鋼混疊合梁設計與施工

李思東

（林同棪國際工程咨詢（中國）有限公司，重慶 401121）

城市建設中常規(guī)的高架橋結構形式為鋼筋混凝土梁、鋼混疊合梁、鋼箱梁。鋼筋混凝土梁國內(nèi)多采用現(xiàn)澆方式，這種方式施工占地面積大，施工周期長，但它最為便宜。鋼箱梁的現(xiàn)場施工速度最快，占地最小，在工廠將鋼梁預制好，運輸?shù)浆F(xiàn)場進行連接即可；但是鋼箱梁造價較高，同時鋼箱梁在運營期間有噪聲較大的缺點。鋼混疊合梁采用底部為鋼結構，頂部為混凝土結構，底部鋼結構和部分混凝土橋面板塊均可以在工廠預制，運輸?shù)浆F(xiàn)場，其余部分橋面板則在現(xiàn)場現(xiàn)澆。從環(huán)境角度，鋼混疊合梁的橋面為混凝土結構，運營噪聲小[1]；在施工方面，鋼混疊合梁橋采用部分預制、部分現(xiàn)澆的方式結合，施工場地占用和鋼箱梁有同樣的優(yōu)勢。從造價上，鋼混疊合梁比混凝土稍貴，但比鋼箱梁更加經(jīng)濟合理[1-2]。另外，鋼混疊合梁的跨度較鋼筋混凝土梁大。因此，鋼混疊合梁在我國城市橋梁建設中應用越來越多[3]。

1 工程概況

某工程修建于濱河路步道之上，全長約2.4km，為了占用現(xiàn)狀濱河步道的人行空間，本項目均采用高架結構。為了盡量減少施工對現(xiàn)場的影響，經(jīng)研究確定，除曲線半徑較小的橋位采用混凝土梁結構外，其余高架均采用鋼混疊合梁橋。

本項目鋼混疊合梁橋標準寬度8.5m，最大寬度10m。受各種邊界條件的限制，全線橋梁典型跨度為20~30m，橋跨布置為3×20m、3×30m、4×30m，均采用連續(xù)梁結構。鋼混疊合梁典型橋跨布置如圖1 所示，典型橫斷面如圖2 所示。

圖1 典型橋跨布置（單位：cm）

圖2 典型橫斷面（單位：cm）

2 技術標準

（1）道路等級：城市次干路。

（2）設計行車速度：40km/h。

（3）橋面最大縱坡：5.5%，橫坡1.5%。

（4）橋梁設計荷載：城-A 級。

（5）橋梁結構設計基準期：100 年。

（6）整體溫度：整體升溫25℃、降溫25℃。

（7）地震設防烈度為Ⅵ度，設防分類為C 類。

3 橋梁結構設計

3.1 下部結構一般構造

為了保證更好的景觀效果，橋墩均采用變截面花瓶墩（見圖2）。墩底標準截面尺寸根據(jù)墩高確定，墩高12~22m 的墩底標準截面尺寸為寬1.8m×長1.6m；墩高12m 以下的墩底標準截面尺寸為寬1.6m×長1.4m；墩頂寬度根據(jù)主梁底部寬度尺寸確定，寬度為5.8~6.8m，縱向尺寸和墩底相同。橋墩樁基根據(jù)計算采用2.2m、2.5m 直徑樁基礎。

3.2 主梁結構設計

疊合梁橋全寬8.5~9.5m（如圖3 所示），梁高1.6m，由混凝土橋面板和鋼梁組成。橋面板采用C50 鋼筋混凝土，分預預制和現(xiàn)澆兩部分，預制采用PVA 纖維混凝土，墩頂負彎矩區(qū)及濕接縫的現(xiàn)澆段采用無收縮混凝土?；炷翗蛎姘鍨樽儗捊Y構，橋面板懸臂長度不變，橋梁寬度通過中部等厚段調(diào)整。根據(jù)鋼主梁跨間距離不同，橋面板橫向跨中標準厚度為25~30cm。橋面板兩側懸挑長度為1.7m，懸挑端部厚18cm，根部厚35cm。為了防止雨水沿著預制板底板流動形成水痕，在懸臂端部設置滴水槽。

圖3 疊合梁一般構造（單位：mm）

橋面板和鋼梁通過φ22mm 剪力釘連接，為了保證預制橋面板和鋼梁緊密貼合，在工字鋼梁兩側設置橡膠墊塊，同時在中間設置環(huán)氧砂漿。剪力釘?shù)脑O置個數(shù)由鋼梁和橋面板之間的剪力確定，根據(jù)受力分析可知，橋面板和鋼梁之間的剪力在跨中部分較小，在邊支點和中支點支座位置剪力較大。結合疊合梁快速施工，將跨中部分橋面板采用預制施工，僅在預制橋面板中預留500mm×500mm 的后澆槽口，同時在預制橋面板之間設置500mm的后澆帶，在這些后澆帶處設置剪力釘與鋼梁相連。由于邊中支點處橋面板和鋼梁之間的剪力較大，需要設置較多剪力釘，故此部分橋面板均采用現(xiàn)澆方式施工。

鋼梁由兩片工字鋼組成，工字鋼梁的間距隨著橋?qū)捵兓ぷ咒摿焊拱逯行木€距為4.5~5.5m。鋼梁材質(zhì)為Q345qD，主梁高123cm。

工字鋼梁上翼緣的寬度主要取決于剪力釘數(shù)量和橫向布置寬度；通過布置分析，標準段工字鋼梁上翼緣寬度采用60cm 較為合適。在橋面板和鋼梁形成整體之前鋼梁單獨受力，上翼緣板受壓，根據(jù)受力計算，上翼緣板厚度采用25mm 較為合適。工字鋼梁下翼緣寬度取決于施工、運營階段的總體受力和支座選型的尺寸大小；根據(jù)此兩方面因素綜合考慮，主梁下翼緣寬在跨中標準段為60cm，在邊跨標準段為80cm，在中支點附近為1.1m；鋼梁底板厚度根據(jù)受力需要取為40~50mm。

工字鋼梁腹板厚取決于主梁在施工和運營階段的剪力大小，根據(jù)受力分析，腹桿在跨中采用16mm 板厚，在邊中支點處采用20mm 板厚，為了保證腹板不發(fā)生失穩(wěn)，在腹板兩側設置成對豎向加勁肋，間距為1m；同時主梁間采用工字形橫梁加強橫向聯(lián)系，橫梁間距為4.0m，高度為60cm。

由于橋面板和鋼梁之間的剪力在端支點處非常大，僅在頂板和混凝梁之間設置剪力釘不能完全滿足受力要求，故將端橫梁頂板面與主梁上翼緣平齊，在端橫梁頂板也設置剪力釘與后澆混凝土連接；考慮到端橫梁直接與橋面板相連，故將端橫梁加高到90cm。在中支點處，由于工字鋼梁底板處受力加大，故將中支點橫梁整體下移與工字梁底板連接，保證工字梁在中支點處不發(fā)生失穩(wěn)，同時適當加高中支點橫梁到80cm，保證橫梁足夠剛度。

4 主梁施工

4.1 總體施工方案

（1）上部結構施工：鋼梁采用工廠預制，然后運至現(xiàn)場安裝；橋面板采用長3.5m、橫向全寬預制，然后運至現(xiàn)場安裝；橋面板現(xiàn)澆梁段的支架搭設在預制鋼梁上或者支撐在地面，現(xiàn)場澆筑部分橋面板與工字鋼采用剪力釘連接。

（2）下部結構施工：樁基礎應采用機械成孔；橋墩墩身采用支架現(xiàn)澆施工；橋墩承臺及橋臺基坑采用明挖方式施工。

4.2 主要施工步驟

（1）首先開展下部結構樁基礎、橋墩施工；由于主梁鋼梁和部分橋面板都是預制結構，故可以同步在工廠加工鋼梁和制作預制橋面板。

（2）搭設鋼梁現(xiàn)場焊接施工支架，完成鋼主梁縱橫向連接焊接，鋼主梁形成整體。

（3）拆除鋼梁臨時連接支架，吊裝三跨跨中部分混凝土預制橋面板，并澆筑橋面板中間孔洞和預制橋面板之間的后澆帶。

（4）在跨中橋面板上添加預壓荷載：為了保證中支點處后澆混凝土橋面板有足夠的壓力，從而滿足運營階段中支點混凝橋面板的受力，在澆筑邊中支點混凝土之前，先在跨中預制橋面板范圍施加壓重荷載，壓重重量根據(jù)卸載后中支點需要的壓力確定。

（5）澆筑邊中支點處混凝土橋面板。

（6）待后澆混凝土強度達到設計值后，卸載跨中部分壓重，中支點處混凝土橋面板獲得受壓儲備，疊合梁整體體系形成。

（7）最后施工橋面鋪裝、防撞欄桿等橋面系結構。

5 結語

鋼混疊合梁在我國橋梁建設中越來越多，在設計和施工中應注意如下關鍵技術點：①疊合梁應著重考慮體系轉換前后受力。在體系形成之前，鋼梁獨立受力；在體系形成后是混凝土橋面板和鋼梁共同受力；②在運營階段，疊合連續(xù)梁中支點頂部混凝受拉，可以在澆筑中支點混凝土之間，先在跨中預壓，代后澆混凝土達到強度后，拆除預壓荷載，混凝土獲得壓力儲備；③鋼梁頂板的寬度需要根據(jù)剪力釘個數(shù)和布置方式確定，否則不能滿足橋面板和鋼梁之間的傳剪力需要。