋復(fù)雜，只在鐵路橋梁上有個(gè)別應(yīng)用，目前還沒有應(yīng)用到公路橋梁的實(shí)例且相關(guān)研究滯后于工程實(shí)踐，目前尚缺乏系統(tǒng)和成熟的組合桁梁橋分析計(jì)算理論和設(shè)計(jì)方法。本橋計(jì)算采用專業(yè)計(jì)算分析軟件Midas，建立橋梁空間模型，模擬施工階段結(jié)構(gòu)空間受力與變形，結(jié)合參數(shù)修正和誤差分析，最大限度的逼近橋梁真實(shí)狀態(tài)。

2）鋼桁架與混凝土橋面板協(xié)調(diào)作用機(jī)理。鋼桁架上弦桿通過剪力連接件與混凝土橋面板連接，使兩種性能不同的材料共同受力，連接件傳遞剪力的效果直接決定了結(jié)構(gòu)受力性能，混凝土的強(qiáng)度、厚度、寬度，連接件的類型、高度等直接影響連接件性能。采取在混凝土橋面板和鋼桁架安裝應(yīng)變傳感器，通過施工各階段的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以及時(shí)把握混凝土橋面板與鋼桁架共同作用的性能，驗(yàn)證結(jié)構(gòu)計(jì)算。

3）支架變形。包括彈性變形和非彈性變形，支架的沉降和變形直接影響到成橋線形和結(jié)構(gòu)受力，過大的結(jié)構(gòu)變形甚至?xí)褂霉δ芙档偷葒?yán)重后果。海河特大橋地處濱海軟土地基，地下水位的變化直接影響到支架地基的承載能力。由于支架非彈性變形計(jì)算復(fù)雜，對(duì)于本橋支架進(jìn)行充分的預(yù)壓，通過實(shí)測(cè)支架彈性與非彈性變形值確定主梁定位標(biāo)高。

4）溫度對(duì)施工監(jiān)測(cè)影響。本橋?yàn)殇?混凝土疊合梁結(jié)構(gòu)，鋼桁架變形、受力等受溫度影響大。本橋主跨跨度及橋梁長(zhǎng)度均較大，受溫度影響更為明顯。為準(zhǔn)確確定施工階段的定位標(biāo)高，需嚴(yán)格控制主桁架定位時(shí)間，消除溫度對(duì)結(jié)構(gòu)變形和受力的影響，建議在22：00—7：00完成準(zhǔn)確定位工作。此外，由于鋼混疊合梁兩種材料的膨脹系數(shù)不一樣，因此溫度對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的受力影響也是施工監(jiān)控需重點(diǎn)關(guān)注的。

3　施工控制的關(guān)鍵內(nèi)容

1）根據(jù)施工圖紙、施工組織設(shè)計(jì)等資料，對(duì)全橋進(jìn)行復(fù)核計(jì)算并對(duì)全橋施工過程進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算分析，對(duì)成橋狀態(tài)進(jìn)行預(yù)測(cè)及反饋控制分析，精確計(jì)算預(yù)拋高值。

2）對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行敏感性分析，預(yù)測(cè)各種施工誤差對(duì)施工監(jiān)控目標(biāo)的敏感程度，從而確定需要重點(diǎn)監(jiān)控參數(shù)；分析溫度對(duì)全橋受力性能的影響，確定溫度變化對(duì)施工過程的影響，控制施工過程的高程。

3）考慮施工期的不利荷載組合，模擬拆架過程，與施工、監(jiān)理各方密切配合，給出支架的最佳拆除時(shí)機(jī)和拆架順序。

4）通過每個(gè)安裝階段的標(biāo)高定位調(diào)整，確保合龍段安裝偏差控制在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，根據(jù)橋址實(shí)際氣候及施工進(jìn)程，確定合適的合龍溫度以保證合龍順利完成。

5）分析計(jì)算施工過程中各個(gè)桿件的受力情況，確定薄弱桿件的應(yīng)力監(jiān)控位置。

6）模擬混凝土板的應(yīng)力情況，選定應(yīng)力較大的位置進(jìn)行應(yīng)變計(jì)的布設(shè)。

4　施工控制的模型計(jì)算

結(jié)合工程精度要求，為便于計(jì)算，采用MidasCivil 2011有限元分析軟件進(jìn)行建模分析。鋼-混疊合梁共設(shè)置梁?jiǎn)卧? 030個(gè)，節(jié)點(diǎn)2 690個(gè)。假定剪力釘區(qū)域橋面板與鋼箱梁能夠共同受力和協(xié)調(diào)變形，即二者之間不發(fā)生相對(duì)滑移；抗拉板區(qū)域橋面板可以在鋼桁架梁上自由伸縮，即二者之間可以自由相對(duì)滑移。

4.1重要施工階段應(yīng)力分析

滿堂支架拆除階段，全橋應(yīng)力分布見圖1。

圖1　支架拆除階段全橋應(yīng)力分布

二期鋪裝完成后的成橋階段，全橋應(yīng)力分布見圖2。

圖2　成橋階段全橋應(yīng)力分布

4.2重要施工階段撓度分析

滿堂支架拆除階段，全橋撓度分布見圖3。

圖3　支架拆除階段全橋撓度分布

二期鋪裝完成后的成橋階段，全橋撓度分布見圖4。

圖4　成橋階段全橋撓度分布

5　結(jié)語

鋼-混疊合梁是通過剪力件將鋼梁與混凝土板連接起來共同受力、變形協(xié)調(diào)的一種梁，其充分利用了鋼的優(yōu)越抗拉性能和混凝土的優(yōu)越抗壓性能，顯著提高了梁的剛度和穩(wěn)定性。鋼-混疊合梁具有結(jié)構(gòu)輕盈、跨越性強(qiáng)、承載力大、便于架設(shè)、造型優(yōu)美等優(yōu)點(diǎn)，已成為近年來迅速發(fā)展的一種大跨徑橋梁結(jié)構(gòu)型式。

U443.35

C

1008-3197（2016）02-68-02

2016-03-10

楊輝/男，1975年出生，高級(jí)工程師，天津?yàn)I海新區(qū)高速公路投資發(fā)展有限公司，從事工程技術(shù)管理工作。

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2016.02.023